臭氧氧化技術(shù)對(duì)模擬廢水中的BTEX 進(jìn)行去除實(shí)驗(yàn)

 

         臭氧通常作為水處理的氧化劑和消毒劑。臭氧作為氧化劑，可攻擊富電子官能團(tuán)，如雙鍵、胺類、芳香環(huán)等物質(zhì)。由于臭氧在實(shí)際廢水處理中會(huì)生成自由基，因此臭氧氧化通常被認(rèn)為是高級(jí)氧化過程。在臭氧反應(yīng)的初始階段，反應(yīng)速率較為緩慢，伴隨反應(yīng)進(jìn)行，自由基作為臭氧和有機(jī)物反應(yīng)時(shí)的副產(chǎn)物參與反應(yīng)，從而達(dá)到對(duì)廢水中有機(jī)物降解的效果。

 

         苯系物（苯、甲苯、乙苯、二甲苯，簡(jiǎn)稱BTEX）是典型的致畸、致癌、致突變的有毒有害有機(jī)物，它主要存在于人類工業(yè)生產(chǎn)過程，如工業(yè)溶劑、塑料合成、農(nóng)藥醫(yī)藥等。煤化工行業(yè)是BTEX的主要來源，除伴隨生產(chǎn)廢水排放外，在化工產(chǎn)品制造過程、勘探開采、運(yùn)輸加工的各個(gè)環(huán)節(jié)都不可避免會(huì)有滲漏，導(dǎo)致BTEX以多種方式進(jìn)入自然水體，造成環(huán)境污染。

 

         在前人的研究中，鄭瑾等發(fā)現(xiàn)與微生物技術(shù)相結(jié)合的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，如物理-生物技術(shù)、化學(xué)-生物技術(shù)對(duì)BTEX的去除頗具優(yōu)勢(shì)；李翔君利用高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)BTEX模擬廢水處理時(shí)發(fā)現(xiàn)BTEX的降解產(chǎn)物為低分子簡(jiǎn)單有機(jī)物，如醇、醛、酸類等：張方等制備了含銅復(fù)合催化劑，并以甲苯為探針測(cè)試其催化性能，結(jié)果表明在很優(yōu)條件下甲苯的轉(zhuǎn)化率達(dá)25.6%，其他苯系物的氧化反應(yīng)也取得了較好的氧化效果。本研究采用臭氧氧化法對(duì)水中BTEX進(jìn)行降解，探討臭氧去除水體中BTEX時(shí)的很佳反應(yīng)條件，并在此基礎(chǔ)上探究臭氧氧化降解BTEX的反應(yīng)機(jī)理，為廢水的實(shí)際處理提供可靠的理論基礎(chǔ)。

 

臭氧氧化降解BTEX的機(jī)理分析

 

         為了確定臭氧氧化的反應(yīng)機(jī)理，判斷臭氧氧化降解BTEX時(shí)起作用的是臭氧分子還是自由基的強(qiáng)氧化性，本研究中使用叔丁醇（TBA）作為羥基自由基抑制劑，使用自由基歧化酶（SOD）作為超氧自由基抑制劑。實(shí)驗(yàn)分為無抑制劑添加、含有50mmol/L的TBA和含有50mmol/L的SOD三個(gè)反應(yīng)體系，即03、O3-TBA、O3-SOD進(jìn)行對(duì)比，考察目標(biāo)有機(jī)物的降解情況。圖1為不同反應(yīng)體系下目標(biāo)有機(jī)物的去除效果。

圖1

         臭氧分子直接氧化機(jī)理和自由基激發(fā)原理如下：

 

         從圖1可以看出，臭氧單獨(dú)氧化時(shí)，苯、甲苯、乙苯、二甲苯降解效率分別為71.3%、76.7%、78.2%和77.6%。當(dāng)反應(yīng)體系中加入TBA后，苯、甲苯、乙苯、二甲苯的降解效率分別降低至44.6%、49.3%、52.1%和54.6%，比臭氧單獨(dú)氧化時(shí)分別降低了26.7%、27.4%、26.1%、23.0%，說明TBA的投加明顯降低了臭氧氧化降解BTEX的效率。這是因?yàn)門BA作為羥基自由基抑制劑參與反應(yīng)體系中，抑制了自由基與有機(jī)物反應(yīng)，降低了羥基自由基的氧化效果。

 

         當(dāng)反應(yīng)體系中加入超氧自由基抑制劑SOD時(shí)，目標(biāo)有機(jī)物的降解效率驟減，其中二甲苯的降解效率幾乎為零，這是因?yàn)镾OD的加入高效抑制了超氧自由基的產(chǎn)生，超氧自由基的抑制直接影響了羥基自由基的生成，從而導(dǎo)致水體中強(qiáng)氧化性物質(zhì)的消失。

 

         通過本研究我們認(rèn)為，強(qiáng)氧化物質(zhì)超氧自由基和羥基自由基的存在是臭氧氧化有效去除BTEX的根本因素，因此在反應(yīng)體系中合理有效地增加自由基的濃度是高效去除目標(biāo)有機(jī)物的必要手段。逆流投加模式更有利于提高有機(jī)物去除效果的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，與此研究結(jié)果一致。

 

結(jié)論

        本研究使用臭氧氧化降解水中BTEX，為實(shí)際生產(chǎn)過程中BTEX的去除提供了理論基礎(chǔ)。研究主要得出以下結(jié)論：

（1）在使用臭氧氧化技術(shù)降解水中BTEX時(shí)，當(dāng)pH值為8、反應(yīng)溫度為30℃、臭氧投加量為3.5g/L、臭氧逆流投加時(shí)，BTEX的降解效果很佳，BTEX的去除率可達(dá)76.3%。

（2）強(qiáng)氧化性物質(zhì)超氧自由基和羥基自由基的存在是臭氧去除水中BTEX的根本因素，在反應(yīng)體系中合理有效地增加自由基的濃度是高效去除BTEX的必要手段。

作者：彭思偉等：基于臭氧氧化對(duì)煤化工廢水中苯系污染物去除的研究