UV/H2O2降解水中微量腐殖酸的研究

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由于地表水污染严重,水源水中存在着各种有机污染物,包括天然有机物(如腐殖酸)和人为有机物。而占天然有机物50%以上的腐殖酸(Humic Acid),通常被认为是DBPs最主要的前体物。含腐殖物质的水经过加氯消毒后,会产生大量具有毒性和“三致”效应的消毒副产物(DBPs),如三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs),对人体健康造成严重威胁。因此,在消毒前最大限度地降低水中有机物的含量已成为给水处理界所关注的重要问题。UV/H2O2是近20多年来研究较为广泛的饮用水深度处理方法,因其氧化能力强,在去除水中有机污染物方面取得了较好的效果。本文正是基于这样的研究背景探讨了UV/H2O2高级氧化技术对水中腐殖酸的去除作用,主要研究内容包括:UV/H2O2降解腐殖酸的影响因素分析、降解过程中的氧化特性分析、氧化机理的探讨,并与单独臭氧化及其他组合的高级氧化工艺降解腐殖酸进行了比较,设计正交实验对UV/H2O2工艺降解腐殖酸的实验条件进行了进一步的优化。探讨了各种反应条件如UV光强、H2O2投加量、腐殖酸初始浓度、溶液的初始pH以及H2O2的投加方式等对体系降解腐殖酸的影响实验。结果表明UV/H2O2高级氧化的降解效果受到各种条件因素的影响,具体表现为:在同H202投加量条件下,光照强度的增加有利于提高腐殖酸的降解效率;同一光照强度下,在一定范围内,随着H2O2投加量的增大,腐殖酸的去除率随之增加,达到一定量之后,H2O2投加量的增加对于提高去除率的意义不大,因此,存在着一个过氧化氢的最佳投加量;腐殖酸的初始浓度越低,降解速率越快;UV/H2O2在较宽的pH值范围内都可以有效地降解腐殖酸,中性或弱酸性条件对腐殖酸的降解更有利;而对于多次投加H2O2的方式,其降解效果要优于一次投加的方式。各条件下的降解反应动力学方程与L-H一级反应动力学方程相吻合,拟合情况良好。通过UV/H2O2降解腐殖酸的实验表明,该体系能有效的降解腐殖酸,反应60min、120min的降解去除率分别达到55.3%和77.9%,降解过程对UV254、色度都达到很好的去除效果,而对于TOC、CODMn的去除效果不大,因此反应是一个由大分子转化为小分子的氧化过程,但是并未达到完全的矿化。另外,降解过程对消毒副产物前体物的去除率达到80%以上,氧化过程不会有溴酸盐的生成,可以有效地解决饮用水关于消毒副产物的难题。利用荧光光谱分析法验证了高级氧化的自由基反应机理,自由基清除剂叔丁醇、HCO3-对降解腐殖酸反应有一定的抑制作用,且随着各离子浓度的升高,抑制作用增强,反应遵循羟基自由基理论。通过与单独臭氧化及各种组合氧化工艺降解腐殖酸的对比实验,结果表明:反应初始阶段,单独臭氧化对腐殖酸去除率增加很快,效果明显优于(?)V/H2O2,但是持续到后来的去除率渐趋平缓,甚至不及UV/H2O2体系。与1JV/H2O2相同,单独臭氧、O3/H2O2、UV/H2O2/O3对腐殖酸均有性质的改变和结构的改造,即表现在色度和UV254的较高的去除率,联合氧化方式的去除效果最好。而对TOC、CODMn都没有明显的去除。最后通过正交实验设计,进一步对UV/H2O2降解腐殖酸的工艺条件进行了优化,得到各因素对腐殖酸去除率影响的主次关系依次为:反应时间的影响最大,其次是腐殖酸的初始浓度,再次为H202投加量,最后是紫外光强度。
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