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臭氧氧化技术对模拟废水中的BTEX 进行去除实验

发布日期:2021-09-01 11:02 浏览次数:

臭氧氧化技术对模拟废水中的BTEX 进行去除实验
 
         臭氧通常作为水处理的氧化剂和消毒剂。臭氧作为氧化剂,可攻击富电子官能团,如双键、胺类、芳香环等物质。由于臭氧在实际废水处理中会生成自由基,因此臭氧氧化通常被认为是高级氧化过程。在臭氧反应的初始阶段,反应速率较为缓慢,伴随反应进行,自由基作为臭氧和有机物反应时的副产物参与反应,从而达到对废水中有机物降解的效果。
 
         苯系物(苯、甲苯、乙苯、二甲苯,简称BTEX)是典型的致畸、致癌、致突变的有毒有害有机物,它主要存在于人类工业生产过程,如工业溶剂、塑料合成、农药医药等。煤化工行业是BTEX的主要来源,除伴随生产废水排放外,在化工产品制造过程、勘探开采、运输加工的各个环节都不可避免会有渗漏,导致BTEX以多种方式进入自然水体,造成环境污染。
 
         在前人的研究中,郑瑾等发现与微生物技术相结合的联合修复技术,如物理-生物技术、化学-生物技术对BTEX的去除颇具优势;李翔君利用高级氧化技术对BTEX模拟废水处理时发现BTEX的降解产物为低分子简单有机物,如醇、醛、酸类等:张方等制备了含铜复合催化剂,并以甲苯为探针测试其催化性能,结果表明在最优条件下甲苯的转化率达25.6%,其他苯系物的氧化反应也取得了较好的氧化效果。本研究采用臭氧氧化法对水中BTEX进行降解,探讨臭氧去除水体中BTEX时的最佳反应条件,并在此基础上探究臭氧氧化降解BTEX的反应机理,为废水的实际处理提供可靠的理论基础。
 
臭氧氧化降解BTEX的机理分析
 
         为了确定臭氧氧化的反应机理,判断臭氧氧化降解BTEX时起作用的是臭氧分子还是自由基的强氧化性,本研究中使用叔丁醇(TBA)作为羟基自由基抑制剂,使用自由基歧化酶(SOD)作为超氧自由基抑制剂。实验分为无抑制剂添加、含有50mmol/L的TBA和含有50mmol/L的SOD三个反应体系,即03、O3-TBA、O3-SOD进行对比,考察目标有机物的降解情况。图1为不同反应体系下目标有机物的去除效果。
图1
         臭氧分子直接氧化机理和自由基激发原理如下:
 
         从图1可以看出,臭氧单独氧化时,苯、甲苯、乙苯、二甲苯降解效率分别为71.3%、76.7%、78.2%和77.6%。当反应体系中加入TBA后,苯、甲苯、乙苯、二甲苯的降解效率分别降低至44.6%、49.3%、52.1%和54.6%,比臭氧单独氧化时分别降低了26.7%、27.4%、26.1%、23.0%,说明TBA的投加明显降低了臭氧氧化降解BTEX的效率。这是因为TBA作为羟基自由基抑制剂参与反应体系中,抑制了自由基与有机物反应,降低了羟基自由基的氧化效果。
 
         当反应体系中加入超氧自由基抑制剂SOD时,目标有机物的降解效率骤减,其中二甲苯的降解效率几乎为零,这是因为SOD的加入高效抑制了超氧自由基的产生,超氧自由基的抑制直接影响了羟基自由基的生成,从而导致水体中强氧化性物质的消失。
 
         通过本研究我们认为,强氧化物质超氧自由基和羟基自由基的存在是臭氧氧化有效去除BTEX的根本因素,因此在反应体系中合理有效地增加自由基的浓度是高效去除目标有机物的必要手段。逆流投加模式更有利于提高有机物去除效果的实验结果,与此研究结果一致。
 
结论
        本研究使用臭氧氧化降解水中BTEX,为实际生产过程中BTEX的去除提供了理论基础。研究主要得出以下结论:
(1)在使用臭氧氧化技术降解水中BTEX时,当pH值为8、反应温度为30℃、臭氧投加量为3.5g/L、臭氧逆流投加时,BTEX的降解效果最佳,BTEX的去除率可达76.3%。
(2)强氧化性物质超氧自由基和羟基自由基的存在是臭氧去除水中BTEX的根本因素,在反应体系中合理有效地增加自由基的浓度是高效去除BTEX的必要手段。

作者:彭思伟等:基于臭氧氧化对煤化工废水中苯系污染物去除的研究
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