超聲波-紫外光氧化處理有機廢水技術(shù)綜述

1、第22卷第2期寧夏大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)文章編號:0253-2328(2001)02-0223-04超聲波2紫外光氧化處理有機廢水技術(shù)綜述葉招蓮,賀啟環(huán)(南京理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系,江蘇南京210094)摘要:論述了超聲波(US)降解有機污染物技術(shù)的原理和效果,以及國內(nèi)外現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,指出超聲波的“空化”作用是其主要的作用機制,超聲波與其他作用如紫外光輻射、催化氧化等聯(lián)合運用,可大大加速和提高有機污染物的礦化度,在處理難降解有機污染物和有毒有害有機污染物方面,特別是在凈化環(huán)境、控制污染物方面有巨大的應(yīng)用前景.關(guān)鍵詞:超聲波;紫外光;催化氧化;廢水處理分類號:(中圖)X703.1文獻標(biāo)識碼:

2、A目前,一般的工業(yè)有機廢水都可通過組合傳統(tǒng)工藝而得到適當(dāng)處理,對于難降解的有機廢水如焦化、染料、農(nóng)藥、制藥工業(yè)廢水及有毒有害物質(zhì),由于技術(shù)和經(jīng)濟之類的原因還沒有形成完整而有效的治理對策.應(yīng)用多種氧化技術(shù)在較短的時間內(nèi)將難降解有機污染物和有毒有害物質(zhì)完全無害化、不產(chǎn)生二次污染,已成為主要研究目標(biāo)之一.將超聲波和紫外光催化氧化結(jié)合起來處理有機廢水,能在較短時間內(nèi)達到高的降解率和礦化度,是水處理領(lǐng)域里的一項新型技術(shù).氯代苯酚是一類重要的有機化合物,同時也是一類常見的難降解有機污染物,在煉油、煉焦、造紙、塑料等化工廢水中,其含量都較大,而如何有效地降解這些化合物是眾多研究者關(guān)注的熱點.Puppert等

3、人發(fā)現(xiàn)在UV/H2O2體系中加入Fe2+能顯著提高水中四氯酚(42CP)的光致降解率,體系的TOC也隨之下降.用波長320nm的光光照1h和7h,體系的TOC去除率分別為15%和96%,而在沒有光照的同1光催化氧化的機理和現(xiàn)狀1.1反應(yīng)機理在水處理領(lǐng)域中,光化學(xué)氧化法是近20余年才進行研究的新技術(shù).其中,光激發(fā)氧化在去除水中有機污染物方面最具有競爭力.這是一種將紫外光輻射(UV)和氧化劑(如O3和H2O2等)結(jié)合使用的方法.在紫外光的激發(fā)下,氧化劑光分解產(chǎn)生氧化能力更強的游離基(如OH基),從而大大提高了氧化能力和反應(yīng)速率,可以氧化許多單用氧化劑無法分解的難降解污染物.其中,O32UV光激發(fā)氧

4、化法已被美國環(huán)保局指定為多氯聯(lián)苯廢水處理的最佳實用技術(shù).紫外光和氧化劑的共同作用,使得光激發(fā)氧化無論在氧化能力還是反應(yīng)速率上,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過單獨使用紫外輻射或氧化劑所能達到的效果.近10年來國收稿日期:2001-05-01作者簡介:葉招蓮(1978-),女,碩士,研究廢水處理.等條件下,TOC去除率只能達到15%,并且不隨時間而變化;此外,在同等條件下,如不加Fe2+,則42CP幾乎不發(fā)生光降解.KenichiOkamoto等報道了酚的光催化氧化,在曝氣充氧條件下,1mmol/L的酚經(jīng)80min處理,反應(yīng)物及所有以苯的衍生物形式存在的中間產(chǎn)物均被去除,180min內(nèi)所有中間產(chǎn)物完全氧化成CO2和H

5、2O.但是有報道認(rèn)為,只有在較長時間的輻射下光催化降解才能達到完全礦化,因而這種方法在廢水中的成功應(yīng)用很大程度上要依賴于照射時間的縮短也即能量消耗的減少、催化劑的選擇© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.寧夏大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第22卷224與更新.因此,選擇一種廢水處理方法與之聯(lián)合使用來提高反應(yīng)速度已成為主要研究目標(biāo),也是此方法技術(shù)上的一種創(chuàng)新.中,超聲波催化氧化難降解有機物成為眾多研究人員關(guān)注的焦點.文獻3研究表明,利用超聲(55W,20kHz)強化O3氧化技術(shù)處理TOC

6、濃度為10mg/L的富里酸溶液10min,TOC的去除率由單一O3處理的40%提高到90%,其中有機物直接被礦化為CO2和H2O的效率由單一O3處理的21%提高到87%.其原因是,有機物受O3分解產(chǎn)生的一些揮發(fā)性中間產(chǎn)物在空化泡內(nèi)直接燃燒,形成CO2和H2O.HongQi等用20kHz,60W/cm2的“探頭”式超聲波降解染料及紙漿2超聲波催化氧化的機理和現(xiàn)狀2.1反應(yīng)機理近年來,國外研究開發(fā)了超聲強化氧化技術(shù),這是一種屬于聲化學(xué)范疇的處理技術(shù).聲化學(xué)是利用超聲空化能量來加速和控制化學(xué)反應(yīng),提高反應(yīng)效率和引發(fā)新的化學(xué)反應(yīng)的一門新的邊緣交叉學(xué)科.聲化學(xué)現(xiàn)象已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域,已迅速發(fā)展成為與熱

7、化學(xué)、光化學(xué)和電化學(xué)并列的一個嶄新的化學(xué)分支.廢水時發(fā)現(xiàn),超聲波能有效地使之脫色,當(dāng)超聲波聲強增加時,反應(yīng)速度隨之增加.這是由于在強大的空化泡內(nèi)產(chǎn)生了大量的高能OH自由基,它的氧化性更強,從而激發(fā)了反應(yīng)的進行.實驗還發(fā)現(xiàn),聲化學(xué)降解染料比用漂白劑漂白速度要快,這很可能是由于超聲波的作用加快了其分散速度.現(xiàn)今,超聲波在國內(nèi)外的發(fā)展方向,一是強化超聲波的空化作用,因為只有在空化條件下,超聲波才有明顯的分解作用;二是超聲波與其他催化作用或催化物質(zhì)和化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合,用于強化分解作用,如日本專利采用的超聲波2紫外線2O3凈化廢水處理裝置,即說明超聲波的空化作用和聯(lián)合其他作用的多重作用是利用超聲波分解有機

8、污染物的有效途徑.三是提高超聲波凈化污染物的效率,這通常涉及三方面因素,即超聲波發(fā)生器的研制,反應(yīng)體系的優(yōu)化選擇、污染物自身的特性,其中,超聲波發(fā)生器的研制是至關(guān)重要的;四是繼續(xù)研究其機理,進一步擴大研究范圍,采用實際水樣進行連續(xù)處理實驗,探討這種技術(shù)的影響條件及使用范圍并獲得最佳操作參數(shù),使之盡快在工程上得以應(yīng)用.3超聲波2紫外光聯(lián)合氧化的具體應(yīng)用文獻4以萘酚藍黑(NBB)為例開展了US2UV凈化處理紡織染料水樣的研究工作.發(fā)現(xiàn)超聲波和© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.第

9、2期葉招蓮等:超聲波2紫外光氧化處理有機廢水技術(shù)綜述(US/UV/TiO2)降解多氯聯(lián)苯.當(dāng)使用五氯苯酚作模擬基質(zhì),溶液中存在濃度為0.2%TiO2的情況下,紫外輻射照射脫氯比較有效.當(dāng)在紫外輻射中聯(lián)用超聲輻照時,脫氯效果顯著增加,可增加20%左右.這是由于超聲的4個方面作用所致:清洗催化劑表面;減小TiO2顆粒粒徑;加快有機物向粉末表面?zhèn)髻|(zhì);產(chǎn)生自由基氧化.3.5UV/US/H2O2對腐殖酸和三鹵甲烷的氧化降解文獻8等采用O3,US/O3,UV/O3,UV/US/O3四種工藝對腐殖酸和三鹵甲烷進行氧化降解對照實驗.實驗采用40kHz,300W的超聲裝置,紫外光源置于半徑為1英寸的石英試管中,

10、實驗通過測定非揮發(fā)性總有機碳(NVTOC)、UV吸光度、三鹵甲烷形成的電勢(THMFP)和pH值來確定反應(yīng)的最佳條件,包括反應(yīng)時間、pH值、NaHCO3用量及工藝組合.實驗發(fā)現(xiàn),單獨采用UV,US或O3,其降解效果都不是很好.而采用UV/US/O3聯(lián)合工藝時,THM和腐殖酸都得到很好的降解效果,反應(yīng)10min單獨采用O3時,THMFP降減效果為75%,采用O3/US工藝時為71%,采用O3/UV工藝時為86%,而采用US/UV/O3凈化處理.研究發(fā)現(xiàn),在不同的pH值和H2O2用量下,文獻7報道了超聲同紫外光催化氧化聯(lián)用工藝時達到93%,實驗還發(fā)現(xiàn),碳酸氫鹽堿度對NVTOC,THMFP,UV吸光

11、度有顯著的影響,NaHCO3堿度的增加降低了它的降解效果,可能是由于它和臭氧自由基發(fā)生反應(yīng),從而減少了自由基數(shù)量所致.4結(jié)語將聲化學(xué)的作用機制與效果引進到光催化氧化中來,從而進一步強化催化氧化劑氧化分解能力與作用,這是一種技術(shù)創(chuàng)新.使分解難降解有機污染物和有毒有害物質(zhì)具有高效率、低成本、氧化徹底、不產(chǎn)生二次污染的特點,為實現(xiàn)廣泛的工業(yè)化應(yīng)用提供學(xué)術(shù)和技術(shù)支持.但此技術(shù)目前尚屬探索階段,有許多問題需要解決,如反應(yīng)器的合理設(shè)計、高頻超聲波發(fā)生器研制、反應(yīng)過程的定量化描述、空化泡界面特性的研究 連續(xù)化處理工藝開發(fā)、多相體系中污染物降解特性等.參考文獻:1謝冰.農(nóng)藥廢水處理工藝研究J.上海環(huán)境科學(xué),1

12、996,15(10):28.2HuangHM,MichaelRHoffmann.EnvironSciTechnol.1998,32:3011.3OlsonTereseM.OxidationkineticsofnaturalorganicmatterbysonolysisandzoneJ.WaterResearch,1994,28(6):1383.© 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.寧夏大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第22卷2266SawadaKatsuya.MizuShoriGiju

13、tsu,1998,39(6):277.7SonochemistryMasonT.AtechnologyfortomorrowJ.ChemistryIndustry,1993,18(1):47.8RaymondASierka,GaryLamy.Catalyticeffectsofultravioletlightand/orultrasoundontheozoneoxidationofhumicacidandtrihalomethaneprecursorsJ.OzoneScience&Engi2neering,1985,7:47.Technicalreviewonoxidationdegr

14、adationorganicpollutantsinwastewaterbyultrasoundinthepresenceofultravioletYEZhao2lian,HEQi2huan(DepartmentofEnvironmentalScience&Engineering,NanjingUniversityofScience&Technology,Nanjing210094,China)Keywords:ultrasound;ultraviolet;catalysisandoxidation;wastewatertreatment(責(zé)任編輯南鳳仙責(zé)任校對楊金華)中國學(xué)術(shù)

15、期刊(光盤版)簡介中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)是我國第一部具有權(quán)威性、集成化、多功能的中英文學(xué)術(shù)電子期刊,由清華大學(xué)光盤國家工程研究中心學(xué)術(shù)電子出版物編輯部和北京清華信息系統(tǒng)工程公司負(fù)責(zé)編輯和制作,清華大學(xué)出版社出版1該刊以現(xiàn)代信息技術(shù)手段為支撐,以全面、系統(tǒng)、集中地反映我國各學(xué)科領(lǐng)域的科學(xué)研究成果和發(fā)展動態(tài)為宗旨,通過全文現(xiàn)刊、全文過刊與詳細(xì)摘要索引相結(jié)合的方式,分理工(A,B,C)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥衛(wèi)生、文史哲、經(jīng)濟政治法律、教育社科綜合8個專輯,按月定期向社會出版發(fā)行1中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)各專輯包含國內(nèi)優(yōu)秀學(xué)術(shù)期刊2200余種,每期總文字量計1億以上1每類專輯既保證各學(xué)科專業(yè)文獻的相對集中,又考慮了相關(guān)專業(yè)之間、科研與應(yīng)用之間的交叉關(guān)聯(lián),使其既便于專業(yè)研究,又便于邊緣學(xué)科研究和了解相關(guān)學(xué)科的發(fā)展動態(tài)1現(xiàn)刊光盤既容納了當(dāng)月各期刊全文,保證了信息傳播的及時性,又配置了各期刊前5年過刊文獻的摘要索引,實現(xiàn)了在現(xiàn)刊光盤中對過刊的追溯式查詢.過刊光盤可實現(xiàn)全文可追溯查詢與閱讀1中國學(xué)術(shù)期刊(光盤版)以“清華全文光盤檢索管理系統(tǒng)”為支撐軟件,且有全文檢索、多窗口編輯、傳真、打印、計時、自動收費、無人值守自動查詢打印等多項查閱管理功能1該軟件可在單機、局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)多種環(huán)境下運行,適用于大、中、小各類圖書資料單位