去除水中溴酸盐的方法和装置.pdf

本发明涉及一种简便去除水中溴酸盐的方法和装置，其特征是使水经过波长介于150-250nm紫外光照射，特别是用于天然水生产，使水经过波长介于150-240nm紫外光照射，检测出水以溴酸盐不大于0.01mg/L。相对于现有技术，处理工艺更简单，不改变原制水工艺，只需在现有天然矿泉水生产线灌装前增加一道150-240nm紫外光照射工艺，达到约束水中溴酸盐含量，同时又能够满足灌装保留臭氧残留效果，不需添加任何处理药剂，也不改变原水品质例如pH，不改变矿泉水口味。

1、  去除水中溴酸盐的方法，其特征是使水经过波长介于150-250nm紫外光照射。

2、  根据权利要求1所述去除水中溴酸盐的方法，其特征是使水经过波长介于150-240nm紫外光照射，检测出水以溴酸盐含量不大于0.01mg/L。

3、  根据权利要求2所述去除水中溴酸盐的方法，其特征是紫外照射光谱为170-210nm。

4、  根据权利要求1、2或3所述去除水中溴酸盐的方法，其特征是产生上述紫外光谱为准分子紫外灯。

5、  去除水中溴酸盐的装置，其特征是在处理水槽中放置一支或多支波长介于150-250nm的紫外光灯。

6、  根据权利要求5所述去除水中溴酸盐装置，其特征是紫外光灯光谱范围为150-240nm。

7、  根据权利要求6所述去除水中溴酸盐装置，其特征是紫外光灯光谱范围为170-210nm。

8、  根据权利要求5、6或7所述去除水中溴酸盐装置，其特征是灯管管间距以及灯管与水槽内壁间距不大于4cm。

9、  根据权利要求8所述去除水中溴酸盐装置，其特征是灯管管间距以及灯管与水槽内壁间距不大于2cm。

10、  根据权利要求5、6、7或9所述去除水中溴酸盐装置，其特征是紫外灯发光驱动为2450MHz微波源。

去除水中溴酸盐的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种简便去除水中溴酸盐的方法和装置，特别是用于天然矿泉水或山泉水等天然水生产臭氧杀菌工艺后去除水中溴酸盐，同时又保留符合要求的残留臭氧。
背景技术
天然原水中除了存在许多有机和无机物外，同时也存在ppb量级的溴化物(bromides)。目前饮用天然矿泉水或山泉水等天然水生产深度处理杀菌工艺，较多采用臭氧杀菌，并且对于瓶装水要求有一定臭氧残留，可同时对水和瓶盖消毒。但用臭氧消毒时，水中溴化物与臭氧反应，会转化成常规水处理工艺难以去除的溴酸盐bromate(BrO3^-)，装瓶后则留在水中。
溴酸盐国际上已被认定为2B级潜在致癌物，世界卫生组织和美国环保局所规定的饮用水中，溴酸盐最高允许浓度在0.01mg/L以内。臭氧是公认的最有效的消毒方法，目前生产生饮水尚未找到比臭氧更有效的杀菌方法，因此臭氧杀菌副产物——溴酸盐客观存在。
中国专利CN101327985公开的催化臭氧化去除水中有机污染物的方法，a、以流化床或固定床形式将粒径为1nm～10cm的固体催化剂放入臭氧催化氧化接触反应器中，其中固体催化剂总的厚度控制在10～500cm；b、以1～50m/h的水流速度将待处理水以顺流式、逆流式或混合式的方式引入反应器，反应器前或反应器中采用钛板微孔曝气、立管曝气或周边均匀曝气进行臭氧布气，臭氧的投加量为1μg/L～100mg/L，然后按臭氧投加量与过氧化氢投加量的摩尔比1∶0.1～1投加过氧化氢；c、控制臭氧、过氧化氢和待处理水的接触时间为1～300min，催化剂和含臭氧、过氧化氢的待处理水的接触时间为1～180min。达到解决过氧化氢剩余问题，减少溴酸盐的生成。此法虽可用于处理饮用水，但投加化学药剂量需精确控制，处理工艺复杂。
中国专利CN101439900氧化还原去除水中溴酸盐的方法，通过硫酸亚铁还原性去除水中溴酸盐，方法为：第一通过铵盐和活性炭上微生物硝化作用控制水中溶解氧浓度处于较低水平；第二通过硫酸亚铁的还原性去除水中溴酸盐；第三通过过滤单元去除水中过量的铁离子。系统包括：控制水中溶解氧的预处理工作段、去除溴酸盐的氧化还原工作段和去除过量铁离子的过滤处理工作段。对溴酸盐的去除率可达60％以上。此法，处理工艺复杂，需增加三段处理，并且为达到去除溴酸盐通过硫酸亚铁还原，此后还要再去除过量铁离子，处理成本增加较多，并且去除效果不理想，只能去除60％左右，不适用于水中高浓度溴酸盐的去除，难以稳定达到饮用水对溴酸盐允许含量标准。
上述二个专利处理溴酸盐，不仅皆为工艺复杂，需要投加化学药剂，造成处理成本加大，还会改变原水品质，以及易引起二次污染。
美国专利US5609766公开了一种用臭氧处理含溴化物水的处理方法，通过使水酸化后不易转化成溴酸盐，抑制臭氧杀菌中溴酸盐的产生，提出采用向水中投加二氧化碳气体，调节水的PH值小于6.5。然而，生产水工艺中投加气体工艺复杂，增加了制水成本，而且只能是抑制溴酸盐生成，而不能完成阻断其产生，生成的溴酸盐提出可采用合适的活性碳来吸附，但缺点是必须选择特定的活性碳，而且活性碳处理易受被处理水的PH值和水温等因素影响，效果不稳定，特别是活性碳吸附还同时将残留的臭氧也去除了，不符合瓶装矿泉水工艺要求。再就是，此方法因使水呈酸性改变了水的品质，一方面可能腐蚀制水管道及设备，同时也不符合市场要求提供弱碱性健康饮用水的期望。
仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种工艺简单，只增加一道工序，处理成本低，去除效率高，不受浓度影响的去除水中溴酸盐的方法。
本发明的另一目的在于提供一种同时能保留水中所需臭氧残留，不改变原水品质的去除水中溴酸盐的方法。
本发明的再一目的在于提供一种能够实现上述目的的去除水中溴酸盐的装置。
本发明第一目的实现，经申请人对去除溴酸盐方法的试验研究，意外地发现紫外光对溴酸盐具有分解作用，发现水中溴酸盐在波长范围150-250nm紫外光照射均会产生分解，因此提出增加一采用波长包含150-250nm紫外光照射分解溴酸盐，从而克服了上述现有技术的种种不足，实现本发明目的。具体说，本发明去除水中溴酸盐的方法，其特征是使水经过波长介于150-250nm紫外光照射。
而鉴于紫外光对臭氧也有分解作用，进一步研究溴酸盐和臭氧的紫外吸收光谱，发现臭氧在紫外波段150-210nm吸收截面很小，在210-310nm则有吸收分解，尤以在250nm附近分解最厉害，而紫外波长介于150-240nm，溴酸盐能被高效分解，而臭氧不会被分解或不会被完全分解，可以满足保留水中所要求的臭氧残留，因此对于饮用水，在制水工艺臭氧消毒后，经用150-240nm紫外光照射，检测出水要求溴酸盐含量不大于0.01mg/L。
本发明更好的紫外照射光谱为150-210nm波段，此波段范围溴酸盐被分解，而臭氧几乎没有分解。从工业实际应用角度，最佳波长范围为170-210nm，可以做成象普通灯管那样制作光源简单，如果波长低于170nm，则透过能力相对较弱，给实际工业应用带来困难。
研究认为紫外光照射分解溴酸盐，机理可能是溴酸盐在150-193nm波段，主要通过水均裂反应产生的活性中间体H·和eaq(水合电子)的间接作用而分解；在193-240nm波段则主要通过直接光解作用分解。
本发明紫外光照射时间或水流速度，可以根据处理后溴酸盐浓度要求，以及照射光强度、光照深度等综合确定。例如用于饮用水，一个限制条件是满足出水溴酸盐含量不大于0.01mg/L。
所述波长介于150-250nm紫外光，特别是波长介于150-240nm及170-210nm紫外光，试验比较，一种更好为采用准分子紫外灯，较其他紫外灯不仅波长匹配性好，而且在此输出波长范围光强较高，分解去除水中溴酸盐有更高的去除效率和/或处理能力，并可避免对臭氧的完全分解。
本发明第二目的实现，去除水中溴酸盐的装置，其特征是在处理水槽中放置一支或多支波长介于150-250nm的紫外光灯。其中更好为采用波长范围150-240nm或170-210nm紫外光。
所说处理水槽，主要用于安装分解溴酸盐紫外灯和容纳处理流体(例如水)，根据处理工艺，可以采用类似现有紫外水处理杀菌装置结构，例如开放式、封闭式；水槽截面形状也不限，可以是圆形，也可以是其他几何形状；处理方式，可以采用浸没式，也可以采用过流式。
处理水槽，一种较好采用不锈钢，可以通过对水槽内壁抛光，成为具有反射紫外光的镜面，有利于提高处理效率。当然本领域普通技术人员也能够理解到，还可以采用其他材料或方式，在水槽内壁面形成具有反射功能的镜面。
试验比较，紫外灯管管间距、以及灯管与水槽内壁间距，以不超过4cm具有较好的处理效果和处理能力，最佳尤以不大于2cm为好，具体可以通过检测紫外光在处理流体中的透入深度确定。
紫外灯发光驱动电源，可以是现有技术中通过对电极加电使其发出紫外光，也可以采用2450MHz微波源，通过微波藕合传输能量使灯管发出紫外光。在处理量大时，本发明优先推荐后者，较易获得大功率灯管和更高的紫外光强输出，用于处理流体结构更简单，操作更简便安全。
本发明去除水中溴酸盐的方法和装置，相对于现有技术，处理工艺更简单，且不外加任何制剂，不改变原制水工艺，特别适合于处理制备天然矿泉水或山泉水等天然水生产，只需在现有天然矿泉水生产线灌装前增加一道150-240nm紫外光照射工艺，可选择性高效分解制水中产生的溴酸盐，达到约束水中溴酸盐含量，同时又能够满足灌装保留臭氧残留效果，不需添加任何处理药剂，也不改变原水品质例如PH，不改变矿泉水口味。试验样水检测：未经介于150-240nm波长紫外光照射，水中含溴酸盐(以BrO₃计)510μg/L，经介于150-240nm波长紫外光照射，水中含溴酸盐(以BrO₃计)＜5μg/L，臭氧仍保持所需余量，表明介于150-240nm波长紫外光照射完全可以选择性高效分解天然矿泉水中溴酸盐，分解产物不会相互反应重新生成溴酸盐，同时又不影响预留臭氧。本发明方法和装置，不仅可用于制备天然矿泉水或山泉水等天然水生产除去溴酸盐，而且可以用于各种水中除去溴酸盐。并由于波长150-250nm仍属紫外光杀菌波段，因而还可以用于流体(水、气)的杀菌消毒处理。
以下结合7个示例性实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
附图说明
图1为本发明一种实施例处理装置结构示意图。
图2为本发明另一种实施例处理装置结构示意图。
图3为图1、2中截面结构示意图。
具体实施方式
实施例1：参见图1、3，在内径123mm长1000mm的封闭304#不锈钢管1内，并列设置多支波长为222nm KrCl^*准分子灯管2，内壁经抛光处理成镜面，灯管管间距以及灯管与不锈钢管腔体内壁间距不大于15mm，准分子紫外灯用高频高压电源3、通过硅橡胶导线4向各准分子灯管2供电1400W。处理水(经臭氧杀菌的饮用天然矿泉水)由进口5进入，经出水口6排出，流量为100L/min。检测处理前溴酸盐浓度为0.51mg/L，处理后水中溴酸盐浓度低于所用离子色谱检测仪最小检测限0.005mg/L，未能检出，臭氧仍保持所需余量。
实施例2：如实施例1，其中光源为波长207nm KrBr^*准分子灯，检测具有相近似结果，臭氧浓度处理前后基本未变化。
实施例3：如实施例1，其中光源为波长190nm KrBr^*准分子灯，检测具有相近似结果，臭氧浓度处理前后基本未变化。
实施例4：如实施例1，其中光源为波长172nm Xe2^*准分子灯，检测具有相近似结果，臭氧浓度处理前后基本未变化。
实施例5：如实施例1，光源为其辐射光谱中包含175-240nm波段部分的低压氪闪光管，分解溴酸盐检测具有相近似结果，只是处理后臭氧大部分被分解，可用于对臭氧残留无要求场合水处理。
实施例6：如实施例1，光源为其辐射光谱中包含180-240nm波段部分的中压汞紫外灯，分解溴酸盐检测具有相近似结果，只是处理后臭氧大部分被分解，可用于对臭氧残留无要求场合水处理。
实施例7：参见图2，如前述，其中使灯管发出紫外光工作电源为微波发射源，由磁控管8产生2450MHz微波进入谐振腔7，激发一端插入谐振腔的灯管2发光。磁控管发射微波功率为800W。
对于本领域技术人员来说，在本专利构思及具体实施例启示下，能够从本专利公开内容及常识直接导出或联想到的一些变形，本领域普通技术人员将意识到也可采用其他方法，或现有技术中常用公知技术的替代，以及特征间的相互不同组合，例如紫外光源的改变，处理水槽的改变，处理水的改变，处理方式的改变，以及技术人员理解到的采取加大波长范围(包含150-250nm紫外光)分解溴酸盐，用于非瓶装水的处理，等等的非实质性改动，同样可以被应用，都能实现与上述实施例基本相同功能和效果，不再一一举例展开细说，均属于本专利保护范围。