專利名稱：一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置和方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
臭氧因其氧化效率高，還原產(chǎn)物為無(wú)害的A而廣泛應(yīng)用于水處理。如今臭氧高級(jí)氧化已大規(guī)模應(yīng)用于中水、污水、冷卻水和飲用水處理等領(lǐng)域，臭氧消毒也是礦泉水制備必不可少的工藝。溴酸鹽是臭氧最主要的副產(chǎn)物。臭氧能夠迅速氧化水中溴離子產(chǎn)生溴酸鹽。 溴酸鹽具有比較大的遺傳毒性和致癌風(fēng)險(xiǎn)，目前我國(guó)的水質(zhì)指標(biāo)為10μ g/L。因此溴酸鹽是制約臭氧工藝推廣應(yīng)用的一大障礙。對(duì)于某一特定水源水，基于臭氧工藝對(duì)溴酸鹽產(chǎn)生量的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，從而優(yōu)化臭氧參數(shù)，一直是研究人員追求的目標(biāo)。目前臭氧氧化過(guò)程中溴酸鹽的預(yù)測(cè)方法主要有機(jī)理模型和黑箱模型兩大類 (1)機(jī)理模型
從理論上將越來(lái)越多的動(dòng)力學(xué)方程納入計(jì)算過(guò)程，通過(guò)大型計(jì)算軟件進(jìn)行非線性回歸計(jì)算進(jìn)行預(yù)測(cè)。機(jī)理模型幾乎不考慮傳質(zhì)過(guò)程，同時(shí)計(jì)算過(guò)程復(fù)雜、計(jì)算成本昂貴，難以直接應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。(2)黑箱模型
通過(guò)多元回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等數(shù)學(xué)工具對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，從而得到模型的數(shù)據(jù)訓(xùn)練集，再不斷進(jìn)行驗(yàn)證。該類方法建模簡(jiǎn)單，但受限于以往數(shù)據(jù)，且計(jì)算方法誤差較大，沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算準(zhǔn)則。最主要的，不同水源水的水質(zhì)模型無(wú)法互相調(diào)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前臭氧氧化過(guò)程中溴酸鹽的預(yù)測(cè)方法存在的上述不足，提供一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置和方法。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置包括臭氧曝氣裝置和臭氧發(fā)生器，所述臭氧曝氣裝置和臭氧發(fā)生器相連，所述臭氧曝氣裝置的內(nèi)部從上至下依次由反應(yīng)區(qū)、曝氣區(qū)和配水區(qū)組成；所述臭氧曝氣裝置的頂部連接有排氣管，所述臭氧曝氣裝置的底部連接有泄空管，所述臭氧曝氣裝置的中部連接有第一循環(huán)管、第二循環(huán)管、第一取樣口、第二取樣口和第三取樣口，所述第一取樣口、第二取樣口和第三取樣口位于第一循環(huán)管和第二循環(huán)管之間且沿著從上至下的方向依次連接在臭氧曝氣裝置的中部上，所述第一循環(huán)管和第二循環(huán)管之間連接有循環(huán)泵，所述曝氣區(qū)內(nèi)設(shè)有微孔砂芯漏斗，所述微孔砂芯漏斗的下方設(shè)有曝氣管，所述曝氣管的一端和臭氧曝氣裝置相連，另一端和臭氧發(fā)生器相連。在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。進(jìn)一步，所述臭氧曝氣裝置為圓柱體形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述微孔砂芯漏斗的孔徑為3 4 μ m。
本發(fā)明還提供一種解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的方法包括以下步驟
步驟一將含溴離子的水樣加入到臭氧曝氣裝置內(nèi)；
步驟二 開(kāi)啟循環(huán)泵和臭氧發(fā)生器，持續(xù)通入臭氧在0. 2 3. Omg/L濃度范圍內(nèi)并保持 1. 5 2. 0小時(shí)，同時(shí)，在該時(shí)間段內(nèi)取5 10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從第二取樣口分別采集水樣檢測(cè)臭氧濃度和溴酸鹽濃度；
步驟三建立臭氧濃度-時(shí)間曲線關(guān)系示意圖并根據(jù)該曲線關(guān)系示意圖計(jì)算得到臭氧
暴露值；
步驟四建立臭氧暴露值-溴酸鹽濃度線性關(guān)系示意圖，得到該水樣在通臭氧過(guò)程中的溴酸鹽生成回歸線性方程，該回歸線性方程為臭氧消毒時(shí)間的確定依據(jù)，可用于預(yù)測(cè)臭氧曝氣裝置中溴酸鹽的產(chǎn)生規(guī)律。進(jìn)一步，所述步驟二中采用DPD分光光度方法檢測(cè)臭氧濃度，采用離子色譜方法檢測(cè)溴酸鹽濃度。進(jìn)一步，所述步驟三中臭氧暴露值為臭氧濃度-時(shí)間曲線關(guān)系示意圖中的水中臭氧濃度和時(shí)間之間的曲線所包圍區(qū)域的面積的大小，通過(guò)矩形法計(jì)算得到。所述矩形法即將曲線所包圍的區(qū)域分割為矩形、直角三角形或者直角梯形后計(jì)算各個(gè)矩形、直角三角形、直角梯形的面積，再加和求得總面積，即為臭氧暴露值。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的方法既克服了機(jī)理模型中未考慮汽水兩相流流態(tài)的缺點(diǎn)，又克服了計(jì)算成本過(guò)高的缺點(diǎn)，僅使用線性擬合；同時(shí)對(duì)比需要大量數(shù)據(jù)的黑箱模型，試驗(yàn)數(shù)據(jù)量明顯降低；臭氧曝氣裝置中的循環(huán)泵流量依據(jù)實(shí)際中臭氧裝置的傳質(zhì)效率而定，流態(tài)介于推流式和完全混合式之間。


圖1為本發(fā)明用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖一； 圖2為本發(fā)明用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖二 ；
圖3為本發(fā)明臭氧濃度-時(shí)間曲線關(guān)系示意圖； 圖4為本發(fā)明臭氧暴露值-溴酸鹽濃度線性關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1及2所示，所述用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置包括臭氧曝氣裝置12 和臭氧發(fā)生器9，所述臭氧曝氣裝置12和臭氧發(fā)生器9相連，所述臭氧曝氣裝置12的內(nèi)部從上至下依次由反應(yīng)區(qū)13、曝氣區(qū)14和配水區(qū)15組成；所述臭氧曝氣裝置12的頂部連接有排氣管8，所述臭氧曝氣裝置12的底部連接有泄空管7，所述臭氧曝氣裝置12的中部連接有第一循環(huán)管1、第二循環(huán)管2、第一取樣口 3、第二取樣口 4和第三取樣口 5，所述第一取樣口 3、第二取樣口 4和第三取樣口 5位于第一循環(huán)管1和第二循環(huán)管2之間且沿著從上至下的方向依次連接在臭氧曝氣裝置12的中部上，所述第一循環(huán)管1和第二循環(huán)管2之間連接有循環(huán)泵10，所述曝氣區(qū)內(nèi)設(shè)有微孔砂芯漏斗11，所述微孔砂芯漏斗11的下方設(shè)有曝氣管6，所述曝氣管6的一端和臭氧曝氣裝置12相連，另一端和臭氧發(fā)生器9相連。所述循環(huán)泵采用MP-15RN，0L/min時(shí)反應(yīng)柱中接近推流式流態(tài)，額定流量為8L/ min0達(dá)到額定流量時(shí)柱中汽水流態(tài)接近完全混合。所述循環(huán)泵不開(kāi)啟時(shí)為推流式，完全開(kāi)啟時(shí)為完全混合式，使用時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整循環(huán)泵流量。所述臭氧發(fā)生器為HF-3型臭氧發(fā)生器。所述臭氧發(fā)生器的氣源既可以為空氣，還可以采用氧氣來(lái)提高臭氧純度。本發(fā)明用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置在使用前用超純水反復(fù)浸泡裝置0. 5 小時(shí)，并潤(rùn)洗2 3次；再向裝置加入1. 5升的實(shí)際水樣(含溴離子204. 9微克/升)水樣， 開(kāi)啟循環(huán)泵和臭氧發(fā)生器，并記時(shí)為零。定時(shí)從第二取樣口 4取樣，一份水樣用于立即測(cè)量水中溶解臭氧量，一份水樣氮?dú)獯?分鐘后，測(cè)定溴酸鹽。補(bǔ)充說(shuō)明，作為一般用途，測(cè)定溴酸鹽形成規(guī)律時(shí)循環(huán)泵完全開(kāi)啟。此外，本裝置也可通過(guò)調(diào)整循環(huán)泵流量模擬特定流態(tài)時(shí)溴酸鹽的形成規(guī)律，調(diào)整步驟如下加入1. 5升超純水，開(kāi)啟臭氧發(fā)生器和循環(huán)泵，但關(guān)閉循環(huán)泵前閥門，通入臭氧30分鐘后，測(cè)定取樣口 3、4和5水樣的臭氧濃度C3、C4和C5，此時(shí)C3>C4>C5，并且C4/C3約等于C5/C4。此后依據(jù)需要逐步調(diào)整閥門開(kāi)啟度直至滿足要求。保持閥門開(kāi)啟度不變，更換超純水為實(shí)際水樣即可進(jìn)行測(cè)定。表1實(shí)際水樣臭氧實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
時(shí)間t (miη)01025406090DO3 (mg/L)00. 701. 131. 011. 161. 01Ct值03. 517. 2333. 2854. 9887. 53Br03"(ug/L)01019244143
如圖3所示，顯示臭氧ct值的計(jì)算方法，如IOmin點(diǎn)溶解臭氧值為0. 7mg/L,對(duì)應(yīng)坐標(biāo)為(IOmin, 0. 7mg/L),則其 ct 值為(Omin，Omg/L)、(IOmin, Omg/L)和(IOmin, 0. 7mg/L)三個(gè)點(diǎn)圍成的三角形面積，即為0. 7 χ 10 + 2=3. 5，25min點(diǎn)對(duì)應(yīng)溶解臭氧值為1. Umg/L，則其ct 值為(Omin，0mg/L)、(25min，0mg/L)、( lOmin，0. 7mg/L)和(25min，1. 13mg/L)四個(gè)點(diǎn)圍成的四邊形的面積，則通過(guò)矩形近似法，計(jì)算方法為此前三角形面積3. 5，加上(IOmin, 0. Omg/ L)、(25min, 0mg/L)、( IOmin, 0. 7mg/L)和(25min, 1. 13mg/L)的梯形面積(0. 7+1. 13) χ (25-10) +2=13. 73，共17. 23。其后的時(shí)間點(diǎn)位計(jì)算方法與上述相同。如圖4所示，可以看出三個(gè)臭氧段臭氧暴露值和溴酸鹽濃度之間均存在顯著線性關(guān)系，比如，其中k為0. 37這條線的方程是y=0. 37x-0. 71，線性相關(guān)系數(shù)R2=O. 994，該圖中另外兩條線性方程為臭氧發(fā)生器持續(xù)通入臭氧在分別在0. 02 0. 13mg/L和0. 23 0. 5%ig/L兩個(gè)濃度范圍內(nèi)并保持90分鐘而得到的線性方程，該線性方程是臭氧消毒時(shí)間的確定依據(jù)，可用于預(yù)測(cè)臭氧曝氣裝置中溴酸鹽的產(chǎn)生規(guī)律。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置，其特征在于，所述裝置包括臭氧曝氣裝置和臭氧發(fā)生器，所述臭氧曝氣裝置和臭氧發(fā)生器相連，所述臭氧曝氣裝置的內(nèi)部從上至下依次由反應(yīng)區(qū)、曝氣區(qū)和配水區(qū)組成；所述臭氧曝氣裝置的頂部連接有排氣管，所述臭氧曝氣裝置的底部連接有泄空管，所述臭氧曝氣裝置的中部連接有第一循環(huán)管、第二循環(huán)管、 第一取樣口、第二取樣口和第三取樣口，所述第一取樣口、第二取樣口和第三取樣口位于第一循環(huán)管和第二循環(huán)管之間且沿著從上至下的方向依次連接在臭氧曝氣裝置的中部上，所述第一循環(huán)管和第二循環(huán)管之間連接有循環(huán)泵，所述曝氣區(qū)內(nèi)設(shè)有微孔砂芯漏斗，所述微孔砂芯漏斗的下方設(shè)有曝氣管，所述曝氣管的一端和臭氧曝氣裝置相連，另一端和臭氧發(fā)生器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置，其特征在于，所述臭氧曝氣裝置為圓柱體形結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置，其特征在于，所述微孔砂芯漏斗的孔徑為3 4 μ m。
4.一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟步驟一將含溴離子的水樣加入到臭氧曝氣裝置內(nèi)；步驟二 開(kāi)啟循環(huán)泵和臭氧發(fā)生器，持續(xù)通入臭氧在0. 2 3. Omg/L濃度范圍內(nèi)并保持 1. 5 2. 0小時(shí)，同時(shí)在該時(shí)間段內(nèi)取5 10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，從第二取樣口分別采集水樣檢測(cè)臭氧濃度和溴酸鹽濃度；步驟三建立臭氧濃度-時(shí)間曲線關(guān)系示意圖并根據(jù)該曲線關(guān)系示意圖計(jì)算得到臭氧暴露值；步驟四建立臭氧暴露值-溴酸鹽濃度線性關(guān)系示意圖，得到該水樣在通臭氧過(guò)程中的溴酸鹽生成回歸線性方程，該回歸線性方程為臭氧消毒時(shí)間的確定依據(jù)，可用于預(yù)測(cè)臭氧曝氣裝置中溴酸鹽的產(chǎn)生規(guī)律。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的方法，其特征在于，所述步驟二中采用DPD分光光度方法檢測(cè)臭氧濃度，采用離子色譜方法檢測(cè)溴酸鹽濃度。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的方法，其特征在于，所述步驟三中臭氧暴露值為臭氧濃度-時(shí)間曲線關(guān)系示意圖中的水中臭氧濃度和時(shí)間之間的曲線所包圍區(qū)域的面積的大小，通過(guò)矩形法計(jì)算得到。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測(cè)定水中溴酸鹽產(chǎn)生規(guī)律的裝置和方法。所述裝置包括相連的臭氧曝氣裝置和臭氧發(fā)生器，臭氧曝氣裝置的頂部連接有排氣管，臭氧曝氣裝置的底部連接有泄空管，臭氧曝氣裝置的中部連接有第一循環(huán)管、第二循環(huán)管、第一取樣口、第二取樣口和第三取樣口，第一循環(huán)管和第二循環(huán)管之間連接有循環(huán)泵，曝氣區(qū)內(nèi)設(shè)有微孔砂芯漏斗，微孔砂芯漏斗的下方設(shè)有曝氣管，曝氣管的一端和臭氧曝氣裝置相連，另一端和臭氧發(fā)生器相連。本發(fā)明既克服了機(jī)理模型中未考慮汽水兩相流流態(tài)的缺點(diǎn)，又克服了計(jì)算成本過(guò)高的缺點(diǎn)，僅使用線性擬合；同時(shí)對(duì)比需要大量數(shù)據(jù)的黑箱模型，試驗(yàn)數(shù)據(jù)量明顯降低。
文檔編號(hào)C02F1/78GK102297927SQ201110131919
公開(kāi)日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者劉巖, 黃鑫 申請(qǐng)人:北京中企卓創(chuàng)科技發(fā)展有限公司