霧化-多相協(xié)同臭氧氧化處理硝基苯廢水的研究

段海霞

（沈陽理工大學(xué)遼寧沈陽110168）

霧化-多相協(xié)同臭氧氧化處理硝基苯廢水的研究

段海霞

（沈陽理工大學(xué)遼寧沈陽110168）

采用自制裝置對硝基苯進(jìn)行降解研究。通過對自制裝置中工藝的優(yōu)選和對臭氧利用率的研究表明，該工藝處理硝基苯廢水具有協(xié)同效應(yīng)。臭氧利用率為93.1%，硝基苯降解效率達(dá)到95.6%。體系中殘存少量H2O2，體系對硝基苯的氧化以羥基自由基為主。

霧化；臭氧；紫外光；活性炭

利用臭氧降解難降解有機(jī)廢水的方法，提高這有機(jī)污染物的降解效果和利用剩余臭氧是制約該項技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。論文將前期處理后的硝基苯廢水打成霧狀，利用裝置（申請專利）的上層空間，將裝置中剩余臭氧和含硝基苯液滴充分混合，在紫外光照射下對硝基苯進(jìn)行降解。

1 工藝流程

圖1 實驗裝置流程圖

2 臭氧利用率的比較

臭氧利用率決定了對有機(jī)物降解效率的高低，也決定了廢水處理費用。本節(jié)實驗主要考察霧化體系和非霧化體系下不同降解硝基苯工藝臭氧利用率，見圖2。

從圖2可以看出，霧化體系下不同組合工藝的臭氧利用率要高于非霧化體系下相應(yīng)組合的臭氧利用率。即霧化這一條件的加入提高了臭氧利用率。無論是霧化或非霧化條件下，按照降解過程中臭氧利用率由小到大的排列順序都是：O3法

圖2 不同降解硝基苯工藝的臭氧利用率比較

3 降解硝基苯工藝方法優(yōu)選及協(xié)同效應(yīng)分析

為了研究霧化及降解工藝方法對硝基苯降解效率的影響，實驗設(shè)計了幾種組合方法來考察對硝基苯降解的影響，結(jié)果見圖3。

圖3 霧化條件下不同組合對硝基苯去除率的影響

從圖3可以看出，霧化-O3/UV法對硝基苯的去除率比單獨霧化-UV法和單獨霧化-O3對硝基苯的去除率的加和高12.6%，霧化-O3/GAC/UV法硝基苯的去除率達(dá)到了93.1%。該方法已經(jīng)具有了明顯的協(xié)同效應(yīng)，硝基苯去除率顯著提高。這是因為，臭氧先和底部的活性炭共同降解硝基苯，隨著反應(yīng)進(jìn)行，將反應(yīng)后的水樣霧化通過噴嘴噴出，霧化使得硝基苯廢水的面積被增大數(shù)萬倍，提高了臭氧和硝基苯的接觸表面積，臭氧在紫外光的協(xié)同作用下產(chǎn)生羥基自由基降解硝基苯。活性炭在臭氧的作用下，促進(jìn)臭氧產(chǎn)生某種中間物質(zhì)，引發(fā)臭氧分解生成·OH等自由基降解硝基苯。

4 降解過程中過氧化氫的測定

霧化-多相協(xié)同臭氧氧化工藝中是否有過氧化氫產(chǎn)生，對確定硝基苯降解機(jī)理具有一定的驗證性。POD/DPD方法可以測得較低濃度的過氧化氫含量，結(jié)果見圖4。

圖4 溶液剩余過氧化氫濃度的測定

從圖4可以看出，在降解硝基苯反應(yīng)的前20min，溶液中H2O2的濃度增加，隨后H2O2濃度緩慢降低，反應(yīng)后仍殘存一定量的H2O2。反應(yīng)前20min過氧化氫濃度增加，考慮可能在反應(yīng)初期臭氧和活性炭表面的基團(tuán)反應(yīng)，生成了過氧化氫。反應(yīng)后期，消耗了過氧化氫。體系中H2O2的產(chǎn)生主要來自三方面因素：（1）氣相溶解到液滴中的臭氧在紫外光的作用下產(chǎn)生H2O2降落回溶液中；（2）液相中活性炭和氫氧根引發(fā)臭氧生成H2O2；（3）體系中的羥基自由基及各種中間自由基彼此碰撞淬滅形成了H2O2。

5 羥基自由基抑制劑的影響

為了考察體系中是否有羥基自由基的存在，采用叔丁醇（TBA）來驗證。叔丁醇]作為自由基抑制劑的原理[4-5]是：（1）·OH脫取叔丁醇的-CH3基上的一個氫原子生成H2O，這個反應(yīng)途徑占了主導(dǎo)地位；（2）·OH脫取叔丁醇的-OH基上的H原子生成· (CH3)CO和H2O，此后叔丁醇基又迅速分解裂變?yōu)椤H3和(CH3) 2C=O，該反應(yīng)僅占整個反應(yīng)過程的5%。實驗結(jié)果見圖5所示。

圖5 叔丁醇對硝基苯去除率的影響

從圖5可以看出，隨著叔丁醇濃度由0mg.L-1增加到60mg. L-1，硝基苯的去除率由89.3%下降為34.1%。當(dāng)叔丁醇的濃度增加到50mg.L-1和60mg.L-1時，硝基苯去除率分別達(dá)到了36.4%和34.6%，這部分硝基苯去除率基本上不隨著叔丁醇濃度增加而降低，所以，不能排除體系中是否存在其它種類自由基共同對硝基苯的降解。這說明，體系對硝基苯的降解是一個以羥基自由基為主的氧化反應(yīng)。

5 結(jié)語

體系中有微量過氧化氫產(chǎn)生，羥基自由基是該工藝降解硝基苯主要的氧化劑，體系對硝基苯的降解是一個以羥基自由基為主的氧化反應(yīng)。在霧化-多相協(xié)同臭氧化工藝降解硝基苯的過程中，采用霧化技術(shù)，充分利用了體系中的剩余臭氧，進(jìn)一步提高了硝基苯的降解效率。在整個體系中，紫外光和活性炭協(xié)同臭氧產(chǎn)生了過氧化氫，過氧化氫和溶液中的氫氧根共同引發(fā)了臭氧產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的羥基自由基，完成了硝基苯的降解過程。

[1]張佑國.噴霧干燥[M].南京:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,347.

[2]孫志忠.臭氧多相催化氧化去除水中有機(jī)污染物效能與機(jī)理[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),2006.

[3]陳瑛,郭二民,黃國忠,張建祺,等.紫外光和活性炭對有機(jī)物臭氧化的協(xié)同催化作用[J].環(huán)境科學(xué)研究,2007,20（1）:90-94.

[4]Hassan MM,Hawkyard C JDecolourisation ofdyeand dyehouseeffluent in a bubble-column reactorby heterogeneous catalytic ozonation [J].JChem TechnolBiotechnol,2006,81(2):201-207.

[5]B.Kasprzyk-Hordern,M.Ziolek,J.nawrocki.Catalytic Ozonation and Methods of Enhancing Molecular Ozone Reactions in water treatment. Applied Catalysis B:environmental,2003,46:639-669.

段海霞（1973—），女，博士學(xué)位，副教授，研究方向：環(huán)境工程、特種能源。

遼寧省科技廳公益基金項目（項目編號：2013003009）。