[发明专利]一种抑制溴类副产物生成的饮用水电化学消毒方法

说明书

一种抑制溴类副产物生成的饮用水电化学消毒方法，属于水处理技术领域，本发明从消毒过程控制副产物形成的角度入手，在不分槽体系内进行电化学消毒，通过阴阳极协同作用，在保证阳极消毒效果的前提下，选择双金属复合电极作阴极抑制溴类无机副产物和溴代有机副产物的形成。本发明结合电化学消毒技术的实际情况，在阴阳极协同作用的情况下，通过优化阴极材质，提升与阳极氧化同时存在的阴极还原作用，降低最终出水溴类副产物的浓度，是一种行之有效的抑制溴类副产物生成的方法。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种抑制溴类副产物生成的饮用水电化学消毒方法。

背景技术

电化学消毒技术是基于电化学高级氧化技术（Electrochemical AdvancedOxidation Process, EAOP）的一种新型消毒技术，具有无需投加药剂、能耗成本低、易于实现自动化等优，在小型集中供水工程中有良好的应用前景。但与其他消毒技术相似，电化学消毒过程中所依赖的电生羟基自由基氧化剂可能会与水中共存物质发生反应，形成不利于人体健康的消毒副产物（disinfection by-products，DBPs）。其中，以广泛存在于天然水体中的溴化物为前驱体的溴酸盐（BrO₃^-）等溴类无机副产物和溴代有机副产物，降低了饮用水的安全性，对人类身体健康存在威胁。

目前，去除溴类副产物的方法主要有：活性炭吸附、离子交换、亚铁离子或零价铁还原、紫外线照射。但从实际应用来看，在水厂消毒工艺后端再设置集中处理环节，或在用户饮用前采用设备分散处理，不仅增加了处理成本，且易产生二次污染风险。因此，从工程应用角度出发，研究在消毒过程中通过优化工艺条件抑制溴类副产物的生成，较研究副产物生成后再去除显得更有意义。

目前，关于高级氧化过程中溴类副产物的抑制方法，主要有在氧化过程加氨法、降低溶液pH法、加醋酸盐等自由基清除剂法、加草酸等HBrO清除剂法等。这些方法各自存在一定局限性，如在氧化系统中大量加氨，虽然在一定程度上抑制了溴类副产物的形成，但会导致其他有毒含氮副产物的形成；调节pH值在实际生产实践中成本较高，加入自由基清除剂虽然可以降低溴类副产物的形成，但也降低了高级氧化系统的氧化能力；投加HBrO清除剂的方法，在实际应用中难以实现。

电化学消毒技术本身存在阳极氧化和阴极还原过程，对电化学体系中通过提升阴极还原作用，抑制溴类副产物形成的研究还相对较少。若能通过提升阴极对高价态溴元素的还原效果抑制溴类副产物的形成，则无需额外投加药剂、不会造成二次污染且易于实现。因此，为保障人们的饮水安全，经济、高效、安全地抑制电化学消毒过程中溴类副产物的形成，有必要对不分槽电化学体系内的阴极进行合理选择和优化。

掺硼金刚石（Boron-doped diamond, BDD）电极具有较强的·OH产生能力，因其有较宽的电化学窗口、稳定性强、耐腐蚀、较低的背景电流等优势，在电化学消毒方面有良好的应用前景。BDD电极氧化时，金刚石薄膜涂层电位高，不易发生析氧副反应，从而可以长久地保持较高的氧化能力。当消毒水体中含有溴化物时，BDD电极由于其较强的羟基自由基产生能力，表现出更好地消毒效果，但同时，高价态溴类无机副产物及溴代有机副产物的风险也会增大。Bergmann将其在电解含溴水时发生的反应总结如下：

由上式可知，BDD电极电解过程中，除·OH外，可能会有·O、H₂O₂，O₂，O₃同时发挥作用，将Br^-氧化为BrO₃^-，甚至更高价态的溴类副产物，威胁饮用水安全。

发明内容

本发明以消毒过程控制副产物形成为出发点，提供一种抑制溴类副产物生成的饮用水电化学消毒方法，在阳极氧化的同时，提升阴极作用，将阳极氧化形成的溴类副产物转化为Br^-，进而抑制溴类副产物的产生。

本发明采用如下技术方案：