雙氧水在水處理中的應用

雙氧水在水處理中的應用摘要：近年發(fā)展起起來的高級氧氧化技術(AAdvanccedOxxidatiionPrrocessses，簡稱AOPs)把氧化性極極強的·OH(氧化還原電電位為2.8V)作為氧化劑劑，能夠使絕絕大多數有機機污染物完全全礦化或部分分分解，因此此具有很好的的應用前景。過氧化氫由由于其氧化性性強、安全、易易得，故為高高級氧化技術術中的常用氧氧化劑，它在在一定觸媒((如Fe2+、UV等)以及其他氧氧化劑(如O3)的作用下，可可以產生氧化化性更強的·OH，使有機物物氧化得以降降解。而且因因過氧化氫的的分解產物是是水和氧氣，故故不會產生新新的污染物。過氧化氫高高級氧化技術術的反應體系系主要包括FFentonn試劑、UV/H22O2、H2O2//O3、UV/H22O2/O33等。1Fentoon試劑Fenton試試劑由亞鐵鹽鹽和過氧化氫氫組成，當pH值足夠低時時，在Fe2+的催化作用用下過氧化氫氫就會分解產產生·OH，從而引發(fā)發(fā)一系列的鏈鏈反應。Fenton試試劑在水處理理中的作用主主要包括對有有機物的氧化化和混凝兩種種作用［1、2］。Fenton試試劑能不同程程度地去除水水體中的有機機污染物，如如在處理飲用用水中的4種三鹵甲烷烷的動力學研研究中發(fā)現(xiàn)［［3］：對不同同濃度的溴仿仿，當pH=3..5時H2O2和Fe2+的最佳摩爾爾濃度比為3.7～1.9。不同起始始濃度的溴仿仿在3min時降解率達65%～85%，降解機理理符合準一級級動力學，氯氯仿未發(fā)生降降解。Sheng等［4］對兩種陰陰離子表面活活性劑ABS和LAS的去除試驗驗表明，該體體系的最佳運運行條件為90mg//L的FeSO4、60mg//L的H2O2、pH值為3左右，運行50minn后對ABS和LAS的去除率均均達95%以上。近期研究表表明，利用FFe(Ⅲ)、Mn(Ⅱ)等均相催化化劑以及鐵粉粉、石墨、鐵鐵錳的氧化礦礦物等非均相相催化劑同樣樣可使H2O2分解產生·OH，達到氧化化去除有機污污染物的效果果［5、6］。當有光光輻照(如紫外光)時，F(xiàn)entoon類試劑氧化化性能有所改改善(尤其是對污污染物質濃度度較高的水溶溶液)［7、8］。當用Fe(Ⅲ)代替Fe(Ⅱ)時，由于Fe(Ⅱ)是即時產生生的，可以減減少·OH被Fe(Ⅱ)還原的機會會，從而大大大提高·OH的利用效率率。若在該體體系中加入某某些絡合劑(如C2O2--4、EDTA等)，可增加對對有機物的去去除效果。Mariaanne研究了在模擬擬日光光照下下草酸鹽對FFentonn體系氧化阿阿特拉津的影影響，結果顯顯示當草酸鹽鹽濃度較大時時，阿特拉津津的降解速率率較快；當沒沒有草酸鹽存存在時，阿特特拉津僅在pH＜4.1時發(fā)生降解解，且降解速速率慢。這是是因為草酸與與鐵形成的絡絡合物控制著著溶液中鐵的的形態(tài)分布，對對溶液的pH值也有一定定的影響，同同時作為·OH捕獲劑的草草酸也影響著著體系的氧化化效率。大量試驗研研究表明，F(xiàn)Fentonn試劑或Fentoon類體系可以以用于分解很很多有機物，如如五氯酚、酚酚、三氯乙烯烯、偶氮類染染料、硝基酚酚、氯苯、芳芳香胺、三鹵鹵甲烷、米吐吐氯、甲基對對硫磷、表面面活性劑等。影影響Fentoon試劑反應的的主要參數包包括溶液的pH值、停留時時間、溫度、過過氧化氫及Fe2+的濃度，操操作時pH值不能過高(2～4之間)。2UV/H22O2UV//H2O2體系對有機機物的去除能能力比單獨用用過氧化氫或或紫外光更強強。對氯代酚酚類化合物的的處理試驗表表明［9］，當所采采用光的波長長＞290nm、H2O2含量為55mg//L時，對2-氯酚、2，4-二氯酚、2，4，6-三氯酚去除除效果均可得得到提高，處處理3h后的三氯酚酚去除率能達達100%。該體系受受處理水性質質的影響較大大，如對阿特特拉津的氧化化試驗發(fā)現(xiàn)［［10］，在15min內阿特拉津津的降解率可可達99%，但當溶液液中存在HCO3-或腐殖酸時時，由于它們們對·OH具有捕獲作作用且腐殖酸酸能吸收紫外外光，因此會會導致對阿特特拉津的降解解速率明顯下下降。Liao等對正氯丁丁烷的降解試試驗表明，當當過氧化氫加加量與UV強度都增加加時，正氯丁丁烷降解效率率提高；但隨隨著溶液pH值的增大、總總無機碳的增增加、腐殖酸酸的出現(xiàn)，降降解效率降低低。對UV/HH2O2的氧化中間間產物及機理理的研究很少少，Stefaan等先后對丙丙酮、MTBE等的氧化途途徑進行了研研究［11～14］。試驗是是在Rayox反應器中進進行的(H2O2的濃度為16mmool/L)，丙酮降解解的中間產物物為丙酮酸、丙丙酮醛、羥基基丙酮、甲酸酸、乙酸、草草酸，經過一一段時間后礦礦化為水和二二氧化碳。研研究發(fā)現(xiàn)，生生成的中間產產物和丙酮對對·OH的競爭使丙丙酮降解速率率比較慢。對對MTBE的氧化試驗驗發(fā)現(xiàn)，MTBE能被完全礦礦化，其主要要中間產物為為被叔丁基甲甲酸、2-甲氧基-2-甲基丙醛、乙乙酸甲酯、丙丙酮、叔丁醇醇、甲醛，同同時也有一些些羰基化合物物和有機羧酸酸產生。在對對1,4-雜二氧環(huán)己己烷的降解機機理研究中，Stefaan發(fā)現(xiàn)其主要要中間產物是是一些甲醛、乙乙醛、乙二醛醛等醛類，甲甲酸、甲氧基基乙酸、乙酸酸、水合乙醛醛酸、草酸等等有機酸以及及1,2-乙二醇的甲甲酸酯，并通通過對溶液TOC與體系碳平平衡的對比而而證實。用過氧化氫氫和紫外光相相結合的方法法去除飲用水水中三氯甲烷烷的試驗研究究表明，在去去除三氯甲烷烷的同時可減減少飲用水中中總有機碳含含量，使水質質進一步提高高。利用UVV/H2O22處理受四氯氯乙烯污染的的地下水試驗驗表明，當地地下水中四氯氯乙烯的濃度度為76～227μg/L時，去除率率可達97.3%～99%，其費用與與活性炭處理理相當。此外外對地下水中中三氯乙烯的的去除也有報報道，可將三三氯乙烯從3000～4000μg/L減少到0.68～0.83μg/L，效果令人人滿意。UV/H2O22體系中，每每一分子H2O2可產生兩分分子·OH，具有比Fentoon試劑更好的的費用—效益比。與與其他方法如如Fentoon試劑、吸附附法相比，不不僅能有效去去除水中有機機污染物而且且不會造成二二次污染，也也不需要后續(xù)續(xù)處理。3H2O2//O3H2O2/O33體系是在飲飲用水中應用用最廣泛的高高級氧化技術術，因為只需需向臭氧反應應器中加入過過氧化氫即可可。日本在20世紀70年代末開始始研究，美國國在80年代將其用用于城市污水水處理中。臭氧本身具具有極強氧化化性，能去除除大量有機物物，但對某些些鹵代烴及農農藥等有機物物的氧化效果果較差，將臭臭氧與過氧化化氫結合使用用可大大提高高氧化效率。例例如O3在pH=2時氧化氯苯苯速率很慢(其動力學速速率常數為0.06～3mol//(L·s))［15］，但用O3/H22O2氧化時，降降解效率大大大提高［動力力學速率常數數為(4～5)×1009mol//(L·s))］。H2O2//O3對農藥久效磷也具具有很好去除除效果，20min內去除率達95%以上。Nelieeu等在一個10L循環(huán)式反應器中對0.46××10-5mmol/L的阿特拉津津氧化機理進進行了研究［［16］，并且就就加入臭氧的的條件、O3/H22O2的比值、溶溶液pH值以及HCO3-離子的存在在對中間產物物形成的影響響進行了分析析。O3/H2O22對工業(yè)廢水水的處理也具具有一定效果果。Beltrran等研究發(fā)現(xiàn)現(xiàn)，O3/H22O2在處理西紅紅柿加工廢水水時對COD降解速率有有較大提高［［17］，當pH=6時COD的去除率為86%，但對于酒酒廠廢水則沒沒有效果。飲用水方面面主要集中在在對地下水中中鹵代烴處理理的研究。11986年Aeita等人［18］對受三氯氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)污染的地下下水進行的中中試表明，過過氧化氫與臭臭氧的聯(lián)合使使用可提高臭臭氧進入水中中的質量遷移移(提高因子為1.7)，而且對TCE、PCE去除率為95%時所需要的的臭氧量僅是是單獨用臭氧氧處理時的56%～64%。Dugueet對去除地下下水中苯化合合物、鄰二氯氯硝基苯、2-甲基異丁醇醇、三氯乙烯烯和四氯乙烯烯進行了試驗驗，均取得了了較好效果。與UV高級級氧化法相比比，O3/H22O2法不需要UV使分子活化化，因此其主主要優(yōu)點就是是在濁度較高高的水中仍然然運行良好。4UV/H22O2/O33UV/H2O22/O3對有機物的的降解利用了了氧化和光解解作用，包括括O3的直接氧化化、O3和H2O2分解產生的的羥基自由基基的氧化、直直接光解以及及H2O2的光解和離離解作用，這這些作用在氧氧化有機物時時的相對重要要性取決于各各種運行參數數如(pH、UV光強和波長長范圍、氧化化劑之間及與與有機物的比比值)。Zeff在19988年申請了UV/H22O2/O33法去除多種種有機物的專專利［19］。對200mgg/L甲醇溶液在30min內能使其DOC去除97%；在處理受受氯甲烷、二二氯甲烷、1,1-二氯乙烷、1,2-二氯乙烷、三三氯乙烯、四四氯乙烯、苯苯、氯苯、甲甲苯等污染的的地下水時，60min內對TOC的去除率達98%。對比試驗驗也顯示，UV/H22O2/O33法比單獨使使用UV、H2O2、O3及其兩者組組合的氧化體體系更為有效效。Lewis等在處理受VOC、苯、甲苯苯、乙苯、二二甲苯等污染染的地下水時時，研究了O3、H2O2、流速、UV輻照能對降降解效率的影影響，發(fā)現(xiàn)對對VOC降解率可達98%，芳香化合合物幾乎被完完全降解。臭氧化或高高級氧化技術術可以增加紡紡織廢水中有有機物的可生生物降解性，Ledakowicz研究了氧化法與生物處理相結合對紡織廢水的處理［20］，就不同氧化劑濃度對后續(xù)生物處理中微生物生長的影響進行了試驗，發(fā)現(xiàn)O3/UV和UV/H2O2/O3是最佳的生物預處理技術，對微生物的損害僅為10%。垃圾滲濾液液中含有大量量有毒有害物物質，其中生生物難降解有有機物占有很很大比例。有有資料表明，垃垃圾滲濾液經經生物處理后后仍存在大量量有機物質，其其中COD仍高達1290mmg/L、TOC為378mgg/L、TOX為1.3mgg/L［21］。而UV/H22O2/O33法是去除TOX的最有效方方法，對COD和TOC的去除率分分別達83%、69%，作者還建議議采用高壓汞汞燈作為光源源。Wenzeel利用高級氧氧化技術對含含高濃度的氯氯酚、多環(huán)芳芳烴、PAHs等有毒有機機物的垃圾滲滲濾液進行了了處理［22］，發(fā)現(xiàn)UV/H22O2/O33與UV/H22O2相比，對TOC的去除率能提提高10%～20%。5在飲用水消消毒中的應用用目前飲用水水消毒中對CClO2、O3消毒進行的的研究很多，尤尤其是O3消毒已在很很多水廠實施施，但是當水水中有Br-存在時，O3消毒會產生生可疑致癌物物溴酸鹽，同同時生成含溴溴副產物。高級氧化技技術為飲用水水的消毒提供供了一個新思思路，利用AAOPs產生的·OH可消耗水中中過量的O3，也可限制制溴酸鹽的形形成［23］，而且水水中有H2O2存在時能使使次溴酸(鹽)還原，從而而減少溴酸鹽鹽的生成。因因此，通過調調整H2O2//O3的用量可控控制由溴化引引起的副產物物的生成。研研究表明O3/H22O2也是有效的的消毒劑［24、25］，Carmiimeo等使用H2O2//UV替換ClO2為未過濾水水預消毒，能能抑制消毒副副產物的形成成以及消毒后后水中微生物物的再生長。6結語①由于過氧化化氫高級氧化化技術對有機機污染物的非非選擇性、強強氧化性，在在水處理中得得到廣泛研究究和應用，但但對其化學機機理尚不明了了。