H2O2催化氧化预处理微污染原水的试验研究

H2O2催化氧化预处理受污染源水影响因素的试验研究付亮1张杰2（1．广东省建筑设计研究院，广东广州，510010；2．湖南省水利水电勘测设计研究总院，湖南长沙，410007）摘要：利用静态批量试验研究H2O2催化氧化预处理受污染源水时，催化剂的种类及投量和H2O2的投量对处理效果的影响。试验结果表明：对本试验水源而言，水合MnO2的催化效果最好，其最佳投量为0.6～0.8mg/L，H2O2的最佳投量为10～15mg/L。关键词：H2O2受污染源水催化剂StudyontheEffectofPretreatmentwithPromotedOxidationofHydrogenPeroxideandCatalystforContaminatedRawWaterFuLing1ZhangJie2(1.TheArchitecturalDesign&ResearchInstituteofGuangdongProvince,Guangdong510010,China;2.HunanHydro&ProwerDesignInstitute,Changsha410007,China)Abstract:Thepapermainlyliesinusingbatchstatictesttoresearchontheeffectofpretreatmentwithpromotedoxidationofhydrogenperoxideandcatalystforcontaminatedrawwater,includingthetypeanddoseofcatalystanddoseofhydrogenperoxide.Theresultsofthisexperimentindicatedthat,accordingtothewaterofthistest,hydrationmanganesedioxideisthebestcatalystandthebestdoseisabout0.6～0.8mg/L,thebestdosageofH2O2isabout10～15mg/L.Keywords:Hydrogenperoxide;Contaminatedrawwater;Catalyst常规的水处理工艺主要是去除水中的泥沙（即除浊）和防止水传播疾病（即消毒）[1]。随着环境污染的日益严重，源水中有了更加复杂的杂质，如：芳香族化合物等有机污染物。用常规的水处理工艺对于这些复杂的有机物的去除效果甚微（根据国内外的实验研究和实际生产结果表明受污染原水用常规处理工艺对水中有机物的去除率为20~30%）[1]。这些没有被去除的有机物在水中的存在对人们的健康构成了巨大的潜在威胁。因此，有必要对常规水处理工艺进行补充和完善。高级化技术（AOPs）作为有效去除有机物的处理方法而逐渐被开发[2、3、4、5、6]。本试验就是研究H2O2催化氧化预处理微污染源水的效果，并以TOC和UV254作为主要的评价指标。1试验方法及仪器1.1试验仪器和药品试验的主要仪器：智能型混凝实验搅拌仪、紫外/可见分光光度计、浊度计、TOC测定仪试验所用药剂：分析纯FeSO4、分析纯FeCl3、分析纯MnSO4、分析纯KMnO4、50%H2O2（注：试验中用到的水合MnO2是用分析纯MnSO4和分析纯KMnO4按一定比例配制而成）1.2试验方法将取来的受污染较严重的水与水厂的入厂水按一定比例稀释成微污染水，在水池中静置2天后作为试验处理用水；然后把水放入智能型混凝实验搅拌仪的烧杯中，每个烧杯中放1升水。烧杯中投加一定量的PAC（聚合氯化铝），投加量按照南方某水厂的生产投加量投加为10mg/l，让搅拌仪在80r/min的转速下工作5分钟；之后向烧杯中投加H2O2和催化剂，让搅拌仪在50r/min的转速下工作15分钟。然后静置20分钟，取上层清液进行处理后的水质检测。2试验结果及分析试验水源取自南方某条河流污染比较严重的河段，在水池中静置2天后作为试验原水。试验原水浊度为4～6(NTU)，UV254为0.04～0.16%，TOC为2.3～2.5mg/l，PH值6.0～8.0，水温25～27℃。2.1催化剂种类的影响采用PAC＋H2O2＋催化剂处理工艺，在催化剂和H2O2投量都相同的条件下做对比试验。对于浊度、UV254和TOC的去除效果对比如图1所示。020406080100浊度去除率UV254去除率TOC去除率%用PAC＋过氧化氢＋硫酸亚铁处理用PAC＋过氧化氢＋氯化铁处理用PAC＋过氧化氢＋水合二氧化锰处理图1不同催化剂情况下的处理效果对比图从图1可见，在FeSO4、FeCl3和水合MnO2三种不同的催化剂催化作用下，PAC＋H2O2＋催化剂处理工艺对受污染源水的处理效果是由很大差别的。其中水合MnO2作为催化剂相对于FeCl3作为催化剂时，浊度和UV254的去除率都高出20％以上，TOC去除率也高出了10％以上。水合MnO2作为催化剂时对于源水中的浊度和有机物的去除效果都是最佳的，FeSO4效果次之，FeCl3效果最差。2.2催化剂和H2O2投加量的影响考虑到水合MnO2作为催化剂时的处理效果是最好的，而且也具有代表性。因此，在研究催化剂和H2O2的投量对试验效果的影响时，就以水合MnO2催化氧化为研究对象。催化剂为水合MnO2，在不同的水合MnO2和H2O2投加量时，H2O2催化氧化对TOC、UV254、浊度的处理效果分别如图2、图3、图4所示。051015202530036912151821过氧化氢投加量(mg/L)TOC去除率(%)水合二氧化锰投量0.4mg/l水合二氧化锰投量0.8mg/l水合二氧化锰投量1.2mg/l图2催化剂为水合MnO2时H2O2催化氧化对TOC的去除效果05101520253035404550036912151821过氧化氢投加量(mg/L)UV254去除率(%)水合二氧化锰投量0.4mg/l水合二氧化锰投量0.8mg/l水合二氧化锰投量1.2mg/l图3催化剂为水合MnO2时H2O2催化氧化对UV254的去除效果0102030405060708090036912151821过氧化氢投加量(mg/L)浊度去除率(%)水合二氧化锰投量0.4mg/l水合二氧化锰投量0.8mg/l水合二氧化锰投量1.2mg/l图4催化剂为水合MnO2时H2O2催化氧化对浊度的去除效果1)水合MnO2的投加量对预处理的影响对于有机物的去除效果，由图2和图3可见，随着水合MnO2的投加量的增加，TOC和UV254的去除率都是先增加，达到一定程度后减小。这是因为当水合MnO2的投加量增加以后，更有利于催化反应的进行，反应生成的OH·的量也会增加[7、8、9、10]。大量的OH·的共同存在将会引起OH·互相之间的反应，从而消耗掉部分的OH·，当这种彼此之间的反应消耗掉的OH·量大于由于水合MnO2的投加量增加而生成的OH·量时，处理效果将会比增加水合MnO2投加量之前差。当这种彼此之间的反应消耗掉的OH·量小于由于水合MnO2的投加量增加而生成的OH·量时，处理效果将会比增加水合MnO2投加量之前好。试验结果表明，水合MnO2的投加量在0.8mg/L左右比较合适。对于浊度的去除效果，从图4可看出，随着水合MnO2投加量的增加，浊度的去除率得到一定提高，当水合MnO2投加量大于0.8mg/L后，浊度去除率随着水合MnO2投加量的增加减少。这说明水合MnO2对于混凝有较好的促进作用，但是水合MnO2投加量过大时，混凝效果反而不如投加少量水合MnO2。由试验结果可见，对于浊度的去除而言，水合MnO2的投加量也是在0.8mg/L左右比较合理。2)H2O2的投加量对预处理的影响由图2和图3可见，随着H2O2投加量的增加，TOC的去除率不断提高。与只投加PAC的常规处理相比，TOC的去除率提高了约25%。当水合MnO2投加量为0.8mg/L时，H2O2投加量大于12mg/L后，UV254的去除率可达到40%以上，较只投加PAC的常规处理提高了20%以上。对于浊度的去除效果，从图4可看出，随着H2O2投加量的增加，浊度的去除率以比较稳定的速度增加。当H2O2投加量大于18mg/L时，浊度去除率达到80%以上，比只投加PAC的常规处理提高了40%以上。3结论①、H2O2催化氧化预处理工艺对受污染源水进行处理后，源水的浊度、UV254和TOC的去除效果都较好。②、就本试验所用水源而言，采用的三种催化剂对有机物和浊度的去除效果各不相同。水合MnO2最好，FeSO4次之，FeCl3最差。③、根据UV254的去除率远大于TOC的去除率这一试验结果可推知，H2O2催化预氧化工艺虽然能生成氧化能力非常强的OH·自由基，但也并不是把所有的有机物都氧化成无机物，而是把大部分的大分子有机物或芳香族有机物氧化成小分子有机物，这些小分子的有机物被混凝剂吸附沉降去除。④、对于本试验所用之源水，水合MnO2的最佳投量是0.6～0.8mg/L，H2O2的最佳投加量是10～15mg/L。参考文献［1］王占生,刘文君.微污染水源饮用水处理[M].北京:中国建筑工业出版社,1999，57－69.［2］孙贤波,赵庆祥,曹国民,周军.高级氧化法的特性及其应用[J].中国给水排水,2002,18(5):33-35.［3］刘冬莲,黄艳斌.·OH的形成机理及在水处理中的应用[J].环境科学与技术,2003,26(1):44-46.［4］钟理,严益群,吕扬效.高级氧化过程的研究与进展[J].现代化工,1997,17(12):16-19.［5］王琳,王宝贞.饮用水深度处理技术[M].北京:化学工业出版社,2001,104-110.［6］雷乐成,汪大翚.水处理高级氧化技术[M].北京:化学工业出版社,2001,16-25.［7］周克钊.过氧化氢预氧化技术试验研究[J].中国给水排水,1999,15(11):15-19.［8］鲁军,E.GILBERT,S.H.EBERLE.过氧化氢加Fe3+作催化剂处理含酚废水的研究[J].上海环境科学,1994,13(7):16-19.［9］DELAAT.J,GALLARD.H,ANCELIN.S,LEGUBE.B.ComparativestudyoftheoxidationofatrazineandacetonebyH2O2/UV,Fe(III)/UV,Fe(III)/H2O2/UVandFe(II)orFe(III)/H2O2[J].Chemosphere,1999,39(15):2693-2706.［10］LOPEZANTONIO,PAGANOMICHELE,VOLPEANGELA,CLAUDIODIPINTOAPPIO.Fenton’spre-treatmentofmaturelandfillleachate[J].Chemosphere,2004,54(7):1005-1010.通讯处：410007湖南长沙湖南省水利水电勘测设计研究总院E-mail:[e-mail]