UV/H2O2高級氧化法去水中臭味物質范文

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摘要:針對給水廠傳統工藝難以有效處理高藻、高臭味原水的問題，采用中試探究了uv/h2o2高級氧化法對土臭素(GSM)和二甲基異冰片(2-MIB)這兩種典型臭味物質的去除效能。結果表明，當H2O2劑量為6mg/L、UV功率為2．0kW、進水流量為2．9m3/h時，UV/H2O2系統對GSM和2-MIB的去除率最高可分別達到99．52%和99．26%，相應濃度均可降至5ng/L以下，滿足《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)的要求;另外，對單位耗能參數(EEo)與H2O2投加劑量的關系進行擬合，發現該系統在去除水中臭味物質時能耗較低。

關鍵詞:UV/H2O2高級氧化法;土臭素;二甲基異冰片;單位耗能參數(EEo)

隨著我國工業化進程的加快，污廢水排放量日益增加，部分飲用水水源不同程度地受到了污染，很多水體出現富營養化現象。大量繁殖的藻類在新陳代謝過程中會產生臭味化合物，使水體散發出魚腥味、土霉味等難聞的氣味。然而，城市給水廠的傳統處理工藝對具有高藻、高臭味特征的原水難以有效處理，給生產生活造成了嚴重的影響［1］。為了有效去除水中的臭味物質，學者們進行了一系列研究，現有的除臭技術主要分為物理吸附、化學氧化、生物降解等［2～4］，這些技術各有優劣。近年來，高級氧化法作為一種新型的水處理技術而被廣泛關注。相關研究表明，UV/H2O2高級氧化技術對大部分難降解有機物均有明顯的去除效果，但目前針對該技術去除水中臭味物質的研究報道尚不多見。為此，筆者進行了UV/H2O2高級氧化技術深度去除水中土臭素(GSM)和二甲基異冰片(2-MIB)的中試研究，重點考察了流量、紫外線強度和H2O2投加量的影響，并對其能耗進行了評估。

1材料與方法

1.1試驗進水及試劑中試進水

采用濟南市玉清水廠的砂濾池出水，其pH值為8．0，硬度(以CaCO3計)為130mg/L，DOC為2．0mg/L，硝態氮為13．4mg/L，紫外線穿透率(UVT254)為92．2%。可知，進水的紫外線穿透率較高，表明UV光電子在溶液中的傳遞效率較高;另外，進水DOC含量較低，表明消耗•OH的有機物較少，即影響目標污染物去除效果的干擾較小。試驗采用30%的H2O2溶液，H2O2含量約為330mg/mL;GSM和2-MIB為分析純。2-MIB和GSM先溶于甲醇，配制成濃度為25mg/mL的溶液，再用水稀釋到一定濃度，通過計量泵進行投加。

1.2工藝流程

中試處理流程見圖1。H2O2和GSM、2-MIB分別通過計量泵注射入管路系統，經靜態混合器充分混合后進入高級氧化反應器。反應過程中的流量測定由裝置前端的流量計完成，反應前后所取樣品均經過充分混合。高級氧化反應系統采用TrojanUV-PhoxTM8AL20設備，由8根低壓高效汞燈組成，每根燈管的額定最大功率為250W，并且可以在60%～100%之間以2%的增量進行調節(即總功率可以在1．2～2．0kW之間調節)。

1.3試驗方法

試驗時，通入水流，開啟紫外設備到所需劑量并預熱15min，開啟加藥泵同時加入GSM和2-MIB以及H2O2，計時5倍HRT后，在紫外設備前后取樣口同時取樣，檢測樣品中GSM、2-MIB與H2O2的含量。其中，GSM和2-MIB采用固相萃取－氣質聯用法(SPE－GC/MS)測定，H2O2采用N，N－二乙基－對苯二胺(DPD)/過氧化物酶法測定。試驗設置3因素變量，分別為進水流量Q、H2O2劑量CH和UV功率P。Q分別取3、5．5、8m3/h，CH分別取0、3、6、12mg/L，P分別取1．2和2．0kW。另外，設置CH、P均為零的對照組。

2結果與討論

2.1進水流量對臭味物質去除效果的影響

在H2O2劑量為6mg/L、UV功率為2．0kW的條件下，考察進水流量對GSM和2-MIB去除效果的影響。結果表明，系統對兩種目標污染物的去除率均隨著進水流量的增大而降低。當進水流量為2．9m3/h(實測值，下同)時，GSM和2-MIB去除率分別為99．12%和98．20%;當進水流量增大到7．7m3/h時，二者的去除率分別降至95．78%和93．83%。在UV功率一定的情況下，進水流量的增大意味著分配到單位體積水的•OH減少，從而影響了•OH氧化GSM和2-MIB的反應速率與效果。從另一個角度來看，在反應器容積一定的情況下，增大進水流量相當于縮短了水力停留時間，這可能會導致部分目標污染物的反應時間較短，因而去除率不高。

2.2紫外劑量對臭味物質去除效果的影響

為考察UV劑量對GSM和2-MIB去除效果的影響，在UV功率為2．0和1．2kW的條件下分別選取了四組數據進行比較(無紫外光照射時，無去除效果)，結果如圖2所示。1、2、3、4組的試驗條件分別為Q=5．3m3/h、CH=10．6mg/L，Q=5．3m3/h、CH=2．8mg/L，Q=7．8m3/h、CH=3．3mg/L，Q=7．7m3/h、CH=1．5mg/L。從圖2可以看出，當UV功率為2．0kW時，對GSM和2-MIB的去除率均高于UV功率為1．2kW時的，對GSM和2-MIB的去除率最大可分別達到99．52%和99．26%。在相同工況條件下，1．2kW功率下與2．0kW功率下GSM和2-MIB的去除率比值分別為0．69和0．65。表明在中試條件下，兩種目標污染物的去除率隨著紫外劑量的增加而增加。但考慮到成本問題，實際生產中不可能無限增大紫外劑量，而應在滿足處理效果的要求下選擇適當的紫外劑量，從而降低系統電耗。

2.3H2O2劑量對臭味物質去除效果的影響

在進水流量為5．5m3/h、UV功率為2．0kW的條件下，考察H2O2劑量對兩種臭味物質去除效果的影響。結果表明，GSM與2-MIB的去除率隨著H2O2劑量的增加呈先快后慢的上升趨勢，不投加H2O2時，系統對GSM和2-MIB均無去除效果;隨著H2O2劑量逐漸增加到10．74mg/L(此為實測值，與理論投加量略有差異)，二者去除率亦逐漸增大，分別達到了99．52%和99．26%，此時出水中的GSM與2-MIB含量均低于檢測限(＜5ng/L)，滿足《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)的要求(GSM＜10ng/L，2-MIB＜10ng/L)。高級氧化反應中起主要作用的是•OH，H2O2濃度較低時，在一定強度紫外線照射下，•OH的生成量隨著H2O2的增加而增加，對目標污染物的去除量隨之增大。然而，隨著目標污染物濃度不斷降低，其與•OH的碰撞概率大大減小，相同的H2O2增量下目標污染物去除率的增長呈先快后慢的趨勢。同時，H2O2本身也會造成•OH的淬滅，高濃度下隨著H2O2的增加，•OH的產量會達到一個動態平衡［5］。

2.4UV/H2O2系統電耗分析

采用高級氧化法作為深度處理工藝必然會導致凈水成本的增加，而電能在運行成本中占主要部分，因此有必要研究其耗電情況。參考國際純粹和應用化學聯合會(IUPAC)提出的適用于痕量污染物高級氧化過程的電耗評估方法進行分析［6］。單位耗能參數(EEo)是一個綜合性評價參數，能較好地描述UV/H2O2系統的效率，其定義為處理一定體積的水使其達到規定的水平(目標污染物降低一個數量級或降低1-lg)所需要的電能。較低的EEo值表示UV/H2O2系統具有較高的效率，EEo可由下式計算： 中，C0和Ct分別代表進水和出水中目標污染物的濃度。圖3為UV/H2O2系統去除GSM與2-MIB時EEo隨H2O2劑量的變化規律。通過擬合得出去除GSM和2-MIB的EEo值與H2O2劑量的關系分別為:EEo(GSM)=1．157CH－0．782，R2=0．825;EEo(2-MIB)=1．549CH－0．839，R2=0．779。二者的EEo值與H2O2劑量具有強相關性，p值均小于0．001，擬合結果極顯著。由圖3可以看出，隨著H2O2劑量的增大，EEo值呈先快后慢的降低趨勢。當H2O2劑量＜5．0mg/L時，EEo值降低較快;當H2O2劑量在5．0～12．5mg/L時，EEo值降低較為緩慢;當H2O2劑量＞12．5mg/L后，EEo值基本穩定在0．2kW•h/(m3•order)左右。當H2O2劑量增加時，相同電耗下可產生更多的•OH進行目標污染物的氧化;另一方面，由于H2O2自身對•OH的淬滅作用，在大劑量H2O2條件下EEo的降低將進入平臺期。實際生產過程中建議H2O2投加劑量取5～10mg/L，使出水中GSM和2-MIB的濃度滿足飲用水標準要求即可。Daneshvar等人［7］的研究顯示，采用UV/H2O2高級氧化法處理檸檬酸時，其EEo值在0．4～5．0kW•h/(m3•order)之間，由此認為本研究中的EEo值相對較低，高級氧化系統的效率較高。另外，本研究中進水GSM與2-MIB均經過加標處理，實際生產中進水負荷應該較低，且實際生產中反應器更接近理想推流狀態，系統處理效率會進一步提高。

3結論

①在中試條件下，當H2O2和UV劑量一定時，GSM和2-MIB去除率隨著進水流量的增大而降低;兩種目標污染物的去除率與UV劑量呈正相關關系;隨著H2O2劑量的增大，GSM和2-MIB去除率呈先快后慢的增大趨勢，最大可分別達到99．52%和99．26%，此時出水中GSM和2-MIB的濃度滿足《生活飲用水衛生標準》(GB5749—2006)的要求。②通過EEo值量化并評價整個系統的電耗情況，針對GSM和2-MIB兩種目標污染物分別得出了EEo與H2O2劑量的數值表達關系，由此可對實際生產中H2O2的投加劑量進行預測。

參考文獻:

［1］楊顯峰．高藻水源地飲用水高級氧化除藻技術研究［J］．華中師范大學研究生學報，2015，22(2):174－178．

［2］黃惠燕，陳牧民，關心麗，等．新型除臭劑與活性炭聯合投加去除水體異臭味［J］．中國給水排水，2007，23(2):83－85．

［3］王永京，楊凱，于建偉，等．飲用水處理中臭氧化副產物生成與控制研究［J］．水處理技術，2016，42(6):90－93，97．

［4］李浩，賈瑞寶，李世俊．濟南玉清水廠強化常規處理工藝改造設計及運行分析［J］．中國給水排水，2012，28(14):90－93．

［5］高迎新，張昱，楊敏，等．Fe3+或Fe2+均相催化H2O2生成羥基自由基的規律［J］．環境科學，2006，27(2):305－309．

作者：王昊 單位：上海市政工程設計研究總院