臭氧氧化技術對模擬廢水中的BTEX 進行去除實驗

 

         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，如雙鍵、胺類、芳香環(huán)等物質。由于臭氧在實際廢水處理中會生成自由基，因此臭氧氧化通常被認為是高級氧化過程。在臭氧反應的初始階段，反應速率較為緩慢，伴隨反應進行，自由基作為臭氧和有機物反應時的副產物參與反應，從而達到對廢水中有機物降解的效果。

 

         苯系物（苯、甲苯、乙苯、二甲苯，簡稱BTEX）是典型的致畸、致癌、致突變的有毒有害有機物，它主要存在于人類工業(yè)生產過程，如工業(yè)溶劑、塑料合成、農藥醫(yī)藥等。煤化工行業(yè)是BTEX的主要來源，除伴隨生產廢水排放外，在化工產品制造過程、勘探開采、運輸加工的各個環(huán)節(jié)都不可避免會有滲漏，導致BTEX以多種方式進入自然水體，造成環(huán)境污染。

 

         在前人的研究中，鄭瑾等發(fā)現(xiàn)與微生物技術相結合的聯(lián)合修復技術，如物理-生物技術、化學-生物技術對BTEX的去除頗具優(yōu)勢；李翔君利用高級氧化技術對BTEX模擬廢水處理時發(fā)現(xiàn)BTEX的降解產物為低分子簡單有機物，如醇、醛、酸類等：張方等制備了含銅復合催化劑，并以甲苯為探針測試其催化性能，結果表明在很優(yōu)條件下甲苯的轉化率達25.6%，其他苯系物的氧化反應也取得了較好的氧化效果。本研究采用臭氧氧化法對水中BTEX進行降解，探討臭氧去除水體中BTEX時的很佳反應條件，并在此基礎上探究臭氧氧化降解BTEX的反應機理，為廢水的實際處理提供可靠的理論基礎。

 

臭氧氧化降解BTEX的機理分析

 

         為了確定臭氧氧化的反應機理，判斷臭氧氧化降解BTEX時起作用的是臭氧分子還是自由基的強氧化性，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。實驗分為無抑制劑添加、含有50mmol/L的TBA和含有50mmol/L的SOD三個反應體系，即03、O3-TBA、O3-SOD進行對比，考察目標有機物的降解情況。圖1為不同反應體系下目標有機物的去除效果。

圖1

         臭氧分子直接氧化機理和自由基激發(fā)原理如下：

 

         從圖1可以看出，臭氧單獨氧化時，苯、甲苯、乙苯、二甲苯降解效率分別為71.3%、76.7%、78.2%和77.6%。當反應體系中加入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%，比臭氧單獨氧化時分別降低了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。這是因為TBA作為羥基自由基抑制劑參與反應體系中，抑制了自由基與有機物反應，降低了羥基自由基的氧化效果。

 

         當反應體系中加入超氧自由基抑制劑SOD時，目標有機物的降解效率驟減，其中二甲苯的降解效率幾乎為零，這是因為SOD的加入高效抑制了超氧自由基的產生，超氧自由基的抑制直接影響了羥基自由基的生成，從而導致水體中強氧化性物質的消失。

 

         通過本研究我們認為，強氧化物質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，因此在反應體系中合理有效地增加自由基的濃度是高效去除目標有機物的必要手段。逆流投加模式更有利于提高有機物去除效果的實驗結果，與此研究結果一致。

 

結論

        本研究使用臭氧氧化降解水中BTEX，為實際生產過程中BTEX的去除提供了理論基礎。研究主要得出以下結論：

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

（2）強氧化性物質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：基于臭氧氧化對煤化工廢水中苯系污染物去除的研究