含油废水在旋转光化学反应器中降解实验研究

书书书第２３卷　第１期　　　　　　　　　　　　　桂林工学院学报　　　　　　　　　　　　Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．１２００３年１月　　　　　　　　　ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＵＩＬＩＮＩＮＳＴＩＴＵＴＥＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　　　　　　　　Ｊａｎ２００３文章编号：１００６－５４４Ｘ（２００３）０１－００９９－０３含油废水在旋转光化学反应器中降解实验研究于巧玲，胡俊杰（桂林工学院资源与环境工程系，广西桂林　５４１００４）摘　要：采用紫外光解的新方法，研究了溶液初始浓度、辐射时间、光源功率、液层厚度等因素对含油废水的降解影响．实验结果表明，含油废水的初始浓度对降解率影响最大，随浓度增加降解率衰减很快；辐射３５ｍｉｎ左右反应就很完全，降解率基本稳定于９８６％，光解反应速度快；５００Ｗ的光源较３００Ｗ的光源更有利于光解反应的进行；而液层厚薄对油类降解的影响不大．关键词：含油废水；紫外光；降解率中图分类号：Ｏ６４４１４；Ｘ７４２０３１　　　　　　　文献标识码：Ｂ①　　伴随工业的发展，特别是石油化工的发展，油类污染日益严重，水质日趋复杂，对环境的影响也越来越重．据统计，海洋中４５％的石油污染来自海洋运输（包括油泄漏事故）；３６％来自城市及工业废水排放［１］．油类不仅会消耗水中的溶解氧使水体缺氧，而且其降解过程中会产生许多有毒物质，严重危害了海洋生物、渔业、人类的生活环境及人体健康．因此，油污染是环境中不容忽视的问题．目前，海洋油污处理法主要有：围栏法、分散法、凝固法和吸附法．分散法是采用分散剂打碎油膜，加速油类的生物降解．由于其处理范围小，效率不高，许多分散剂毒性大，许多国家已禁用．围栏法是常用方法，采用巨大漂浮物形成围油栏，防止油扩散．以法国ＧａｍｌｅｎＮａｉｎｔｒｅ公司和英国Ｖｉｋｏｍａ公司的产品为代表［２］，然而设备昂贵，实际操作较困难，有时不能取得应有效果．凝固法，采用凝油剂使浮油结块，便于回收．但是凝油剂成本较高、制造工艺复杂，推广有困难．吸附法是用吸油材料将油吸附．目前尚未有合适的吸油剂，有些吸附容量小，有些有一定毒性．国内、外学者一直在做大量的研究，国外也有一些专利技术，然而寻找合适的、廉价的海上除油方法仍是人们研究的课题．考虑到海上有充足的太阳能，若能光解油类，将是一条崭新的道路．　　光解作用是有机污染物真正的分解过程，它不可逆地改变了反应分子使之发生异构体转变、重排、裂解等反应，使污染物分解，达到净化目的．目前，紫外光解大多考虑处理难生物降解的有毒废水［３－５］，对含油废水的报道却少见．由于紫外光解油类的方法还处于起步阶段，不宜直接处理成分复杂的污染物，因此本文采用广泛使用的９０号汽油进行实验．研究了适用浓度范围、辐射时间、光源功率、液层厚度等因素对紫外光解的影响，考查紫外光能否有效降解油类．１　实验部分１１　仪器与试剂　　仪器：ＤＧＦ－１型多功能光化学反应仪（南京斯东柯电气设备有限公司），紫外光波长范围０３～１０λ，最大功率５００Ｗ，转速７ｒ／ｍｉｎ；样品分析采用ＴＵ－１９０１双光束紫外可见分光光度计（北①收稿日期：２００２－１０－１７；修订日期：２００２－１１－０６基金项目：广西壮族自治区科技厅资助项目（桂科攻００１５００６）作者简介：于巧玲（１９７４－），女，山东潍坊人，助教，双学士，环境工程专业．京普析通用仪器有限责任公司）．　　试剂：９０号汽油，市售（中国石化）；无水硫酸钠，正己烷，氯化钠，１＋１硫酸，均为分析纯；蒸馏水，自制．１２　实验装置　　实验装置参见文献［６］．紫外光从石英冷阱中的汞灯发出，经滤光片分离出特定波长的光．电动机带动上、中、下转盘一起转动，使石英试管均匀接受照射．１３　实验方法　　取一定浓度的含油废水，分装入１０ｍＬ石英试管中，紫外光照一段时间后，移入分液漏斗，加入１＋１硫酸５ｍＬ酸化，加入氯化钠；正己烷萃取，紫外分光光度法测其吸光度，然后对照其标准曲线，计算降解率η：η＝（ρ０－ρｔ）／ρ０×１００％，式中：ρ０，ρｔ分别为光解前后汽油的浓度．２　结果与讨论２１　光照时间对降解率的影响　　首先把浓度为１０１ｇ／Ｌ的含油水分别装入实验装置中的石英试管中，分别以３００Ｗ和５００Ｗ的汞灯照射，每隔５ｍｉｎ取一样，测其吸光度，考查油的降解情况，从结果（图１）可见，紫外光对油类很有效．辐射５ｍｉｎ内是快速增长阶段；５～３５ｍｉｎ是过渡阶段；３５ｍｉｎ后是稳定阶段，降解率稳定于９８６％．同时可以看出，紫外光降解并不完全，有１４％的很稳定的油需要更高的能量才能彻底分解．图１　油的降解率随辐射时间的变化Ｆｉｇ１　Ｔｉｍｅ－ｄｅｐｅｎｄｅｎｔｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｗｉｔｈｒａｄｉａｔｉｏｎ１—辐射功率５００Ｗ；２—辐射功率３００Ｗ２２　不同浓度对降解率的影响　　石英试管中装入一系列不同浓度的含油水，用３００Ｗ汞灯照射２０ｍｉｎ，考查不同浓度对降解率的影响，其实验结果见图２．图２　含油废水的初始浓度对降解率的影响Ｆｉｇ２　Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｏｉｌｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｉｔｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　　由图２可以看出，初始浓度对降解影响最大．随着含油废水的初始浓度的增大，降解率逐渐减小；在初始浓度＜５ｇ／Ｌ时，降解率下降很快；５～１０ｇ／Ｌ间，浓度的增大降解率的变化并不明显；＞１０ｇ／Ｌ后，浓度增大，降解率又减小．物质对光的吸收具有选择性．浓度高时，油分子之间的平均距离会缩小到一定程度，邻近质点彼此的电荷分布都会相互受到影响，这种影响能改变它们对特定辐射的吸收能力．此外，溶液的折射率随浓度的改变也会改变．可见，光的降解吸收效果很大程度上取决于浓度．２３　不同液层厚度、光源功率对降解率的影响　　在石英试管中装入浓度为１２５ｇ／Ｌ含油水，调整液层厚度，用３００Ｗ汞灯照射２０ｍｉｎ，考查不同液层厚度对降解率的影响，其实验结果见图３．同样用０９６ｇ／Ｌ含油水分别用３００Ｗ和５００Ｗ汞灯照射２０ｍｉｎ，考查光源功率对降解率的影响实验结果见图４．图３　液层厚度对降解率的影响Ｆｉｇ３　Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ００１桂　林　工　学　院　学　报　　　　　　　　　　　　　　　２００３年图４　不同功率光源对降解率的影响Ｆｉｇ４　Ｅｆｆｅｃｔｓｏｆｒａｄｉａｔｉｏｎｐｏｗｅｒｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ１—光源功率３００Ｗ；２—光源功率５００Ｗ　　从图３，图４可以看出，在同一浓度下，液层的厚度对光解的影响不明显，只有一些轻微的下降；光源功率高有利于油类的降解．光源功率的增强，单位时间内的光子数增多，自然会加快油类的降解反应．３　结　论　　从上述实验结果可以看出，经紫外光处理后油的结构遭到破坏，说明紫外光能有效降解油类．其中油的浓度对降解影响最大，随浓度增加，降解率衰减很快．光解反应速度很快，３５ｍｉｎ左右就达平稳，降解率基本稳定于９８６％．高光源功率有利于油类的紫外光解．液层厚薄对光解影响不大．　　目前，光解油类的报道尚未发现，如果能做进一步的研究，可考虑加入ＴｉＯ２等光敏催化剂，使光解更高效、彻底、快速．参考文献：［１］陈责峰，杜铭华，戴和武，等．海洋浮油污染及处理技术［Ｊ］．环境保护，１９９７．１３（１）：１０－１３．［２］王忠贤．国外水面浮油污染处理介绍［Ｊ］．船舶，１９９４．９（２）：２６－３６．［３］姜义华，胡岗，葛葆圭，等．光催化分解对四环素溶液ＣＯＤ的影响［Ｊ］．太阳能学报，１９９４．１５（２）：１５３－１５６．［４］王相承，龚小平．活性染料Ｋ－２ＢＰ在环境水体中的光解反应［Ｊ］．环境污染与防治，１９９９．２１（５）：１２－１４．［５］张桂兰．染料废水在旋转式光催化反应器中的降解研究［Ｊ］．环境化学，１９９９．２０（３）：７９－８０．［６］南京大学环境科学与工程系，江苏省环境科学研究所，南京斯东柯电气设备有限公司．ＤＧＦ－１型多功能光化学反应仪的说明书［Ｚ］．１９９９．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｏｆｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｉｎｒｏｔａｔｉｎｇｐｈｏｔｏ－ｃｈｅｍｉｃａｌｒｅａｃｔｏｒＹＵＱｉａｏｌｉｎｇ，ＨＵＪｕｎｊｉｅ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＲｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎｉｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｏｉｌｉｎｗａｔｅｒ，ｔｉｍｅ，ｐｏｗｅｒｏｆｌｉｇｈｔｓｏｕｒｃｅａｎｄｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｏｎｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｉｌｉｎｗａｔｅｒ．Ｉｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｏｉｌｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｉｍｅ，ｒｅａｃｈｉｎｇ９８６％ａｒｏｕｎｄ３５ｍｉｎ．Ｉｎｉｔｉａｌｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｅｘｈｉｂｉｔｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｅｆｆｅｃｔｏｎｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｓｏｌｕｔｉｏｎｈａｓｓｌｉｇｈｔｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅａｎｄｓｔｒｏｎｇｌｉｇｈｔｐｏｗｅｒｉｓｆａｖｏｒａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｓｏ，ｔｈｅｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎｉｓａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｍｅｔｈｏｄｆｏｒｏｉｌｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｉｌｗａｔｅｒ；ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔｒａｄｉａｔｉｏｎ；ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｒａｔｅ１０１第２３卷　第１期　　　　　　　　于巧玲等：含油废水在旋转光化学反应器中降解实验研究