申請日2013.10.31

　　公開(公告)日2014.01.22

　　IPC分類號C02F1/76; C02F1/72

　　摘要

　　利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑及其水處理方法，它涉及氧化除污染的水處理藥劑及方法。本發(fā)明要解決光敏化法產(chǎn)生單線態(tài)氧需要外加光源及產(chǎn)生二次污染和化學(xué)法中單線態(tài)氧利用效率低的問題。本發(fā)明水處理復(fù)合藥劑由漂白粉、無機(jī)固體過氧化物和粉末活性炭組成，其質(zhì)量比為(1～10):1:(1～10)。本發(fā)明水處理藥劑通過漂白粉提供的次氯酸根離子與過氧化物溶于水后緩慢釋放的過氧化氫發(fā)生反應(yīng)生成高活性單線態(tài)氧，通過粉末活性炭提供的微界面，可以抑制單線態(tài)氧的自分解、延長其存活時(shí)間，提高其利用率。本發(fā)明水處理復(fù)合藥劑具有氧化去除有機(jī)污染物效率高，不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物，運(yùn)輸儲存方便，更適用于應(yīng)急處理。

　　權(quán)利要求書

　　1.利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑，其特征在于利用高活 性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑由固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物和粉 末活性炭組成，其中固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (1～10):1:(1～10)。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (2～9):1:(2～9)。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (3～8):1:(3～8)。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (2～7):1:(2～7)。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (3～5):1:(3～5)。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的粉末活性炭為木質(zhì)粉末活性炭或煤質(zhì)粉末活性炭。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑，其特征在于所述的無機(jī)固體過氧化物由過氧化鈣、過氧化鎂、過氧化鋇、過碳酸鈉和 過碳酸鉀中的一種或者其中幾種的按任意比組合。

　　8.利用權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑 進(jìn)行水處理的方法，其特征在于利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑進(jìn)行水處理的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物和粉末活 性炭按照質(zhì)量比為(1～10):1:(1～10)的比例配制成干式混合粉末，加入到待處理水中，攪拌， 在過氧化物濃度為10～1000mg/L的條件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧 氧化去除有機(jī)污染物的水處理，其中，所述的待處理水為水源水和污水。

　　9.利用權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑 進(jìn)行水處理的方法，其特征在于利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑進(jìn)行水處理的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物、粉末活 性炭分別以干式固體粉末形式加入到待處理水中，攪拌，在待處理水中過氧化物濃度為 10～1000mg/L的條件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染 物的水處理，其中，所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (1～10):1:(1～10)，所述待處理水為水源水和污水。

　　10.利用權(quán)利要求1所述的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥 劑進(jìn)行水處理的方法，其特征在于利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合 藥劑進(jìn)行水處理的方法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物、粉末 活性炭分別配制成溶液，然后分別以濕式溶液形式加入到待處理水中，攪拌，在待處理水 中過氧化物濃度為10～1000mg/L的條件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧 氧化去除有機(jī)污染物的水處理，其中，所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性 炭的質(zhì)量比為(1～10):1:(1～10)，所述待處理水為水源水和污水。

　　說明書

　　利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑及其水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及氧化除污染的水處理藥劑及其水處理方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來，活性氧分子對人體健康的影響受到了人們極大的關(guān)注�；钚匝跏茄醯哪承┲� 間代謝產(chǎn)物或含氧的衍生物質(zhì)，具有比氧更強(qiáng)的氧化能力�；钚匝醯念愋椭饕�有：超氧自 由基(O2-)、過氧化氫(H2O2)、羥基自由基(·OH)、單線態(tài)氧(1O2)等。通常呼吸的氧氣是一 種穩(wěn)定的基態(tài)氧分子，又叫做三線態(tài)氧(3O2)，而單線態(tài)氧(1O2)則與之不同，它是一種處 于激發(fā)態(tài)氧分子的存在形式，其化學(xué)性質(zhì)更活潑，較基態(tài)更不穩(wěn)定，在自然界中廣泛存在， 是化學(xué)、環(huán)境、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域最長涉及的活性氧之一，具有氧化能力強(qiáng)、反應(yīng)活性高、存活 時(shí)間短，氧化后不產(chǎn)生有毒有害副產(chǎn)物等特點(diǎn)，屬于綠色、環(huán)境友好型氧化劑。

　　單線態(tài)氧(1O2)的產(chǎn)生方式主要有兩種：一種是光敏化法，一種是化學(xué)反應(yīng)法。光敏 化法涉及到一個(gè)光激發(fā)過程，就是要求存在一種吸收光的物質(zhì)，即光敏劑(sens)，常用的 光敏劑主要有玫瑰紅、曙紅、亞甲基藍(lán)、熒光黃、葉綠素和血卟啉等，在光照射條件下， 激發(fā)態(tài)的光敏劑與體系中的基態(tài)氧作用，進(jìn)而得到單線態(tài)氧。反應(yīng)機(jī)理為：首先，基態(tài)光 敏劑(sens)吸收光子能量被激發(fā)到激發(fā)單線態(tài)(1sens)，見反應(yīng)式(1);隨后，經(jīng)過內(nèi)部系列 的轉(zhuǎn)移，形成激發(fā)三線態(tài)(3sens)，見反應(yīng)式(2);最后激發(fā)三線態(tài)(3sens)能使基態(tài)三線態(tài)氧 (3O2)激發(fā)為單線態(tài)氧(1O2)，見反應(yīng)式(3)。這種利用光敏化法產(chǎn)生單線態(tài)氧的速度快、量 大，但存在著光的限制，需要穩(wěn)定的光源，光敏劑的引入會產(chǎn)生二次污染的問題。

　　化學(xué)反應(yīng)法主要是采用H2O2-ClO-法，將過氧化氫(H2O2)與氯氣(Cl2)的水溶液或是次 氯酸溶液混合即可產(chǎn)生單線態(tài)氧(1O2)，見反應(yīng)式(4)。該反應(yīng)中單線態(tài)氧的生成速度非常 快，其二級反應(yīng)速率常數(shù)約為104M-1s-1，因此，瞬時(shí)產(chǎn)生量大，自分解速度快，存活時(shí) 間短，見反應(yīng)式(5)，因此其被有機(jī)物利用的效率低;而且在利用化學(xué)反應(yīng)法制備單線態(tài) 氧(1O2)過程中采用的化學(xué)試劑為液態(tài)的過氧化氫和次氯酸溶液或氯氣，存在著運(yùn)輸儲存 不方便，操作復(fù)雜及安全隱患的問題。

　　${\mathrm{ClO}}^{-}+H_2{O}_2{\→}^1{O}_2+{\mathrm{Cl}}^{-}+H_{2}O---\left(4\right)$

　　${}^{1}O_2\→O_2+\mathrm{hv}---\left(5\right)$

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是提供利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑及 其水處理方法，解決如下問題：(1)光敏化法中產(chǎn)生單線態(tài)氧需要穩(wěn)定光源，很難大規(guī)模 應(yīng)用，且外加光敏試劑會產(chǎn)生二次污染;(2)傳統(tǒng)化學(xué)反應(yīng)法(H2O2-ClO-)中產(chǎn)生的單線態(tài) 氧易自分解，存活時(shí)間短，很難被污染物高效利用，而且液態(tài)的過氧化氫和次氯酸溶液或 氯氣，運(yùn)輸、儲存不方便，操作復(fù)雜且存在安全隱患。

　　本發(fā)明的利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑由漂白粉、無機(jī) 固體過氧化物和粉末活性炭所組成，其中漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量 比為(1～10):1:(1～10)。

　　所述漂白粉為商業(yè)用漂白粉，由氫氧化鈣、氯化鈣和次氯酸鈣組成，其主要成分為次 氯酸鈣(Ca(ClO)2);無機(jī)固體過氧化物為過氧化鈣(CaO2)、過氧化鎂(MgO2)、過氧化鋇 (BaO2)、過碳酸鈉(Na2CO4)或過碳酸鉀(K2CO4)中的一種或幾種按任意比組合的混合物; 粉末活性炭為木質(zhì)粉末活性炭和煤質(zhì)粉末活性炭。

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑進(jìn)行水處理的方 法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物和粉末活性炭按照質(zhì)量比為 (1～10):1:(1～10)的比例配制成干式混合粉末，加入到待處理水中，攪拌，在過氧化物濃度 為10～1000mg/L的條件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī) 污染物的水處理，其中，所述的待處理水為水源水和污水。

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑進(jìn)行水處理的方 法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物、粉末活性炭分別以干式固 體粉末形式加入到待處理水中，攪拌，在待處理水中過氧化物濃度為10～1000mg/L的條 件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理，其中， 所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為(1～10):1:(1～10)，所述待 處理水為水源水和污水。

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑進(jìn)行水處理的方 法是通過以下步驟實(shí)現(xiàn)的：將固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物、粉末活性炭分別配制成溶 液，然后分別以濕式溶液形式加入到待處理水中，攪拌，在待處理水中過氧化物濃度為 10～1000mg/L的條件下，反應(yīng)5～60min，即完成了利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染 物的水處理，其中，所述的固體漂白粉、無機(jī)固體過氧化物與粉末活性炭的質(zhì)量比為 (1～10):1:(1～10)，所述待處理水為水源水和污水。

　　本發(fā)明包含以下有益效果：

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑，通過固體漂白粉 的主要成份次氯酸鈣提供傳統(tǒng)化學(xué)法(H2O2-ClO-)產(chǎn)生單線態(tài)氧所需的次氯酸根離子 (ClO-)，這種通過固體方式提供所需的藥劑，避免由于使用氯氣溶于水或直接利用液態(tài)次 氯酸溶液存在著運(yùn)輸、儲存不方便，操作復(fù)雜及安全隱患的問題。本發(fā)明復(fù)合藥劑中的無 機(jī)固體過氧化物(CaO2、MgO2、BaO2、Na2CO4、K2CO4)溶于水后會緩慢釋放出化學(xué)法產(chǎn) 生單線態(tài)氧所需的過氧化氫(H2O2)，見反應(yīng)式(6)和(7)。這種通過無機(jī)固體過氧化物在水 中原位產(chǎn)生的過氧化氫，可以迅速與次氯酸根離子(ClO-)反應(yīng)產(chǎn)生高活性單線態(tài)氧(1O2)， 產(chǎn)生的單線態(tài)氧反應(yīng)活性高、氧化能力強(qiáng)、除污染效果好，但易自分解、存活時(shí)間短、利 用率低。本發(fā)明中采用的無機(jī)固體過氧化物比液體的過氧化氫穩(wěn)定安全，便于運(yùn)輸儲存， 易于操作，而且商業(yè)易得，價(jià)格適中。本發(fā)明復(fù)合藥劑中的粉末活性炭由于其空隙結(jié)構(gòu)發(fā) 達(dá)、比表面積大、吸附能力強(qiáng)的特點(diǎn)，可為水中存在的有機(jī)污染物和產(chǎn)生的單線態(tài)氧(1O2) 提供一個(gè)微界面，使得有機(jī)污染物易于向其表面聚集、濃度增加，同時(shí)由于粉末活性炭表 面的疏水特性，單線態(tài)氧也易于在其表面聚集，抑制其自分解，延長其存活時(shí)間，增加與 有機(jī)物的反應(yīng)時(shí)間，提高其利用效率、除污染效能顯著提高。利用高活性單線態(tài)氧氧化去 除有機(jī)污染物水處理復(fù)合藥劑的反應(yīng)機(jī)理見圖1。

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑，可以將漂白粉、 無機(jī)固體過氧化物、粉末活性炭按照質(zhì)量比為(1～10):1:(1～10)制成粉末試劑混合投加或分 別單獨(dú)投加，即為干式投加法;也可以將漂白粉、固體過氧化物、粉末活性炭分別制成溶 液，進(jìn)行單獨(dú)投加，即為濕式投加法。

　　本發(fā)明利用高活性單線態(tài)氧氧化去除有機(jī)污染物的水處理復(fù)合藥劑與其他氧化處理 方法相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：不需要額外增加設(shè)備(如O3、UV需要提供反應(yīng)裝置與設(shè)備)， 受水體條件影響小(如Fenton試劑受pH影響比較大)，除污染效率高，反應(yīng)過程中不產(chǎn)生 有毒有害副產(chǎn)物(如液氯與O3易產(chǎn)生氯代副產(chǎn)物和溴酸鹽)，與液態(tài)的過氧化氫、次氯酸 溶液或氯氣相比，作為固體試劑性質(zhì)穩(wěn)定、安全，運(yùn)輸儲存方便，價(jià)格低廉，易于獲得， 操作簡單易行，可以在水廠進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用，作為固體粉末投加更適用于水污染爆發(fā)時(shí)的 應(yīng)急處理。