臭氧氧化分解水中有機(jī)污染物的試驗(yàn)研究

臭氧氧化分解水中有機(jī)污染物的試驗(yàn)研究

廣州市東江噴泉的水質(zhì)為i類和ii類地面水（含錳量高）。采用深度消毒氧氣-生物活性供水的方法，后氧接觸塔的水流呈淺棕色到紫色，氧氣投資越高越深，反之亦然。結(jié)果表明，錳在氧化過程中參與氧化還原反應(yīng)的程度是不容忽視的。對(duì)于錳在臭氧氧化有機(jī)物過程中參與反應(yīng)的方式有不同的看法:一種觀點(diǎn)認(rèn)為錳是還原性較強(qiáng)的物質(zhì),首先被臭氧完全氧化,然后臭氧才氧化分解水中的有機(jī)污染物;另一種觀點(diǎn)則認(rèn)為錳對(duì)臭氧氧化分解水中的有機(jī)物具有促進(jìn)作用,臭氧在Mn(Ⅳ)的催化作用下氧化分解水中的有機(jī)污染物,余臭氧又將Mn(Ⅱ)氧化成Mn(Ⅳ)和Mn(Ⅶ),生成的Mn(Ⅶ)越多則水的顏色越紅。兩種觀點(diǎn)的主要分歧在于臭氧氧化水中有機(jī)污染物和錳的先后順序以及在氧化有機(jī)污染物過程中錳被氧化的程度。筆者根據(jù)臭氧—生物活性炭給水處理工藝的中試情況加以討論。1后臭氧塔接觸時(shí)間工藝流程如圖1所示。主要工藝參數(shù)如下:①流量為14m3/h;②預(yù)臭氧塔接觸時(shí)間為8.6min,預(yù)臭氧投量為1.0mg/L;③砂濾池濾速為7.9m/h;④后臭氧塔接觸時(shí)間為8.6min;⑤炭濾池濾速為7.9m/h,空床接觸時(shí)間為15min。2后臭氧接觸塔出水的顏色特征為了研究在后臭氧反應(yīng)接觸塔內(nèi)臭氧投量與水中錳及有機(jī)物的反應(yīng)情況,將后臭氧的投量從1.0mg/L逐步增至3.0mg/L,且2~3d調(diào)節(jié)一次,每次遞增0.2mg/L。不同后臭氧投量下各工藝階段出水的CODMn值見圖2。當(dāng)后臭氧投量為1.0~1.4mg/L時(shí),相對(duì)于砂濾池而言,后臭氧接觸塔對(duì)CODMn的去除率約為14%~23%且基本無色;當(dāng)后臭氧投量達(dá)到1.4~1.8mg/L時(shí),后臭氧接觸塔對(duì)CODMn的去除率從23%逐步升高至28%且開始逐步呈現(xiàn)淡棕色,繼續(xù)增加臭氧投量時(shí),后臭氧接觸塔對(duì)CODMn的去除率已變化不大,但其出水的顏色逐步變?yōu)樽霞t色,并且隨著臭氧投量增大,其出水顏色亦隨之加深?；钚蕴繛V池相對(duì)于砂濾池對(duì)CODMn去除率的變化趨勢(shì)與后臭氧接觸塔基本一致。隨著后臭氧投量由1.0mg/L增至1.8mg/L,活性炭濾池相對(duì)于砂濾池對(duì)CODMn去除率也逐步由36%升至52%;若進(jìn)一步加大后臭氧投量,對(duì)CODMn去除率雖略呈增加趨勢(shì),但變化不大,仍維持在47%~59%之間。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析后認(rèn)為:①臭氧投量為1.0~1.4mg/L時(shí),水中的一些無機(jī)還原性物質(zhì)先被氧化,表現(xiàn)為CODMn去除率隨著臭氧投量增大而提高,但水中的錳[主要為Mn(Ⅱ)]尚未被氧化,故出水無色。②當(dāng)臭氧投量達(dá)到1.4~1.8mg/L時(shí),后臭氧接觸塔出水開始逐步呈現(xiàn)淡棕色,說明水中的一部分錳被氧化為不溶性的Mn(Ⅳ)。在Mn(Ⅳ)的催化作用下,臭氧對(duì)水中有機(jī)物的氧化能力增強(qiáng),從而將天然大分子有機(jī)物催化氧化成小分子有機(jī)物,該部分COD也相應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)锽COD(可生物降解COD),進(jìn)而使生物活性炭濾池對(duì)CODMn的單元去除率得以提高。而水中無機(jī)還原性物質(zhì)及錳的進(jìn)一步氧化也有利于提高后臭氧接觸塔及炭濾池對(duì)CODMn的去除率。當(dāng)水中的錳以Mn(Ⅳ)居多而Mn(Ⅶ)較少時(shí),后臭氧接觸塔出水的顏色主要為不溶性的MnO2所呈現(xiàn)出的淡棕色。③當(dāng)臭氧投量>2.0mg/L時(shí),越來越多的錳被氧化成Mn(Ⅶ),故后臭氧接觸塔出水的顏色逐漸變?yōu)镸nO-4所具有的紫紅色,且臭氧投量越大顏色越深。由于氧化Mn(Ⅳ)為Mn(Ⅶ)對(duì)去除CODMn并無貢獻(xiàn),另一方面錳和臭氧的催化氧化作用已將天然大分子有機(jī)物催化氧化成小分子有機(jī)物,若在一定范圍內(nèi)加大臭氧濃度,只能使小分子有機(jī)物更小,而無助于進(jìn)一步將COD轉(zhuǎn)變?yōu)锽COD,因此也不會(huì)明顯提高對(duì)CODMn的去除率。由此可見,對(duì)于錳含量較高的源水,當(dāng)后臭氧接觸塔出水略帶色時(shí),即可認(rèn)為轉(zhuǎn)化BCOD的過程基本完成,藉此可以通過觀察后臭氧接觸塔出水的顏色來判斷合適的后臭氧投量。由于錳對(duì)利用氧化還原原理測(cè)定水中余臭氧濃度的余臭氧儀存在干擾,含錳越高則干擾越強(qiáng),若借助上述比色方法確定臭氧投量則具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。④當(dāng)水中的錳被氧化為不溶性的MnO2后,可以被炭濾池截留而去除;當(dāng)水中的錳氧化成為MnO-4時(shí),活性炭則可以將其還原成不溶性的MnO2。因此,臭氧—生物活性炭工藝可以利用錳的催化作用獲得很好的除錳效果,如源水的總錳平均含量為0.21mg/L,出水總錳則降至0.023mg/L。3提高bcod的轉(zhuǎn)化率①對(duì)于錳濃度較高的源水,采用臭氧—生物活性炭工藝既能夠發(fā)揮臭氧與錳對(duì)水中天然大分子有機(jī)物的催化氧化作用,提高BCOD的轉(zhuǎn)化率,又能夠有效地除錳,保證出水的錳指標(biāo)符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。②對(duì)于含錳濃度較高的源水,應(yīng)考慮錳對(duì)利用氧化還原原理測(cè)定