[发明专利]一种饮用水电化学预氧化装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学法处理微污染饮用原水的装置及方法，可用作饮用水的预氧化处理手段。具体是一种利用电化学法产生过氧化氢和羟基自由基之类的强氧化性物质杀菌消毒、防止水厂设备污染、去除消毒副产物前驱体、改善混凝效果、去除臭和味的方法及其反应装置。

背景技术

在自来水厂，在水质较差的原水进厂之后，通常要首先进行预氧化处理，用以杀菌消毒、灭藻、杀浮游生物，防止水厂设备污染，氧化分解有机物，改善混凝降浊效果。预氧化处理简称预氧化。水厂预氧化处理添加的药剂包括液氯、次氯酸钠、臭氧、高锰酸钾、二氧化氯、过氧化氢等氧化剂，其中最常用的是液氯或次氯酸钠。水厂采用氯系氧化剂进行预氧化也称预氯化。预氯化成本较低，杀菌消毒效果好，可明显改进混凝降浊效果，但是容易产生对人体有极大危害的氯仿、一溴二氯甲烷、溴仿、一溴乙酸、二氯乙酸、二溴乙酸、三氯乙酸等消毒副产物，且对臭和味的去除不理想。

臭氧能有效杀灭微生物、藻类和氧化降解众多有机污染物，但是当水中含有溴离子时，臭氧会将溴离子氧化成溴酸根和次溴酸根，是毒性更强的消毒副产物，另外目前使用臭氧需现场制备，成本较高，也限制了它的广泛应用。高锰酸钾在去除水中微量有机物及异味、控制氯化消毒副产物方面具有一定效果，但投加量控制不当将存在锰的二次污染问题。二氧化氯的氧化性及杀菌能力明显高于氯气，但价格较高且不够稳定，与空气混合的体积比大于10％时受到强光或强烈振动就可能发生爆炸，运输使用不太安全。

与上述氧化剂相比，过氧化氢是比较理想的自来水预氧化剂，因为相同浓度的过氧化氢与氯气具有相当的氧化能力，其最终分解产物是水，无二次污染，但也存在着稳定性较差，异地生产运输不够经济安全的问题。对于水质很差的原水，过氧化氢需与氧化性更强的氧化剂联合使用才能获得较为理想的效果。中国专利CN200510009889.0“O₃/H₂O₂预氧化与常规水处理工艺协同除蚤的水处理方法”，公布了用臭氧和过氧化氢联用预氧化的方法，利用臭氧和过氧化氢的强氧化性及协同作用产生·OH的特性来进行预氧化，但存在药剂成本太贵的问题。相比较而言，在众多与过氧化氢预氧化相结合的技术中，最值得关注的是能高效产生具有强氧化性羟基自由基的Fenton法，但无论是普通Fenton法或是电Fenton法，都要求反应环境的pH值在3附近，且会引入(亚)铁离子，使水体浊度和色度升高，总铁含量增大，故该方法不能直接用于饮用水预氧化中，需要进行改进，在类Fenton反应中使用非均相催化剂为这个难题的解决提供了参考方向。其中研究较多的非均相催化剂为：以活性炭为载体，通过浸渍后高温反应的方法负载上三价铁，却也存在催化效率低等问题，活性炭中的铁活性位不足可能是其催化效率低的原因之一。

针对上述问题，在水处理现场利用电化学方法制备过氧化氢不仅可以解决药剂成本、运输安全等问题，且电解产生H₂O₂的过程中也伴随着O₂^-、HO₂·等氧化性物质的产生，以及阳极电解的强氧化作用的多元叠加，可使电化学在线制备H₂O₂所产生的预氧化效果远远超出普通投加H₂O₂的预氧化效果，再利用铁硅粉体催化H₂O₂产生的羟基自由基，就可以经济、绿色和高效的实现对原水的预氧化。

发明内容

本发明的目的是提供一种饮用水电化学预氧化技术及装置，在不外加电解质、不使用隔膜的条件下，使原水流经该新型装置后就可得到理想的预氧化效果，且不产生消毒副产物。具体是采用电化学方法，高效电解产生过氧化氢，并用铁硅粉体催化过氧化氢分解产生羟基自由基，在电化学直接氧化和过氧化氢、羟基自由基等物质的间接氧化共同作用下，实现对原水的预氧化，可有效的杀灭细菌、除去臭味、降低浊度，既高效节能，又无消毒副产物生成，达到绿色、经济的效果。