一種電子射線去除水中腐植酸的方法
【專利摘要】一種電子射線去除水中腐植酸的方法，它涉及一種水處理的方法。本發(fā)明是要解決現(xiàn)有去除水中腐植酸的方法存在去除水中腐植酸過(guò)程中產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題。制備方法：采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線。本發(fā)明通過(guò)電子射線與水分子反應(yīng)生成各類活性自由基粒子，這些活性自由基粒子再與水中的腐植酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將腐植酸分子降解為小分子物質(zhì)，不需要再處理任何物質(zhì)，無(wú)二次污染。本發(fā)明用于去除水中腐植酸。
【專利說(shuō)明】一種電子射線去除水中腐植酸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水處理的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]日趨嚴(yán)重的飲用水源的污染問(wèn)題已經(jīng)開(kāi)始受到人們的普遍關(guān)注，水中大量存在的天然有機(jī)物，如腐植酸類物質(zhì)是水中一種重要的還原性有機(jī)物，是造成當(dāng)今飲用水問(wèn)題的一個(gè)重要因素。腐植酸廣泛存在于土壤、沉積物和水中，是動(dòng)植物殘骸在自然界厭氧條件下經(jīng)微生物和化學(xué)過(guò)程分解的最終產(chǎn)物。天然水體中的腐植酸來(lái)源于土壤腐殖質(zhì)低分子量組分以及水生植物的分解和低等的浮游生物。腐植酸是天然水體中有機(jī)物的主要組成部分，一般水源中腐植酸的濃度在10mg/L~15mg/L，約占水中總有機(jī)物50%~90%。水中腐植酸具有令人不快的色和味，影響重金屬在水中的遷移和歸宿，而且水中腐植酸是飲水氯化消毒致突變物生成的主要前體物，因此水中腐植酸去除越來(lái)越引起人們的重視。
[0003]水中腐植酸可以和水處理中的氯氣發(fā)生反應(yīng)，生成致癌的含氯化合物。氯用于飲用水消毒已有近百年的歷史，它所體現(xiàn)出來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益是巨大的。然而在用氯作飲用水消毒時(shí)，又會(huì)和水中存在的腐植酸中的官能團(tuán)如羥基、羰基、酯基和羧基產(chǎn)生反應(yīng)，生成一系列有機(jī)氯代物，其中揮發(fā)性氯代有機(jī)物主要是低分子量的氯代烴如三氯甲烷，非揮發(fā)性氯代有機(jī)物有氯代苯、氯乙腈、氯乙酸、氯代酮和氯代醛等。有機(jī)物氯化生成的副產(chǎn)物之一是氯乙腈，在動(dòng)物的體外試驗(yàn)中，對(duì)哺乳動(dòng)物成對(duì)染色體的交換具有誘導(dǎo)作用，可誘導(dǎo)小鼠皮膚腫瘤和肺部腫瘤的生成。實(shí)際觀察和試驗(yàn)研究都證明，氯化消毒的典型產(chǎn)物三氨甲烷具有全身中毒作用和遠(yuǎn)期效應(yīng)，特別引人注意的是它對(duì)人和動(dòng)物的致癌作用，而在遠(yuǎn)期影響方面，有研究發(fā)現(xiàn)，三氯甲烷具有胚胎毒性，表現(xiàn)為受胎功能降低，三氯甲烷還能引起脂肪肝與腎功能障礙，三氯甲烷和四氯化碳能引起大白鼠發(fā)生肝癌和胃癌。研究還發(fā)現(xiàn)，即使是低劑量的氯也可產(chǎn)生氯化反應(yīng)而導(dǎo)致氯進(jìn)入有機(jī)化合物。氯進(jìn)入有機(jī)化合物中可增加它的親脂性，從而引發(fā)生成生物體內(nèi)毒性和非極性化合物，這些化合物不易發(fā)生生物降解，因而積蓄量大。當(dāng)水中含溴化物時(shí)，氯溴甲烷的毒性比三氯甲烷更強(qiáng)。由于它有很強(qiáng)的絡(luò)合作用，可使很多有害物質(zhì)“有機(jī)化”，改變有害物質(zhì)在環(huán)境中的遷移和擴(kuò)散等行為。雖然這些化合物在水體中的含量極低，但對(duì)人類健康卻具有較大的潛在危害性。研究表明，飲水中腐植酸是導(dǎo)致肝癌和大骨節(jié)病的環(huán)境因素之一。因此，去除水中腐植酸對(duì)飲用水水質(zhì)，人類的健康都具有重要意義。去除水中腐植酸的方法主要有活性炭吸附法、光化學(xué)催化氧化法、光電化學(xué)法、強(qiáng)化混凝、膜技術(shù)等。
[0004]活性炭吸附法、強(qiáng)化混凝法和膜技術(shù)，都是將水中溶解的腐植酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w狀態(tài)，實(shí)際上只是將污染物由溶解的液態(tài)轉(zhuǎn)變成固體狀態(tài)，污染物并沒(méi)有消失，即液體污染變成固體污染，同時(shí)在使用一段時(shí)間后都需要對(duì)吸附劑、混凝劑、膜進(jìn)行處理否者不能繼續(xù)使用，存在去除水中腐植酸過(guò)程中產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明是要解決現(xiàn)有去除水中腐植酸的方法存在去除水中腐植酸過(guò)程中產(chǎn)生二次污染的問(wèn)題，而提供一種電子射線去除水中腐植酸的方法。
[0006]本發(fā)明一種電子射線去除水中腐植酸的方法，具體是按以下步驟進(jìn)行:
[0007]采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L~60L的空氣，通入時(shí)間為30min~60min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為0.5MeV~3MeV，電子射線輻照劑量為5kGy~50kGy，所述腐植酸的濃度為 10mg/L ~40mg/L ；
[0008]通入空氣的目的是增加水中氧的含量，達(dá)到自由基促進(jìn)劑的作用，增強(qiáng)輻照的效果，在達(dá)到相同去除效果的情況下，使水的輻照劑量減少，起到節(jié)能增效的作用。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:[0010]1、本發(fā)明利用電子加速器產(chǎn)生的電子射線作用于天然水體，通過(guò)電子射線與水分子反應(yīng)生成各類活性自由基粒子，這些活性自由基粒子再與水中的腐植酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將腐植酸分子降解為小分子物質(zhì)，不需要再處理任何物質(zhì)，不存在二次污染。整個(gè)處理過(guò)程高效、快速、無(wú)二次污染，加工過(guò)程中不產(chǎn)生廢水、廢氣和廢物，是一種綠色加工方法。
[0011]2、本發(fā)明處理后的天然水體中的腐植酸含量明顯降低，同時(shí)化學(xué)耗氧量明顯降低，色度基本消除。作為消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物的水體腐植酸，已經(jīng)有效去除，對(duì)提高水體質(zhì)量和人體健康均有重要意義。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為電子射線輻照劑量-去除率曲線圖；
[0013]圖2為電子射線輻照劑量-COD曲線圖；
[0014]圖3為電子射線輻照劑量-色度曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種電子射線去除水中腐植酸的方法，按以下步驟進(jìn)行:
[0016]采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L~60L的空氣，通入時(shí)間為30min~60min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為0.5MeV~3MeV，電子射線輻照劑量為5kGy~50kGy，所述腐植酸的濃度為 10mg/L ~40mg/L ；
[0017]本實(shí)施方式通入空氣的目的是增加水中氧的含量，達(dá)到自由基促進(jìn)劑的作用，增強(qiáng)輻照的效果，在達(dá)到相同去除效果的情況下，使水的輻照劑量減少，起到節(jié)能增效的作用。
[0018]本實(shí)施方式利用電子加速器產(chǎn)生的電子射線作用于天然水體，通過(guò)電子射線與水分子反應(yīng)生成各類活性自由基粒子，這些活性自由基粒子再與水中的腐植酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將腐植酸分子降解為小分子物質(zhì)，不需要再處理任何物質(zhì)。整個(gè)處理過(guò)程高效、快速、無(wú)二次污染，加工過(guò)程中不產(chǎn)生廢水、廢氣和廢物，是一種綠色加工方法。
[0019]本實(shí)施方式處理后的天然水體中的腐植酸含量明顯降低，同時(shí)化學(xué)耗氧量明顯降低，色度基本消除。作為消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物的水體腐植酸，已經(jīng)有效去除，對(duì)提高水體質(zhì)量和人體健康均有重要意義。
[0020]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的電子射線輻照能量為0.8MeV。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0021]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二不同的是:所述的電子射線輻照能量為IMeV。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或三不同的是:所述的電子射線輻照能量為2MeV。其它與【具體實(shí)施方式】一或三相同。
[0023]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:所述的電子射線輻照劑量為lOkGy。其它與【具體實(shí)施方式】一至四之一相同。
[0024]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:所述的電子射線福照劑量為20kGy。其它與【具體實(shí)施方式】一至五之一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:所述的電子射線輻照劑量為30kGy。其它與【具體實(shí)施方式】一至六之一相同。
[0026]通過(guò)以下試驗(yàn)驗(yàn)證本發(fā)明的有益效果:
[0027]試驗(yàn)一:采用水泵 向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為5kGy，所述腐植酸的濃度為10mg/L。
[0028]試驗(yàn)二:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為15kGy，所述腐植酸的濃度為10mg/L。
[0029]試驗(yàn)三:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為30kGy，所述腐植酸的濃度為10mg/L。
[0030]試驗(yàn)四:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為50kGy，所述腐植酸的濃度為10mg/L。
[0031]試驗(yàn)五:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為5kGy，所述腐植酸的濃度為20mg/L。
[0032]試驗(yàn)六:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為15kGy，所述腐植酸的濃度為20mg/L。
[0033]試驗(yàn)七:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為30kGy，所述腐植酸的濃度為20mg/L。
[0034]試驗(yàn)八:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為50kGy，所述腐植酸的濃度為20mg/L。
[0035]試驗(yàn)九:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為5kGy，所述腐植酸的濃度為40mg/L。
[0036]試驗(yàn)十:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為15kGy，所述腐植酸的濃度為40mg/L。
[0037]試驗(yàn)^^一:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為30kGy，所述腐植酸的濃度為40mg/L。 [0038]試驗(yàn)十二:采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L的空氣，通入時(shí)間為30min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為IMeV，電子射線輻照劑量為50kGy，所述腐植酸的濃度為40mg/L。
[0039]通過(guò)紫外分光光度法檢測(cè)試驗(yàn)一至試驗(yàn)十二的水中腐植酸去除率，繪制曲線，如圖1所示，圖1是電子射線輻照劑量-去除率曲線圖，其中?曲線是腐植酸的濃度為IOmg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸去除率的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)一至試驗(yàn)四檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，(實(shí)心方塊)曲線是腐植酸的濃度為20mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸去除率的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)五至試驗(yàn)八檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，▲曲線是腐植酸的濃度為40mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸去除率的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)九至試驗(yàn)十二檢測(cè)結(jié)果繪制而成)；從圖1中可以看出吸光度越大腐植酸含量越高。通過(guò)計(jì)算(l_a/A)X100%得到去除率(A為輻照前吸光度，a為輻照后吸光度)，去除率越高說(shuō)明輻照后水中腐植酸的含量與輻照前比較降低的幅度越大，去除率能夠說(shuō)明輻照對(duì)水中腐植酸的去除效果。通過(guò)GB11914-89重鉻酸鉀法檢測(cè)試驗(yàn)一至試驗(yàn)十二的水中腐植酸C0D，繪制曲線，如圖2所示，圖2是電子射線輻照劑量-COD曲線圖，其中?曲線是腐植酸的濃度為10mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸COD的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)一至試驗(yàn)四檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，(實(shí)心方塊)曲線是腐植酸的濃度為20mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸COD的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)五至試驗(yàn)八檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，▲曲線是腐植酸的濃度為40mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸COD的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)九至試驗(yàn)十二檢測(cè)結(jié)果繪制而成)；從圖2中可以看出隨著輻照劑量的增加，COD逐漸降低，輻照后腐植酸水溶液COD的降低，表示水中腐植酸經(jīng)過(guò)電子輻照后發(fā)生氧化還原反應(yīng)，已被降解為小分子物質(zhì)。通過(guò)鉬鈷比色法檢測(cè)試驗(yàn)一至試驗(yàn)十二的水中腐植酸色度，繪制曲線，如圖3所示，圖3是電子射線輻照劑量-色度曲線圖，其中?曲線是腐植酸的濃度為10mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸色度的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)一至試驗(yàn)四檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，(實(shí)心方塊)曲線是腐植酸的濃度為20mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸色度的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)五至試驗(yàn)八檢測(cè)結(jié)果繪制而成)，▲曲線是腐植酸的濃度為40mg/L在不同輻照劑量對(duì)水中腐植酸色度的影響曲線(根據(jù)試驗(yàn)九至試驗(yàn)十二檢測(cè)結(jié)果繪制而成)；從圖3中可以看出隨著輻照劑量的增加，色度逐漸減弱。腐植酸水溶液帶有顏色，是由于腐植酸分子上的發(fā)色基團(tuán)引起的。經(jīng)過(guò)電子輻照后，顏色逐漸消失，說(shuō)明腐植酸分子上的發(fā)色基團(tuán)(多含有不飽和共軛鏈，如_C=C-、-N=N-, -N=O, 一端與含有供電子基-OH、-NH2或吸收電子基_N02、>C=0的基團(tuán)相連，另一端與電性相反的基團(tuán)相連)已經(jīng)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，失去原有的不飽和結(jié)構(gòu)，因此也就不再產(chǎn)生顏色，從而說(shuō)明腐植酸分子經(jīng)過(guò)電子輻照后分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，起分子上的還原性基團(tuán)已經(jīng)被氧化。
【權(quán)利要求】
1.一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于電子射線去除水中腐植酸的方法是按以下步驟進(jìn)行: 采用水泵向含有腐植酸的天然水體中通入空氣，每升天然水體通入30L~60L的空氣，通入時(shí)間為30min~60min，然后采用電子加速器向天然水體中持續(xù)輻照電子射線，電子射線輻照能量為0.5MeV~3MeV，電子射線輻照劑量為5kGy~50kGy，所述腐植酸的濃度為10mg/L ~40mg/L ；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線輻照能量為0.8MeV。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線輻照能量為IMeV。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線輻照能量為2MeV。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線福照劑量為IOkGy。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線輻照劑量為20kGy。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電子射線去除水中腐植酸的方法，其特征在于所述的電子射線輻照劑量為30kGy。
【文檔編號(hào)】C02F101/34GK103553177SQ201310594166
【公開(kāi)日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】梁宏斌, 張玉寶, 斯琴圖雅, 王強(qiáng) 申請(qǐng)人:黑龍江省科學(xué)院技術(shù)物理研究所