UV_O_3水深度净化技术的研究

第32卷第6期哈尔滨建筑大学学报Vol.32No.6 1999年12月Journal of Harbin U niversit y of C. E.&Architect ure Dec.1999文章编号:1006-6780(1999)06-0012-04U V-O3水深度净化技术的研究姜安玺,徐桂琴,于尔捷(哈尔滨建筑大学市政环境工程学院,黑龙江哈尔滨150090)摘要:水源有机微污染物的深度净化已成为当今热点问题,本文讨论了臭氧紫外联用(U V-O3)工艺对自来水、苯胺、对硝基苯酚、腐殖酸的效果,以及与之同单独臭氧、单独紫外作用效果的比较,证明臭氧紫外联用(U V-O3)具有良好的效果。

并同时对本工艺的意义及应用前景加以阐述。

关键词:臭氧(O3);紫外(U V);臭氧紫外联用(U V-O3);深度净化中图分类号:TU991.2文献标识码:ASt ud y o n advanced water t reat ment b y ult raviolet-ozo neco mbined technolo gyJ IANG An-xi,XU Gui-q in,Y U Er-j ie(School of Munici p al&Environmental En g ineerin g,Harbin U niversit y of Civil En g ineerin g&Architect ure,Harbin150090,China)Abstract:The advanced water t reat ment taken b y or g anic micro-p ollution water resource has been a q uestion of common interest.In t his article,t he effect s on ta p water,aniline,nit ro p henol and humic acid when usin g ult raviolet-ozone combined technolo gy were discussed.Meanwhile,it was com p ared wit h t he effect of ult raviolet or ozone alone.The conclusion t hat ult raviolet-ozone combined technolo gy has t he best effect was drawn.At t he same time,t he meanin g and it s a pp lication p ros p ect were elaborated.K e y words:ozone(O3);ult raviolet(UV);ult raviolet-ozone combined technolo gy(UV-O3);advanced water t reat ment0前言随着经济的迅猛发展,水环境污染日益严重,特别是种类繁多的有机物进入水体形成真溶液,传统的饮用水净化工艺已无能为力,研究开发高效深度净化技术已刻不容缓,光化学氧化是近十年来出现的水深度净化研究课题。

这种技术是由Garrison等人在治理含复杂铁氰盐废水中提出来的。

他们发现该法对处理难氧化物质十分有效,将紫外光辐射与臭氧相结合,更能使氧化速度大大提高。

本文研究在采用UV、O3、UV-O3对自来水、腐殖酸水样的处理效果,以及采用UV-O3对一般氧化法难以去除的苯胺、对硝基苯酚等的试验结果。

1机理紫外-臭氧(UV-O3)联合作用机理为:1.紫外线辐射下,有机物的键发生断裂而直接分解;2.紫外线辐射下,水中臭氧分解成更强氧化能力的自由基,增加了对水中有机物的氧化能力和速度;3.紫外线辐射使有机物外层电子处于激发态,提高分子的自由能,使有机物分子活化,从而易于在氧化剂臭氧的作用下氧化分解。

收稿日期:1999-10-12基金项目:黑龙江省自然科学基金资助项目作者简介:姜安玺(1938-),男,哈尔滨建筑大学教授,博士生导师.13图1实验装置图1.高位水箱;2.转子流量计;3.反应柱;4.紫外灯(30W );5.石英套管;6.空压机;7.转子流量计8.气体干燥柱;9.臭氧发生器;10.扩散板;11.臭氧尾气破坏器图2自来水单独臭氧作用下COD M n U V 254值变化与时间的关系2试验2.1试验设计试验装置如图1所示。

它包括三部分:紫外光源、臭氧系统和水处理反应器。

紫外光源是光化学激发氧化工艺的辐射激发源,研究中采用ZSZ -30紫外线灯管及其必要的电路系统组成,灯管功率30W ,波长253.7nm ,相对能量大于90%。

经过干燥、净化的空气经臭氧发生器产生臭氧化气体由布气系统进入反应器。

反应器单元由外玻璃管、内石英管、进水系统和布气系统组成,有效容积7L 。

2.2试验结果与讨论2.2.1对自来水的作用单独臭氧以及臭氧与紫外联用对自来水的作用情况如图2所示。

由图2可见,单独臭氧作用对自来水UV 254值是有去除效果的。

随时间的延长,自来水UV 值有下降的趋势。

时间越长,去除率越高。

反应超过20min 后,去除率下降不明显。

到反应60min ,UV 254值去除率基本为60%左右。

同时测定的COD M n 值的情况却与UV 254值大不相同。

从通O 3到反应10min 时,COD M n 不但没有下降反而提高46%,反应10min 以后CODMn 值开始下降。

到15min 后,COD M n 值基本上没有大变化。

可见臭氧单独对自来水中COD M n 值没有大的去除效果。

由于臭氧在与自来水作用时,将水中大分子的由COD M n 测定难以表现出来的有机物氧化分解成小分子的用COD M n 参数可以表达的有机物。

所以最初COD M n 值有增高的现象。

随着时间的延长,臭氧投量的增大,已被分解成小分子的有机物被进一步氧化,所以COD M n 值又有所下降。

在臭氧与紫外光同时作用的情况下(UV -O 3),保持其它试验条件不变,考虑其UV 254值、COD M n 值变化与时间的关系如图3、图4。

由试验结果可知,(在其它试验条件不变的情况下)不同条件作用下,自来水的UV 254值都有较明显的去除效果;而对于自来水COD M n 的去除效果却各不相同,单独臭氧和单独紫外作用时,在一定的时间内自来水的COD M n 值有升高现象或基本无变化,而在臭氧紫外线联用时,COD M n 值最初变化第6期姜安玺等:U V -O 3水深度净化技术的研究14哈尔滨建筑大学学报第32卷图3不同条件下(U V 、O 3、U V -O 3)自来水U V 254去除率与时间的关系图4O 3-U V 同时作用自来水COD M n 与时间的关系不明显。

但在反应为10min 以后,有明显下降趋势,反应30min 去除40%左右。

可见,臭氧和紫外联用有协同作用效果。

我们认为,在反应过程中有紫外光辐射使有机物发生键的断裂而直接分解的作用;有臭氧直接氧化作用;紫外与臭氧的协同作用是在有紫外线辐射使有机物外层电子处于激发态,提高分子自由能,使有机物化合物分子活化,从而易于在氧化剂臭氧的作用下分解,还有就是在紫外线辐射下,水中臭氧分解为更强氧化能力的自由基,增加了对水中有机物的氧化能力和速率。

本工艺可以在分质供水或提供优质饮用水的深度净化提供可能性。

目前,由于传统净水工艺对于处理水中微量有机物无能为力,又加之管网中水质二次污染问题致使管网末端水质微量有机物超标,为保证居民身体健康,提高自来水水质势在必行。

由于饮用水只占居民用水量的0.5%～2%左右,分质供水投资较大,考虑到我国国情,可以在管网末端进行深度处理,采用家用净水器或小区集团化净水装置是可行的,本技术有待于在此应用方面作进一步探讨。

2.2.2对腐殖酸的作用取上海试剂二厂生化试剂腐殖酸配制原水,考察本工艺对其的作用效果,结果见图5、图6。

由上图可知,O 3以及UV -O 3联用技术对腐殖酸的作用在开始20min 内UV 254去除效果非常明显,其去除率分别为67%和74%,以后趋于平缓。

反应达到60min 时,其去除率分别为85%和92%;而UV 单独作用60min 时,UV 254值去除率为26%。

用COD M n 值表示腐殖酸的去除率时,当O 3单独作用,前20minCOD M n 去除率为49%,1h 时为55%;当紫外线单独作用时,反应20min 时COD M n 增加约15%左右,然后逐渐下降,在反应50min 左右其COD M n 降至与原水相当,以后逐渐下降,反应100min 基本稳定,其去除率17%;当UV -O 3联用时,COD M n 去除率效果远远优于二者单独使用。

反应10min ,COD M n 去除率超过75%,继续反应至1h ,去除为90%,可见UV -O 3联用技术对于腐殖酸的作用与臭氧作用比较,它可以将有机物氧化得更为彻底,对于有效地去除水中天然有机物(消毒副产物的前体)该法是可行的。

2.2.3对苯胺的作用苯胺类化合物是广泛应用的化工原料,国内年产苯胺8万吨以上,其下游产品有150余种,全世图5不同条件下(O 3、UV 、O 3-UV )腐殖酸UV 254去除率与时间的关系图6不同条件下(O 3、UV 、O 3-UV )腐殖酸COD M n 值与时间的关系15第6期姜安玺等:U V-O3水深度净化技术的研究图8不同条件下(O3、O3-U V)苯胺去除效果与时间的关系图7不同条件下(O3、O3-U V)苯胺去除率与时间的关系图9不同条件下(U V、O3、U V-O3)对硝基苯酚值与时间的关系界年排入环境中的硝基苯和苯胺类化合物约1万和3万吨,随精细化学工业的发展,对这两类化学品的需求呈明显上升趋势,由此进入环境的量也会继续增多。

硝基苯、苯胺及其衍生物对生态生物均表现出不同程度的毒性,被列为环境优先控制污染物。

配制苯胺浓度约10m g/L水作为试验原水。

苯胺浓度采用萘乙二胺偶氮光度法进行测定。

试验结果如图7、图8所示。

由上图可见,单独O3和UV-O3联用对苯胺的去除效果都是很明显的,反应60min时,其去除率均可达到85%左右。

只是前30minUV-O3联用反应速度要快一些。

而测定其COD M n值的变化发现UV-O3联用效果远远优于单独O3作用,反应5min时其COD M n去除率分别为23%和10.7%。

当反应60min时,其去除率分别为85%和36%。

苯胺是易被臭氧氧化的有机物,与臭氧的反应速度常数仅次于链烯烃,但由试验数据可知,苯胺在臭氧的作用下,不能被彻底氧化成无机物CO2和H2O,由试验现象可知,通入臭氧后,反应柱内逐渐变成红色,反应时间越长红色越深,反应结束30min后颜色又变浅,可见苯胺被氧化生成醌类等中间产物;而UV-O3联用则大大增强了反应强度,由于自由基的强氧化作用可将其彻底氧化成CO2和H2O。