亚铁及其协同紫外/羟胺活化过硫酸盐降解苯酚性能研究

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随着我国煤化工产业的迅速发展,焦化废水产量越来越大。焦化废水中含有大量的苯酚、喹啉等难降解有机物,其中苯酚占比高达60%。目前,我国污水处理的核心工艺是生物法,但焦化废水毒性大、成分复杂、难降解、可生化性差,极大影响了生物处理效果和效率。因此如何高效去除苯酚成为焦化废水处理亟待解决的问题。过硫酸盐具有溶解性高、稳定性好等优点,可通过热、碱、紫外和过渡金属离子等方式激发产生氧化性更强的自由基,从而高效氧化降解有机污染物,被广泛应用于废水治理。本文以实际焦化废水为研究对象,采用基于硫酸根自由基(SO4-·)的亚铁活化过硫酸盐(Persulfate,PS)高级氧化对焦化废水进行预处理,优化预处理工艺参数的同时探讨Fe2+/PS体系对焦化废水主要有机成分苯酚的去除性能,在此基础上,引入紫外线照射对Fe2+/PS体系进行强化,并探究苯酚降解机理。焦化废水预处理实验结果表明,适当增加PS浓度可显著提高苯酚的降解率,Fe2+投加量存在一个临界值,不足量和过量均不利于COD的降解。响应面法分析显示,影响焦化废水COD降解的因素显著性排序为:PS投加量>初始p H值>Fe2+投加量。焦化废水初始COD浓度为2120 mg/L,最佳反应条件(PS和Fe2+浓度分别为25和20 mmol/L,p H值为9)下,反应120 min后,COD降为1140 mg/L,去除率高达46.23%。三维荧光光谱显示,焦化废水原水中腐殖酸类物质被大部分降解,有机污染负荷显著降低。B/C值由处理前的0.14提高到0.33,可生化性提高。为了明确Fe2+/PS体系对苯酚的降解机理,本研究对其降解过程进行动力学拟合,采用淬灭法鉴定体系主要活性自由基,并进一步对其降解路径进行分析。结果表明,苯酚浓度随反应时间的变化符合一级反应动力学,升高处理体系温度可增大反应速率常数,而不足量和过量PS和Fe2+都会减小反应速率常数;紫外能够强化Fe2+/PS处理效果,紫外功率越大,苯酚去除效果越好,紫外功率为64 W时苯酚去除率为61.85%。考察了水中常见阴离子对苯酚降解的影响,发现各阴离子对苯酚降解的抑制程度为:HCO3->Cl->NO3-。羟胺也能够强化Fe2+/PS处理效果,在羟胺为5mmol/L时苯酚去除效果较好。自由基淬灭实验结果表明,体系中的SO4-·和羟基自由基(·OH)均能降解苯酚,但SO4-·是该体系中产生强氧化作用的主要活性自由基。通过三维荧光和GC-MS检测发现,苯酚的降解是先被氧化为苯醌,进一步分解变成烷烃和小分子酸,最后被矿化为二氧化碳和水。
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