新疆污水处理阐述高级氧化水处理技术

阐述高级氧化水处理技术

三氯生(triclosan,TCS)作为药品和个人护理品中的添加剂被广泛使用,具有抑菌、除臭作用。含三氯生产品使用后大部分随生活污水排入污水处理厂,但传统污水处理工艺无法有效去除三氯生 ,研究表明一定条件下TCS 能转化为二恶英、氯仿等毒性更强的物质,给生态环境和人类健康带来了潜在危害,因此有必要对水环境中三氯生的去除进行研究。

超声波(ultrasound,US)降解污染物技术是一种集机械效应、热解效应、超临界氧化效应、自由基氧化效应等于一体的新型高级氧化水处理技术,但单独超声波降解有机物存在能量利用率低、费用高等问题。过硫酸钠(sodium persulfate,SPS)是一种水溶性较好、氧化性较强的氧化剂,但直接处理有机污染物降解效率较低,SPS 经超声活化后可产生强氧化性的SO4- ·(E0 = 2. 5 ~ 3. 1 V) 和·OH(E0 = 1. 8 ~2. 7 V)可有效去除有机污染物,超声联合过硫酸钠降解污染物可以充分利用超声的功效,作为一种极具应用价值的水处理工艺引起了众多环境工作者的关注。

TCS 去除率随着SPS 投加量的增加先增大后减小,当SPS 的投加量为4 mmol·L - 1 时,120 min 时TCS 的去除率最大为100% 。继续增加SPS 的投加量至5 mmol·L - 1 时,TCS 的去除率反而下降,120 min 时的去除率降低为92. 06% 。超声功率一定时,SPS 投加量直接影响溶液中自由基的浓度,在低SPS 浓度时增加SPS 浓度,经超声催化产生更多的SO4-·和·OH ,污染物得到快速降解,所以当SPS 在4 mmol·L - 1 以下时增加SPS 的浓度,TCS 的去除率不断增大,继续增大SPS 的浓度至5 mmol·L - 1 时,去除率反而降低原因是SPS 浓度过大时瞬间产生的SO4-·会自我淬灭 ,此外过量的S2 O8^2-及其还原产物SO4^2- 也会与SO4- ·发生淬灭反应 ,导致溶液中自由基的浓度降低,TCS 的去除率变小。不同SPS 浓度下TCS 的去除符合拟一级反应特征,反应速率常数的变化与TCS 去除率变化一致,K 值在SPS 的投加量为4 mmol·L - 1 时最大为0. 028 min - 1 。

超声功率为180、300、420 和600 W时,120 min 时TCS 的去除率分别为24. 74% 、59. 7% 、82. 64% 和100% 。在实验范围内( 0 ~600 W) TCS 的去除率随着超声功率的增加逐渐增大。这是因为一方面当声频率和声辐射面积一定时,超声产生的空化泡内的压力的平方与超声功率成正比(Pa2 ∝P) ,提高超声功率会使空化气泡内的压力Pa 增大,Pa 增大提高了汽化核因突破空化阈值形成空化泡的几率,溶液中空化泡数量增多,空化效应得到增强 ;另一方面空化效应增强使体系中由于水分子裂解产生的H·和·OH 增多,H·和·OH 可与SPS 反应生成氧化能力更强的SO4-· ,加速TCS 的氧化降解,且超声功率的增加会使溶液搅拌强度以及空化泡在崩溃过程中产生的冲击波和微射流作用增强,TCS 及其降解产物在溶液中传递速度加快,与自由基碰撞概率增大,降解效率提高。超声功率为600 W 时,2 h 时TCS 能被降解完全,继续增大功率可能会使空化泡在超声负相成长过大,空化泡崩溃不充分会导致超声的利用率降低。

用一次函数拟合不同超声功率下TCS 的降解过程,发现符合拟一级反应特征(除超声功率为0外), 拟合方程见表1, K 值由180 W 时的0. 002 min - 1 增大到600 W 时的0. 028 min - 1 ,增加了13 倍。反应速率常数K 与超声功率成正相关,相关系数R2 为0. 972。李炳智研究了TCA 在超声联合过硫酸钠体系中的降解动力学,发现符合拟一级反应动力学,其表观速率常数K = 0. 069 min - 1 。TCS 是分子量比TCA 大的芳香族酚类物质,降解过程中产物较多,2,4-DCP 等中间产物也会与TCS 竞争自由基影响其表观速率常数K。

用一级反应特征函数拟合不同pH 下的TCS 去除情况,相关系数R2 都在0. 95 以上,在pH = 5. 65 时反应速率常数K 最大为0. 028 min - 1 。溶液pH 值影响有机物在水中存在的形式,TCS的pKa = 7. 9[26] ,在pH 小于7. 9 时TCS 主要以分子形式存在,容易接近空化泡表面,并可跃进空化泡内,能在包括空化泡内、空化泡表面和液相主体在内的整个反应体系中发生氧化反应,同时还可在空化泡内发生高温热解,有机物降解率高;当pH 大于7. 9时,TCS 更多的以离子形式存在,不能进入空化泡内,只有很少的一部分在空化泡表面发生热解反应,绝大部分只在空化泡表面和液相主体中与· OH、H2 O2 发生氧化反应,且·OH 在碱性环境下的氧化还原电位(E0 = 1. 8 V) 小于酸性条件下( E0 = 2. 7V),有机物去除率较低。但在pH 为4. 20 时的降解率较pH 为5. 65 时有所降低,其原因是H + 对·OH具有捕获作用 ,酸性增强,超声空化生成的·OH 更容易被H + 捕获。碱性条件下TCS 去除率降低的原因还有可能是SPS 在酸性和中性条件下SO4-·起主要降解作用,在碱性条件下·OH 占主导作用 ,其氧化还原电位E0 = 1. 8 V 低于SO4- ·(E0 = 2. 5 ~ 3. 1 V)。

TCS 的去除率随SPS 浓度的增加,先增大后减小,实验范围内(0 ~ 600 W)TCS 去除率随US 功率增加而增大,其反应速率常数K 与超声功率成正相关,相关系数R2 为0. 972。TCS 在pH = 5. 5 ~ 8. 5 时去除效率较高,TCS 去除率随碳酸氢钠浓度的增加先减小后增大,碳酸钠的加入对TCS 去除没有显著影响,溴离子不利于TCS 的去除。欢迎了解更多关于与的相关信息，欢迎前来了解咨询。