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1、粉末活性炭和臭氧在水处理中的应用研究摘 要: 通过对臭氧在水中的反应途径和其对嗅味物质的氧化去除规律的分析,采用单独投加臭氧预氧化和臭氧与活性炭池联用处理工艺的试验,主要考察臭氧投加量、氧化时间对出水嗅阈值的影响。试验结果表明,随着臭氧投加量的增加,出水嗅味减少;延长臭氧氧化时间,除臭效果变好;随着臭氧投量的增加,氧化时间对除臭效果的影响下降。臭氧与粉末活性炭联用对嗅味的处理效果明显优于单独使用臭氧、单独使用粉末活性炭对嗅味的处理效果。关键词: 除臭; 臭氧; 粉末活性炭; 联用臭氧(O3)是氧的同素异形体,常温常压下是一种呈明显蓝色的有特殊刺激性臭味的气体,而且不稳定,可
2、以自行分解成氧气。臭氧最早在水处理中的应用是作为消毒剂,1886年到1916年期间,臭氧一直用于饮用水的消毒处理。随着臭氧发生器的研制取得巨大进展,其规模和效率有了大幅度提高,臭氧的应用除消毒外有了新的拓展。1965年,人们首次用臭氧去除放线菌产生的臭味,并取得了成功。随后,人们对臭氧在除臭方面作了大量的试验研究[1,2],发现臭氧在去除由于藻类或放线菌的季节性繁殖而引起的水体嗅味的效果很好,并且强于其他氧化剂如氯、高锰酸钾等。臭氧对各种类的原水异臭都有较好的处理效果,特别是:植物性臭(藻臭、青草臭)、鱼腥臭、霉臭、土臭、苯酚臭等[3]。通过滤柱试验,确定了臭氧对去除原水中
3、嗅味的性能,同时研究了臭氧与粉末活性炭联用的除臭效果。并通过GC-MS分析原水中嗅味物质的种类。1 臭氧氧化除臭机理1.1 臭氧在水中反应的途径臭氧具有极强的氧化能力,可以将水中大量的有机物氧化去除。研究发现,臭氧在水中去除有机物主要通过2种途径:臭氧直接氧化(D反应)和臭氧通过分解产生的羟基自由基(·OH)的间接氧化(R反应)。臭氧去除嗅味有机物的效率,实际上是D反应与R反应的叠加作用。D反应反应速度缓慢,但对氧化的有机物有选择性,而且基本上不与水中的无机物反应,是去除水中有机物的主要反应。R反应反应速度快,氧化能力强,但反应无选择性,不仅可以与水中有机物反应,将其氧化去
4、除,还能与水中碳酸根和重碳酸根反应,如果臭氧分解产生的羟基自由基可以迅速与碳酸根和重碳酸根反应,就会减少羟基对臭氧的催化分解作用。这2种反应进行的程度取决于不同的反应条件,当溶液PH<8时,·0H的数量将大大减少,如果投加重碳酸盐(NaHCO3)作为·OH的捕集剂,就可以减弱臭氧分解速度和·OH的反应速度。当溶液的pH>8时,臭氧分子会迅速分解,强化了·OH的氧化作用,加快了臭氧的分解速度。因此通过控制溶液的pH值,可以控制臭氧的反应途径,使其更有利于去除水中嗅味物质等有机物。试验期间原水pH值在6~8.5之间,因此可以推断,臭氧在除臭过程中,主要以D反应为主,R反应为辅来
5、去除水中的致臭物质。1.2 臭氧对嗅味物质的氧化去除规律臭氧作为一种强化剂,可以氧化水中大部分有机物,从其化学结构上分析,臭氧具有3原子4电子∏键和偶极构造,使臭氧可以和有机物的双键>CC<反应,可以进攻有机物富电原子,进行亲电反应,也可以进攻有机物分子中带正电原子核而进行亲核反应。1)对烯烃、炔烃、烷烃的去除烯烃由于具有∏键,可以和臭氧发生l,3偶极加成反应,形成不稳定的臭氧化物,并很快分解成双极性离子和羟基化合物,它们之间相互作用,生成臭氧化物。反应的最终产物可能是单体的、聚合的和交错的臭氧化物的混合体。但当烯烃带有亲电取代基时,反应速度会受到抑制。炔烃与臭氧的反应机理
6、也是通过1,3偶极加成反应,生成臭氧化物后,转变成两种羟酸。臭氧基本不与烷烃反应,只有在非水溶液中,臭氧浓度较大时,可以将其氧化成过氧化基化合物,然后变成过氧化物、乙醇、酮,而在水中臭氧很难将其氧化。2)对胺类的去除由于胺类化合物都具有供电子基团NH2,因此易于与臭氧反应,反应速度很快。臭氧与伯胺反应时生成硝基化合物及铵碱,仲胺经常形成稳定的硝基团,但易与臭氧反应生成硝基化合物,叔胺则变成氧化胺,臭氧还会导致胺或臭氧化中间产物的缩合反应。若N原子上带有其他得电子基团,该化合物的反应速度会受到抑制。3)对芳香族化合物的去除芳香族化合物的氧化反应发生在芳环本身或侧链取代基上。当
7、带有供电子取代基(-NH2、-OH)时,可以加速臭氧化反应,而带有得电子取代基(-NO2、-Cl)时,可以抑制臭氧化反应。带有-OH的苯环,在酸性或中性时,臭氧化反应发生在取代基邻位或对位的碳原子上,生成邻苯二酚和对苯二酚及对苯醌,最后氧化成CO2和H2O;在碱性条件下,臭氧反应发生在-OH上或由羟基及-OH引发的自由基反应,臭氧化产物可能是联苯酚,苯醌,环断裂生成的己二烯酸及其衍生物或甲醛、草酸等。卤素取代的苯环,氧化后形成草酸、乙醇酸、脂族醛。具有不饱和结构的杂环化合物都可以与臭氧作用,但不同的杂环反应速度、反
