浅析硫酸自由基在水处理中的化学特性

主要研究硫酸自由基(SO_4·~-)在处理水污染物中难降解有机物的反应机理,比较了硫酸自由基及羟基自由基氧化性,探讨了硫酸自由基与醇、烷烃、醚、酯等饱和有机物、含有不饱和双键的烯烃类化合物和芳香类及胺类化合物等不同有机物发生反应的反应速率常数,突出了硫酸自由基化学特性,对废水处理具有一定指导意义。     

不同高级氧化工艺处理焦化废水二级生化工艺出水研究

针对焦化废水二级生化处理工艺出水化学需氧量(COD)难以达标的问题,采用实际焦化废水,通过开展半连续实验室小试试验,对比研究了单独臭氧氧化、O_3/H_2O_2氧化和UV-Fenton氧化3种工艺深度处理焦化废水的效果,并对不同工艺出水的UV_(254)、BOD_5/COD、发光细菌毒性、三维荧光光谱进行分析,研究不同高级氧化工艺对出水水质的影响规律。结果表明:增加臭氧投加量和添加H_2O_2能显著提高焦化废水二级生化工艺出水中有机物的去除效果。进水COD为(200±10)mg/L、O_3投加量为30 mg/L时,反应120 min后单独臭氧氧化对COD的去除率仅为36%;而对于UV-Fenton氧化,进水COD为(200±10)mg/L、H_2O_2(30%)投加浓度为2 g/L、Fe~(2+)与H_2O_2摩尔比为1∶10时,COD的去除率为50%;单独臭氧氧化和UV-Fenton均不能满足排放标准。进水COD为(200±10)mg/L、O_3投加量为30 mg/L、H_2O_2(30%)投加浓度为2 g/L,反应120 min后COD去除率达到63%,O_3/H_2O_2氧化工艺出水COD达到74 mg/L,满足GB 16171—2012《炼焦化学工业污染物排放标准》的要求。3种工艺中,O_3/H_2O_2氧化的COD去除效果最好,这主要归因于O_3和H_2O_2协同产生强氧化性自由基,但当H_2O_2浓度过高时,体系中产生的·OH反而与H_2O_2反应,从而导致O_3/H_2O_2体系的氧化能力下降。3种工艺都能有效降低出水毒性,出水发光细菌急性毒性试验显示,单独O_3氧化、O_3/H_2O_2氧化处理15 min后,相对发光度分别上升到90%和87%,UV-Fenton氧化处理30 min后,出水的相对发光度上升到71.57%。与单独臭氧氧化和O_3/H_2O_2氧化工艺相比,UV-Fenton工艺处理出水急性毒性相对较高,可能与臭氧的消毒作用有关。3种工艺对废水可生化性的提高程度不明显,BOD_5/COD从0.02最大提升到0.1左右。UV_(254)和三维荧光光谱的对比分析表明,3种工艺对出水中芳香族化合物和荧光物质具有明显的分解作用。单独O_3氧化可优先降解废水中腐植酸类物质中的共轭双键结构,而O_3/H_2O_2氧化工艺对环状共轭污染物的氧化效果更显著。随着UV-Fenton氧化处理,焦化废水中大分子的类腐植酸以及紫外区类富里酸优先被氧化降解,最终转化为可见区类富里酸和类蛋白质,而类蛋白质和可见区类富里酸物质在出水中仍存在较高浓度,UV-Fenton氧化工艺对荧光物质去除能力最差。     

Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系氧化NO主要活性物质及自由基无效消耗路径

H_2O_2利用率低是Fe(Ⅱ)/H_2O_2氧化体系应用的瓶颈,自由基无效消耗是H_2O_2利用率低的主要原因之一。本文以烟气中NO氧化为技术背景,实验研究了Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系内H_2O_2及各种自由基在氧化NO中的作用及自由基无效消耗路径。结果表明:H_2O_2直接氧化NO能力很弱;虽然·OH及HO2·均可以氧化NO,但·OH的氧化作用大于HO2·。氧化NO同时,绝大多数·OH及HO2·通过两者的快速复合反应而无效消耗,严重影响了H_2O_2利用率。因此,使用Fe(Ⅱ)/H_2O_2体系降解污染物过程中,应尽量避免·OH及HO_2·两种自由基同时大量存在。     

过硫酸盐高级氧化技术处理有机废水的研究进展

过硫酸盐溶于水会生成过硫酸根离子(S_2O_8~(2-)),活化后会生成强氧化性的硫酸根自由基(SO_4~-·),在处理有机废水时可有效降解有机污染物,发展前景良好。本文介绍了热活化、光活化、过渡金属离子活化、零价铁活化、电化学还原、微电解活化等不同活化技术的国内外研究进展,主要涉及活化过硫酸盐的技术的反应机理和应用效果,并对新型过硫酸盐活化技术的发展进行了展望。     

臭氧技术处理印染废水研究进展

印染废水经二级处理后,其残余的污染物及色度仍会对环境造成很大影响。因此,高效处理技术的研发十分必要。臭氧在水中具有较高的氧化还原电位,能够降解并矿化部分有机污染物。臭氧氧化与其它水处理技术相结合产生氧化性更强的羟基自由基,能够快速、无选择性地降解有机物,是处理印染废水行之有效的方法。综述了几种高效、实用的臭氧处理技术:臭氧/紫外光法、臭氧/过氧化氢法、臭氧/活性炭法和臭氧/生物炭法。并指出了该技术在工程应用中存在的问题:反应器内泡沫的大量产生、沉淀物的生成以及臭氧对反应设备的腐蚀等。提出了开发不同处理工艺的有效组合是臭氧技术应用于印染废水处理中的研究和发展方向。     

超临界水处理造纸废水的分子动力学研究

利用Reax FF分子动力学研究了超临界水处理造纸废水的反应机理,以邻苯二甲酸二丁酯为模型化合物,通过构建6种体系,探究了温度、氧过量率及反应物初始浓度对反应的影响,分析了体系中自由基的产生过程,并追踪了模型化合物的超临界氧化及超临界气化降解机理。结果表明,提高温度、增加氧气量以及减小反应物浓度可增加污染物降解程度,同时氧气量和反应物浓度对产物分布有重要影响。体系中存在·OH,HO_2·,H·,O_2和H_2O2等,它们在污染物降解过程中具有重要作用。在超临界氧化体系中,HO_2·,O2及·OH是模型化合物开环和降解的关键,在超临界气化反应中,与模型化合物发生作用的是·OH及H_2O,攻击位点在苯环侧链。模拟结果对实验研究及该技术的工业化均有指导意义。     

臭氧/过一硫酸盐在磷酸盐缓冲液中降解阿特拉津实验研究

在磷酸盐缓冲液中考察不同条件下臭氧/过一硫酸盐(O_3/PMS)降解阿特拉津(ATZ)的效果并对其降解机理进行探讨。结果表明,在p H为8的磷酸盐缓冲液中,反应体系温度为20℃,PMS、O_3的浓度分别为10、20μmol/L时,O_3/PMS体系5 min即可将2.5μmol/L的ATZ全部降解完毕。O_3/PMS降解ATZ过程中,磷酸盐是一种优质的缓冲剂,对PMS有激发作用,且表现为酸性条件下激发效果优于碱性条件。无论在酸性还是碱性条件下,O_3/PMS降解ATZ过程中都以自由基氧化降解为主,O_3直接氧化降解比例为6%~7%,酸性条件下以SO_4~(·-)氧化降解占主导地位,中性条件下以HO~·和SO_4~(·-)共同氧化降解且以HO·氧化降解为主,碱性条件下以HO~·和SO_4~(·-)共同氧化降解,且HO·和SO_4~(·-)氧化降解比例接近1:1。     

高级氧化技术处理印染废水的研究进展

印染废水具有排放量大、可生化性低等特点,传统水处理工艺难以对其高效处理,并存在二次污染风险.高级氧化技术(Advanced Oxidation Process,AOPs)可原位产生强氧化性活性物质,快速氧化难降解有机污染物,在印染废水处理方面成效显著.羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4·-)是高级氧化体系常见的...     

树脂纳米零价铁催化过硫酸钠降解刚果红的研究

使用合成的树脂纳米零价铁(NZVI-resin)作为铁源,采用活化过硫酸钠(PDS)的方式产生具有强氧化性的硫酸根自由基,以偶氮染料刚果红(CR)为目标污染物,考察了硫酸根自由基对甲基橙的氧化降解行为。系统研究了温度、pH值、NZVI-resin加入量及过硫酸钠的浓度等因素对过硫酸钠氧化降解刚果红效率的影响,探讨了其降解动力学。结果表明:在pH=3.0、纳米零价铁用量为0.067 g·L-1、Na2S2O8的投加量为0.67 g·L-1的条件下,初始浓度为20 mg·L-1的刚果红溶液的降解率为84.59%;该降解反应符合准一级反应动力学方程。     

超声技术在降解药物活性化合物中的应用

超声降解技术是一种新型的氧化技术,该技术利用超声波的空化作用、声致自由基氧化和超临界水氧化强化污染物降解反应的进行,通过反应产生的强氧化性自由基——羟基自由基(·OH)对药物活性化合物进行羟基化、脱卤、去甲基化、脱羧、脱氨等作用,将其氧化成无毒害物质。从超声降解药物活性化合物的作用机理、主要影响因素及超声与其他水处理技术联用方面进行综合性阐述,并指出超声技术在今后大规模化应用中需解决的问题和发展方向。     

基于UV/H_2O_2和UV/PS工艺降解水体中磺胺吡啶研究

采用高级氧化技术-紫外/双氧水(UV/H_2O_2)和紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺降解磺胺吡啶(SPY)。研究表明,紫外与氧化剂(H_2O_2、PS)联用可显著提高去除率,其反应符合拟一级动力学模型。目标污染物磺胺吡啶的去除率在一定浓度内随着氧化剂H_2O_2和PS浓度升高而升高;磺胺吡啶初始浓度越大,反应速率越小;UV/H_2O_2工艺降解磺胺吡啶最大去除率发生在p H=3,而UV/PS工艺降解SPY在p H=11时去除率最大;Na Cl会抑制UV/H_2O_2和UV/PS工艺对目标污染物的降解,而适当的Na HCO_3可促进降解反应的进行;腐植酸对UV/PS工艺产生抑制作用,低浓度腐植酸(≤1 mmol/L)对UV/H_2O_2工艺则有促进作用。     

基于UV/H_2O_2和UV/PS工艺降解水体中磺胺吡啶研究

采用高级氧化技术-紫外/双氧水(UV/H_2O_2)和紫外/过硫酸盐(UV/PS)工艺降解磺胺吡啶(SPY)。研究表明,紫外与氧化剂(H_2O_2、PS)联用可显著提高去除率,其反应符合拟一级动力学模型。目标污染物磺胺吡啶的去除率在一定浓度内随着氧化剂H_2O_2和PS浓度升高而升高;磺胺吡啶初始浓度越大,反应速率越小;UV/H_2O_2工艺降解磺胺吡啶最大去除率发生在p H=3,而UV/PS工艺降解SPY在p H=11时去除率最大;Na Cl会抑制UV/H_2O_2和UV/PS工艺对目标污染物的降解,而适当的Na HCO_3可促进降解反应的进行;腐植酸对UV/PS工艺产生抑制作用,低浓度腐植酸(≤1 mmol/L)对UV/H_2O_2工艺则有促进作用。     

臭氧降解垃圾渗滤液中难降解的腐殖质

腐殖质是垃圾渗滤液中的主要污染物,而O_3氧化是一种有效的处理方法。对垃圾渗滤液中腐殖质进行提取与分离,结果表明腐殖质是垃圾渗滤液中主要的有机污染物,约占COD总量的70%。O_3能快速降解腐殖酸(HA)和富里酸(FA),去除率分别达到了58%和70%,但是溶液的TOC去除率较低。设计实验测定了O_3分子与HA和FA的表观速率常数,结果表明FA比HA更容易降解,并计算出了O_3分子氧化和·OH自由基氧化对腐殖质降解的贡献。     

白云鄂博矿石非均相Fenton氧化技术的研究

利用白云鄂博原矿和过氧化氢(H_2O_2)构成非均相Fenton体系产生的自由基氧化去除难降解有机污染物。考察了白云鄂博矿石投加量、pH和H_2O_2初始浓度对亚甲基蓝的催化氧化的影响。研究了亚甲基蓝(MB)在白云鄂博原矿-H_2O_2构成的非均相Fenton体系中的催化机理。结果表明,当白云鄂博矿石投加量1.2 g/L,pH=4.5,H_2O_2浓度1.06 mmol/L时,30 mg/L的亚甲基蓝去除率可达到97.33%,且亚甲基蓝的降解反应遵循准一级反应动力学。通过加入自由基捕获剂抗坏血酸、羟基自由基捕获剂甲醇和高价铁捕获剂N,N-二甲基亚砜证明了Fe3O4/改性沸石-H_2O_2体系的氧化物种为羟基自由基、过氧自由基和高价铁自由基。     

VUV/H_2O_2工艺对于水中新型有机污染物降解的技术研究进展

真空紫外/过氧化氢(VUV/H_2O_2)工艺作为高级氧化技术(AOPs)的新型工艺技术,由于其高效、简单、绿色等特征,近年来已成为水处理领域的研究热点。本文基于VUV/H_2O_2工艺的反应机理,介绍了该工艺常用反应器的设计,总结了该工艺对水中新型有机污染物的去除效能,降解机制以及降解过程中的相关影响因素,提出了该工艺应用范围前景,并进行了经济评价,为难降解工业废水的处理提供了技术参考。     

白云鄂博矿石非均相Fenton氧化技术的研究

利用白云鄂博原矿和过氧化氢(H_2O_2)构成非均相Fenton体系产生的自由基氧化去除难降解有机污染物。考察了白云鄂博矿石投加量、pH和H_2O_2初始浓度对亚甲基蓝的催化氧化的影响。研究了亚甲基蓝(MB)在白云鄂博原矿-H_2O_2构成的非均相Fenton体系中的催化机理。结果表明,当白云鄂博矿石投加量1.2 g/L,pH=4.5,H_2O_2浓度1.06 mmol/L时,30 mg/L的亚甲基蓝去除率可达到97.33%,且亚甲基蓝的降解反应遵循准一级反应动力学。通过加入自由基捕获剂抗坏血酸、羟基自由基捕获剂甲醇和高价铁捕获剂N,N-二甲基亚砜证明了Fe3O4/改性沸石-H_2O_2体系的氧化物种为羟基自由基、过氧自由基和高价铁自由基。     

磁性CoFe_2O_4催化PMS降解水体中磺胺甲基嘧啶的研究

针对普通工艺难以降解水中磺胺类抗生素现象,采用CoFe_2O_4/PMS工艺降解水中磺胺甲基嘧啶。磁性纳米铁酸钴(CoFe_2O_4)通过催化分解单过氧硫酸氢钾(PMS)产生具有强氧化性的硫酸自由基(·SO_4~-)降解水中磺胺甲基嘧啶,探讨了溶液中CoFe_2O_4浓度、PMS浓度、温度、反应物初始浓度、pH、无机阴离子和腐植酸浓度等影响因素。结果表明,降解过程符合拟一级动力学模型。一定范围内,CoFe_2O_4、PMS浓度越高,降解速率越快;温度对降解效果影响较大;反应物初始浓度与降解速率呈负相关;pH=9时降解速率最快;一定浓度的HCO_3~-促进磺胺甲基嘧啶的降解,Cl-则抑制其降解;腐植酸浓度越高,降解速率越慢。     

基于硫酸自由基的高级氧化技术及其在水处理中的应用

采用强氧化性硫酸自由基SO4来降解水中有机污染物,是近年发展起来的一种新型高级氧化技术.本文介绍了该技术产生的背景,阐述了自由基的产生机理以及与有机污染物的反应机理,对基于SO4的高级氧化技术在水中降解有机污染物的研究进行了综述,并展望了这种新型的高级氧化技术在水处理中的应用前景.     

多聚磷酸络合纳米铜降解罗明丹B研究

为增强纳米零价铜(nZVC)/H_2O_2体系在中性条件下的氧化能力,以罗明丹B(RhB)模拟染料废水为对象,对nZVC/H_2O_2/多聚磷酸(PPA)体系氧化降解RhB效果进行了研究。结果表明,反应60 min时,nZVC/H_2O_2体系中RhB的降解率为13.49%,nZVC/H_2O_2/PPA体系中RhB的降解率为89.29%;通过投加叔丁醇发现,体系中反应物种主要为HO~·;pH的改变对nZVC/H_2O_2/PPA体系氧化能力影响不大;同时,提高H_2O_2、PPA、nZVC投加量均会对RhB的降解起促进作用;降解反应遵循二级反应动力学。PPA的加入可以有效提升nZVC/H_2O_2体系在中性条件下的氧化能力,有效降解水中目标污染物。     

臭氧化降解给水系统中磺胺甲噁唑的试验研究

研究了臭氧对难降解的磺胺甲口唑(SMZ)的氧化效果,考察了pH、臭氧投加量、SMZ含量、自由基清除剂的去除对反应的影响,并对反应机理进行了初探.结果表明,在强碱性溶液中,O_3分解产生·OH,通过·OH的强氧化作用,质量浓度为200μg·L~(-1)的SMZ废水在臭氧投加量为4mg·L~(-1)条件下,去除率可达56.83%.臭氧氧化对SMZ有一定的降解作用,尤其在高pH条件下,·OH可将SMZ氧化生成相对分子质量较小的物质,主要是对氨基苯磺酰胺、NO_3~-以及有机酸.