[发明专利]一种去除水体中卤酸盐的滤层材料及其使用方法

说明书

技术领域

本发明属于水体净化及水污染防治技术领域，尤其涉及一种去除水体中卤酸盐，特别是溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐等的滤层材料及其使用方法，其中滤层材料由铁硅碳合金粉体、镁铝合金粉体、颗粒活性炭/无烟煤的混合物构成，含卤酸盐的水体流经该滤层材料即可降低其中卤酸盐的浓度。

技术背景

在自来水厂中，由加氯预氧化工艺和加氯消毒工艺所引起的出厂水中的超标氯化消毒副产物严重危害着人体健康。为了控制自来水中的氯化消毒副产物的浓度，人们正在寻求其他消毒工艺来替换加氯消毒技术。目前，研究最广泛的可替代加氯消毒的方法有臭氧消毒、二氧化氯消毒等。臭氧的杀菌能力强，所需接触时间短，但臭氧消毒的同时也能将水中的溴离子氧化成溴酸盐。近年来，研究发现溴酸盐具有潜在的致癌作用，已被国际癌症研究机构定为2B级潜在致癌物，动物试验证明其有致癌性，微生物试验发现其有致突变性，在高剂量时具有一定的DNA和染色体水平的遗传毒性。美国国家环保局(U.S.EPA)和欧盟(EU)对饮用水中溴酸盐的浓度严格规定：臭氧处理水时溴酸根的最高允许浓度为10μg/L。二氧化氯(ClO₂)消毒可以有效控制三卤甲烷和卤乙酸等副产物的生成，然而，ClO₂消毒的主要无机副产物亚氯酸盐(ClO₂^-)和氯酸盐(ClO₃^-)会危害人体血液、生殖发育等方面的健康，引发高铁血红蛋白白血症和溶血性贫血，并干扰碘的吸收代谢，还会引起血液胆固醇升高，被列为致癌物。美国EPA规定饮用水中ClO₂^-的限定值为1.0mg/L，WHO制订的饮用水ClO₂^-标准值为0.2mg/L，我国《城市供水水质标准》中ClO₂^-的限值为0.7mg/L。饮用含有这些卤酸盐的自来水将直接对人身健康构成一定的危害，因而有必要在自来水厂广泛采取这些消毒技术之前对其所产生的卤酸盐类消毒副产物进行去除处理。

目前，控制水体中卤酸盐的处理方法主要有：膜处理法、活性炭法、生物降解法、化学药剂还原法等。其中，膜处理法对卤酸盐的去除效果好，但处理价格较高，同时还会产生一些含高浓度卤酸盐的废水需要得到另外的处理；活性炭吸附法则存在容易吸附饱和，需经常更新，成本过高的问题；生物降解法处理周期长，占地面积大，尤其对于自来水这种营养贫瘠的水体环境不利于微生物的生存，因而微生物种的数量甚微，处理效率低；化学药剂还原法操作麻烦，容易引起二次污染，成本较高不适合工业应用，尤其不适合饮用水的处理。

为了克服上述技术的弊端，中国专利CN 101439900提出一种氧化还原去除水中溴酸盐的方法和系统，该系统包括：控制水中溶解氧的预处理，去除溴酸盐的氧化还原阶段和去除过量铁离子的过滤处理等，能够有效去除溴酸盐，但工艺操作繁琐，需使用三个阶段处理，作用时间较长，需要加入大量化学药剂，处理成本增加较多，且易引起二次污染。

中国专利CN 101585574提出使用紫外光照射技术去除天然矿泉水中的溴酸盐，处理工艺简单，但存在的弊端是：去除溴酸盐所需要的紫外光量要比消毒时所需要的量大，增大经济成本；波长控制较难，作用寿命较短，因此不利于工业化推广。

中国专利CN 101585573提出将钯或铂负载于氧化铝催化剂上，调节pH为2～8并向水体中通入氢气进行降解溴酸盐，去除溴酸盐的效果大幅提高，但使用贵金属和调节pH经济成本过高，催化剂的制备较复杂不宜大批量使用，利用氢气还原不便于工业应用，尤其不适用于含有微量溴酸盐的自来水处理。

中国专利CN 1868913提出使用Fe-Si+Mg-Al粉体材料还原去除水体中微量含氯有机物，将Fe-Si合金粉体与活泼金属Mg-Al合金偶合大幅度提高降解脱氯速率，避免了铁离子溶出的现象，处理后水质能够满足饮用水质量标准，尤其适用于饮用水中微量氯化消毒副产物的去除。这说明Fe-Si+Mg-Al粉体材料具有很强的还原性，可尝试将其用于水体中卤酸盐的还原去除。但该体系中Fe-Si合金是一种高硅铸铁，硬度较大很难将其切割粉碎，更不适于大规模的生产加工；且直接物理混合的Fe-Si和Mg-Al两种合金粉体都属于重质滤料，当达到一定厚度时很容易出现堆积板结现象，因此不宜进行工业使用。仍有值得改进的地方。

发明内容