申请日2013.10.31
公开(公告)日2014.01.22
IPC分类号C02F1/76; C02F1/72
摘要
利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂及其水处理方法，它涉及氧化除污染的水处理药剂及方法。本发明要解决光敏化法产生单线态氧需要外加光源及产生二次污染和化学法中单线态氧利用效率低的问题。本发明水处理复合药剂由漂白粉、无机固体过氧化物和粉末活性炭组成，其质量比为(1～10):1:(1～10)。本发明水处理药剂通过漂白粉提供的次氯酸根离子与过氧化物溶于水后缓慢释放的过氧化氢发生反应生成高活性单线态氧，通过粉末活性炭提供的微界面，可以抑制单线态氧的自分解、延长其存活时间，提高其利用率。本发明水处理复合药剂具有氧化去除有机污染物效率高，不产生有毒有害副产物，运输储存方便，更适用于应急处理。
权利要求书
1.利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂，其特征在于利用高活 性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂由固体漂白粉、无机固体过氧化物和粉 末活性炭组成，其中固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (1～10):1:(1～10)。
2.根据权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (2～9):1:(2～9)。
3.根据权利要求2所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (3～8):1:(3～8)。
4.根据权利要求3所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (2～7):1:(2～7)。
5.根据权利要求4所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (3～5):1:(3～5)。
6.根据权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的粉末活性炭为木质粉末活性炭或煤质粉末活性炭。
7.根据权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂，其特征在于所述的无机固体过氧化物由过氧化钙、过氧化镁、过氧化钡、过碳酸钠和 过碳酸钾中的一种或者其中几种的按任意比组合。
8.利用权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂 进行水处理的方法，其特征在于利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂进行水处理的方法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物和粉末活 性炭按照质量比为(1～10):1:(1～10)的比例配制成干式混合粉末，加入到待处理水中，搅拌， 在过氧化物浓度为10～1000mg/L的条件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧 氧化去除有机污染物的水处理，其中，所述的待处理水为水源水和污水。
9.利用权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂 进行水处理的方法，其特征在于利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂进行水处理的方法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物、粉末活 性炭分别以干式固体粉末形式加入到待处理水中，搅拌，在待处理水中过氧化物浓度为 10～1000mg/L的条件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧氧化去除有机污染 物的水处理，其中，所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (1～10):1:(1～10)，所述待处理水为水源水和污水。
10.利用权利要求1所述的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药 剂进行水处理的方法，其特征在于利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合 药剂进行水处理的方法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物、粉末 活性炭分别配制成溶液，然后分别以湿式溶液形式加入到待处理水中，搅拌，在待处理水 中过氧化物浓度为10～1000mg/L的条件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧 氧化去除有机污染物的水处理，其中，所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性 炭的质量比为(1～10):1:(1～10)，所述待处理水为水源水和污水。
说明书
利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂及其水处理方法
技术领域
本发明涉及氧化除污染的水处理药剂及其水处理方法。
背景技术
近年来，活性氧分子对人体健康的影响受到了人们极大的关注。活性氧是氧的某些中 间代谢产物或含氧的衍生物质，具有比氧更强的氧化能力。活性氧的类型主要有：超氧自 由基(O2-)、过氧化氢(H2O2)、羟基自由基(·OH)、单线态氧(1O2)等。通常呼吸的氧气是一 种稳定的基态氧分子，又叫做三线态氧(3O2)，而单线态氧(1O2)则与之不同，它是一种处 于激发态氧分子的存在形式，其化学性质更活泼，较基态更不稳定，在自然界中广泛存在， 是化学、环境、医学等领域最长涉及的活性氧之一，具有氧化能力强、反应活性高、存活 时间短，氧化后不产生有毒有害副产物等特点，属于绿色、环境友好型氧化剂。
单线态氧(1O2)的产生方式主要有两种：一种是光敏化法，一种是化学反应法。光敏 化法涉及到一个光激发过程，就是要求存在一种吸收光的物质，即光敏剂(sens)，常用的 光敏剂主要有玫瑰红、曙红、亚甲基蓝、荧光黄、叶绿素和血卟啉等，在光照射条件下， 激发态的光敏剂与体系中的基态氧作用，进而得到单线态氧。反应机理为：首先，基态光 敏剂(sens)吸收光子能量被激发到激发单线态(1sens)，见反应式(1);随后，经过内部系列 的转移，形成激发三线态(3sens)，见反应式(2);最后激发三线态(3sens)能使基态三线态氧 (3O2)激发为单线态氧(1O2)，见反应式(3)。这种利用光敏化法产生单线态氧的速度快、量 大，但存在着光的限制，需要稳定的光源，光敏剂的引入会产生二次污染的问题。
化学反应法主要是采用H2O2-ClO-法，将过氧化氢(H2O2)与氯气(Cl2)的水溶液或是次 氯酸溶液混合即可产生单线态氧(1O2)，见反应式(4)。该反应中单线态氧的生成速度非常 快，其二级反应速率常数约为104M-1s-1，因此，瞬时产生量大，自分解速度快，存活时 间短，见反应式(5)，因此其被有机物利用的效率低;而且在利用化学反应法制备单线态 氧(1O2)过程中采用的化学试剂为液态的过氧化氢和次氯酸溶液或氯气，存在着运输储存 不方便，操作复杂及安全隐患的问题。
发明内容
本发明的目的是提供利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂及 其水处理方法，解决如下问题：(1)光敏化法中产生单线态氧需要稳定光源，很难大规模 应用，且外加光敏试剂会产生二次污染;(2)传统化学反应法(H2O2-ClO-)中产生的单线态 氧易自分解，存活时间短，很难被污染物高效利用，而且液态的过氧化氢和次氯酸溶液或 氯气，运输、储存不方便，操作复杂且存在安全隐患。
本发明的利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂由漂白粉、无机 固体过氧化物和粉末活性炭所组成，其中漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量 比为(1～10):1:(1～10)。
所述漂白粉为商业用漂白粉，由氢氧化钙、氯化钙和次氯酸钙组成，其主要成分为次 氯酸钙(Ca(ClO)2);无机固体过氧化物为过氧化钙(CaO2)、过氧化镁(MgO2)、过氧化钡 (BaO2)、过碳酸钠(Na2CO4)或过碳酸钾(K2CO4)中的一种或几种按任意比组合的混合物; 粉末活性炭为木质粉末活性炭和煤质粉末活性炭。
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂进行水处理的方 法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物和粉末活性炭按照质量比为 (1～10):1:(1～10)的比例配制成干式混合粉末，加入到待处理水中，搅拌，在过氧化物浓度 为10～1000mg/L的条件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧氧化去除有机 污染物的水处理，其中，所述的待处理水为水源水和污水。
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂进行水处理的方 法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物、粉末活性炭分别以干式固 体粉末形式加入到待处理水中，搅拌，在待处理水中过氧化物浓度为10～1000mg/L的条 件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理，其中， 所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为(1～10):1:(1～10)，所述待 处理水为水源水和污水。
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂进行水处理的方 法是通过以下步骤实现的：将固体漂白粉、无机固体过氧化物、粉末活性炭分别配制成溶 液，然后分别以湿式溶液形式加入到待处理水中，搅拌，在待处理水中过氧化物浓度为 10～1000mg/L的条件下，反应5～60min，即完成了利用高活性单线态氧氧化去除有机污染 物的水处理，其中，所述的固体漂白粉、无机固体过氧化物与粉末活性炭的质量比为 (1～10):1:(1～10)，所述待处理水为水源水和污水。
本发明包含以下有益效果：
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂，通过固体漂白粉 的主要成份次氯酸钙提供传统化学法(H2O2-ClO-)产生单线态氧所需的次氯酸根离子 (ClO-)，这种通过固体方式提供所需的药剂，避免由于使用氯气溶于水或直接利用液态次 氯酸溶液存在着运输、储存不方便，操作复杂及安全隐患的问题。本发明复合药剂中的无 机固体过氧化物(CaO2、MgO2、BaO2、Na2CO4、K2CO4)溶于水后会缓慢释放出化学法产 生单线态氧所需的过氧化氢(H2O2)，见反应式(6)和(7)。这种通过无机固体过氧化物在水 中原位产生的过氧化氢，可以迅速与次氯酸根离子(ClO-)反应产生高活性单线态氧(1O2)， 产生的单线态氧反应活性高、氧化能力强、除污染效果好，但易自分解、存活时间短、利 用率低。本发明中采用的无机固体过氧化物比液体的过氧化氢稳定安全，便于运输储存， 易于操作，而且商业易得，价格适中。本发明复合药剂中的粉末活性炭由于其空隙结构发 达、比表面积大、吸附能力强的特点，可为水中存在的有机污染物和产生的单线态氧(1O2) 提供一个微界面，使得有机污染物易于向其表面聚集、浓度增加，同时由于粉末活性炭表 面的疏水特性，单线态氧也易于在其表面聚集，抑制其自分解，延长其存活时间，增加与 有机物的反应时间，提高其利用效率、除污染效能显著提高。利用高活性单线态氧氧化去 除有机污染物水处理复合药剂的反应机理见图1。
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂，可以将漂白粉、 无机固体过氧化物、粉末活性炭按照质量比为(1～10):1:(1～10)制成粉末试剂混合投加或分 别单独投加，即为干式投加法;也可以将漂白粉、固体过氧化物、粉末活性炭分别制成溶 液，进行单独投加，即为湿式投加法。
本发明利用高活性单线态氧氧化去除有机污染物的水处理复合药剂与其他氧化处理 方法相比，具有如下优点：不需要额外增加设备(如O3、UV需要提供反应装置与设备)， 受水体条件影响小(如Fenton试剂受pH影响比较大)，除污染效率高，反应过程中不产生 有毒有害副产物(如液氯与O3易产生氯代副产物和溴酸盐)，与液态的过氧化氢、次氯酸 溶液或氯气相比，作为固体试剂性质稳定、安全，运输储存方便，价格低廉，易于获得， 操作简单易行，可以在水厂进行大规模应用，作为固体粉末投加更适用于水污染爆发时的 应急处理。
