电絮凝工艺去除水中洛克沙胂的效能与机理研究

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洛克沙胂(Roxarsone,缩写为ROX),化学名称为3-硝基-4-羟基苯胂酸,是一种广泛被使用的有机胂饲料添加剂,由于其具有的高度的流动性和水溶性,洛克沙胂及其降解产物会在环境中共存,渗入地下水或在土壤、植物中积累,很容易在环境中转化,产生毒性较大的无机砷,如As(III)和As(V),引起环境问题和健康风险。目前,洛克沙胂的去除方法的大规模运用仍然受到外加药剂价格昂贵,以及未被处理的无机砷可能会引起二次污染或者是回收较为困难的问题限制。因此,探索廉价、安全、绿色的工艺控制有机胂污染具有重要意义。本文提出采用电絮凝(EC)技术去除洛克沙胂。电絮凝技术操作简便,过程中无需添加额外的化学药剂,不会引发二次污染。采用实验室模拟被ROX污染的饮用水配水进行电絮凝电解实验,通过实验优化极板种类、极板间距、极板电压和进水流量四个不同参数,考虑总砷的去除效果,铁耗和比能耗的大小,得出了本实验的最佳条件是:选取电絮凝极板材料为铁(阳)-铝(阴)极板组合,极板间距d为1 cm,极板电压V为18 V,进水流量q为2ml/s。在40 min内,能够将750 ug/L总砷完全去除,使得经处理后出水的总砷浓度达到生活饮用水卫生标准(GB5749-2006)规定的10ug/L的限值以下。探索了电絮凝过程中各种因素对洛克沙胂去除效果的影响,当极板种类和电压一定时,该体系用于降解不同浓度的洛克沙胂既会影响最终的去除率,又会明显影响降解速率;酸性环境下总砷具有更好的去除效果,偏碱性环境下,因为氢氧化物的沉淀作用小于多核(多)羟基络合物铁絮体的电中和作用和吸附作用,絮凝效果变差;Cl-和NO3-通过不同途径均增加了溶液中有效絮体的生成,具有明显促进洛克沙胂去除的作用;SO42-促进作用一定,低浓度和高浓度影响机理不同;CO32-的参与导致溶液中生成的新的絮体与原位生成的氢氧化物絮体有不同的特性,对电絮凝的效率有一定的影响。研究了电絮凝除洛克沙胂的作用机理。电絮凝去除洛克沙胂的作用机理分为两部分,一部分是Fe2+活化氧气生成了氧化能力较强的羟基自由基,攻击C-As键,将洛克沙胂氧化降解生成As(III)和As(V)。但是氧化降解作用是有限的,在不同的反应条件:极板种类、极板间距、电压、进水流量、初始浓度、溶液p H、共存阴离子(Cl-、SO42-、CO32-、NO3-)下的氧化降解比例是不同的。被氧化降解生成的无机砷和没有被氧化降解的原形态的洛克沙胂最终会被生成的具有较强的吸附卷扫能力的氢氧化铁絮体吸附沉淀去除。本实验为电絮凝处理洛克沙胂污染的水源水提供了一定理论和技术支撑。
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