化學法去除飲用水中溴酸鹽的研究進展

衛雅偉 張寶忠 劉永德

【摘 要】指出了隨著工業化的進步和人民生活水平的的提高，飲用水的安全問題越來越受到大家的重視，溴酸鹽的濃度指標是一項重要的指標，它存在著致癌的風險。這次的論述指出了溴酸鹽的污染程度以及去除溴酸鹽的不同方法。根據國內外研究現狀總結出化學還原法是受研究者追捧的，同時總結了采用化學還原法去除溴酸鹽的優點，探討了其進一步的研究進展。

【關鍵詞】化學還原法;溴酸鹽;消毒水;研究進展

中圖分類號： X742 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）23-0047-002

【Abstract】It is pointed out that with the progress of industrialization and the improvement of people's living standards， the safety of drinking water has received more and more attention from everyone. The concentration index of bromate is an important indicator， and it is the risk of carcinogenesis. This discussion points out the extent of bromate contamination and the different methods of removing bromate. According to the research status at domestic and abroad， the chemical reduction method is popular by researchers. At the same time， the advantages of using chemical reduction to remove bromate are summarized， and further research progress is discussed.

【Key words】Chemical reduction; Bromate; Disinfectant; Research progress

0 引言

溴酸鹽（BrO3-）是飲用水中常見的消毒副產物，在臭氧化的水中或廢水中的溴化物的源水消毒產生[1]。由于其對人類具有潛在的致癌性，溴酸鹽受到世界衛生組織（WHO）和美國環境保護局（USEPA）的嚴格飲用水管制[2]。而且溴酸鹽被國際癌癥研究機構認定為潛在性2B級致癌物質，規定其在生活飲用水中的濃度不超過10μg/L。

1 溴酸鹽的污染現狀

在美國，地下水和地表水均發現溴酸鹽，濃度為2.6-204.6μg/L[3]。經調查研究發現我國北方沿海的水體溴離子濃度高達400μg/L。我國深圳水庫中溴離子濃度平均值為24μg/L，最大值為73.3μg/L，深圳市的流域面積較大的河流中溴離子平均濃度在60.8～1056μg/L之間，地下水中溴離子濃度在60～250μg/L之間。黃河水中溴離子平均濃度為200μg/L。據報道，來自36個河流樣品的溴酸鹽濃度僅為4至8μg/L，在英國的含水層中檢測到地下水中的溴酸鹽污染，其中溴酸鹽濃度超過2mg/L長期從化學生產廠長期溢出 [4]。

溴酸鹽會對人體造成不同的傷害，長期使用超標的飲用水存在致癌的風險，因此處理飲用水中溴酸鹽的問題需要盡快解決。

2 國內外研究現狀

根據目前研究現狀，有幾種方法可以去除水中的溴酸鹽，可以分為三大類。分別是吸附方法、電化學方法和化學方法。其中吸附方法中運用最典型的就是水滑石，運用陰離子交換的基本原則去除溴酸鹽[5]。電化學法一般采用離子交換膜實現逆濃度對溴酸鹽的去除[6-7]。以上兩種方法在完全去除溴酸鹽存在缺陷。化學方法是利用固相基體上負載活性金屬催化還原溴酸鹽[8]。作為溴酸鹽的電子供體將溴酸鹽還原成溴離子，即BrO3-→Br-，為溴酸鹽的還原過程提供了所需的電子。

林坤儀[9]的研究采用鐵粉為電子供體，選擇鹽酸進行預處理，因為零價鐵（ZVI）容易在空氣中形成鈍化層，該研究引入草酸以防形成鈍化層，而且可以幫助鐵粉保持其連續的還原性。盡管ZVI能夠除去溴酸鹽，但在極少量的草酸OA（250μM）存在下，ZVI的溴酸鹽還原顯著增強。在還原過程中ZVI被氧化成Fe2+，隨后氧化成Fe3+以提供電子以還原目標化合物[10]。

陳桓[11]等人研究運用金屬鈀作為電子供體，在常規的浸漬操作手段下，以氧化鋁作為載體制備還原溴酸鹽的材料。溴酸鹽還原遵循Langmuir-Hinshelwood模型，反映了吸附控制還原機理。增加鈀的負載量會導致溴酸鹽還原增強。實驗結果表示，在初始濃度為0.39mM的溴酸鹽在Pt/Al2O3上的去除率為80.2%，在反應2h后，Pd/Al2O3的去除率接近100%。

Botlaguduru， V.S.V.[12]等采用先進的紫外-亞硫酸鹽還原體系展開去除溴酸鹽的研究。將兩個固定222nm的單色紫外線輻射源用于激活，照射配置好溶液的反應皿。溴酸鹽的還原去除途徑可以分為兩大方面，一是可以直接光解，二是由亞硫酸鹽活化形成的自由基與之進行還原反應。研究結果表明紫外-亞硫酸鹽可以有效地完全去除溴酸鹽。

趙玉敏[13]等人主要研究單壁碳納米管的溴酸鹽去除效果，因為單壁碳納米管具有大比表面積和高孔體積。對于0.5mg·L-1和1mg·L-1的溴酸鹽溶液，用10mg的單壁碳納米管即可達到100%的去除率。另外，隨著對材料焙燒溫度的升高，其去除溴酸鹽的性能明顯增強。這是由于隨著焙燒溫度升高使材料具有更高的等電點所致。碳納米管循環使用4次后對溴酸鹽的吸附還原效果無明顯降低。

3 化學還原法去除溴酸鹽的優點

化學還原法是利用具有還原性的活潑金屬或貴金屬，例如鐵、鋁、鈀、鈷等，利用這些金屬的還原性，促使溴酸鹽的還原反應，達到將溴酸根轉化為溴離子的目的，隨著還原性金屬的負載量增加，溴酸鹽的去除效果也會增加，經過試驗設計可以達到完全去除的效果。

其中，負載鐵金屬進行還原的可行性經濟綠色，酸性條件下進行如下過程：

6Fe2++6H++BrO-3→6Fe3++3H2O+Br-

與生物方法和電化學方法相比，化學還原法耗時短，達到了還原污染物的目的，而不是僅僅將溴酸鹽污染物吸附或轉移，因此，化學還原法去除溴酸鹽具有深遠的研究意義。

【參考文獻】

[1]W. R. Haag and J. Hoigne， Environmental Science & Technology 1983， 17， 261-267.

[2]H. S. Weinberg， C. A. Delcomyn and V. Unnam， Environmental Science & Technology 2003， 37， 3104-3110.

[3]M. Chairez， A. Luna-Velasco， J. A. Field， X. Ju and R. Sierra-Alvarez， Biodegradation 2010， 21， 235-244.

[4]X. Lv， D. Wang， W. Iqbal， B. Yang and Y. Mao， Biodegradation 2019.

[5]Q. Yang， Y. Zhong， X. Li， X. Li， K. Luo， X. Wu， H. Chen， Y. Liu and G. Zeng， Journal of Industrial and Engineering Chemistry 2015， 28， 54-59.

[6]C. T. Matos， S. Velizarov， M. A. M. Reis and J. G. Crespo， Environmental Science & Technology 2008， 42， 7702-7708.

[7]J. A. Wisniewski， M. Kabsch-Korbutowicz and S. Lakomska， Separation and Purification Technology 2015， 145， 75-82.

[8]D. B. Thakur， R. M. Tiggelaar， Y. Weber， J. G. E. Gardeniers， L. Lefferts and K. Seshan， Applied Catalysis B-Environmental 2011， 102， 243-250.

[9]K. Y. A. Lin and C. H. Lin， Chemical Engineering Journal 2017， 325， 144-150.

[10]L. Liu， S. Wei， Y. Liu and Z. Shao， Desalination 2012， 285， 271-276.

[11]H. Chen， Z. Xu， H. Wan， J. Zheng， D. Yin and S. Zheng， Applied Catalysis B： Environmental 2010， 96， 307-313.

[12]V. S. V. Botlaguduru， B. Batchelor and A. Abdel-Wahab， Journal of Water Process Engineering 2015， 5， 76-82.

[13]趙玉敏，萬海勤，許昭怡等.碳納米管吸附還原溴酸鹽研究[J].南京大學學報（自然科學），2017（3）：287-291.