UV/H2O2高级氧化法去水中臭味物质范文

摘要:针对给水厂传统工艺难以有效处理高藻、高臭味原水的问题，采用中试探究了UV/H2O2高级氧化法对土臭素(GSM)和二甲基异冰片(2-MIB)这两种典型臭味物质的去除效能。结果表明，当H2O2剂量为6mg/L、UV功率为2．0kW、进水流量为2．9m3/h时，UV/H2O2系统对GSM和2-MIB的去除率最高可分别达到99．52%和99．26%，相应浓度均可降至5ng/L以下，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求;另外，对单位耗能参数(EEo)与H2O2投加剂量的关系进行拟合，发现该系统在去除水中臭味物质时能耗较低。

关键词:UV/H2O2高级氧化法;土臭素;二甲基异冰片;单位耗能参数(EEo)

随着我国工业化进程的加快，污废水排放量日益增加，部分饮用水水源不同程度地受到了污染，很多水体出现富营养化现象。大量繁殖的藻类在新陈代谢过程中会产生臭味化合物，使水体散发出鱼腥味、土霉味等难闻的气味。然而，城市给水厂的传统处理工艺对具有高藻、高臭味特征的原水难以有效处理，给生产生活造成了严重的影响［1］。为了有效去除水中的臭味物质，学者们进行了一系列研究，现有的除臭技术主要分为物理吸附、化学氧化、生物降解等［2～4］，这些技术各有优劣。近年来，高级氧化法作为一种新型的水处理技术而被广泛关注。相关研究表明，UV/H2O2高级氧化技术对大部分难降解有机物均有明显的去除效果，但目前针对该技术去除水中臭味物质的研究报道尚不多见。为此，笔者进行了UV/H2O2高级氧化技术深度去除水中土臭素(GSM)和二甲基异冰片(2-MIB)的中试研究，重点考察了流量、紫外线强度和H2O2投加量的影响，并对其能耗进行了评估。

1材料与方法

1.1试验进水及试剂中试进水

采用济南市玉清水厂的砂滤池出水，其pH值为8．0，硬度(以CaCO3计)为130mg/L，DOC为2．0mg/L，硝态氮为13．4mg/L，紫外线穿透率(UVT254)为92．2%。可知，进水的紫外线穿透率较高，表明UV光电子在溶液中的传递效率较高;另外，进水DOC含量较低，表明消耗•OH的有机物较少，即影响目标污染物去除效果的干扰较小。试验采用30%的H2O2溶液，H2O2含量约为330mg/mL;GSM和2-MIB为分析纯。2-MIB和GSM先溶于甲醇，配制成浓度为25mg/mL的溶液，再用水稀释到一定浓度，通过计量泵进行投加。

1.2工艺流程

中试处理流程见图1。H2O2和GSM、2-MIB分别通过计量泵注射入管路系统，经静态混合器充分混合后进入高级氧化反应器。反应过程中的流量测定由装置前端的流量计完成，反应前后所取样品均经过充分混合。高级氧化反应系统采用TrojanUV-PhoxTM8AL20设备，由8根低压高效汞灯组成，每根灯管的额定最大功率为250W，并且可以在60%～100%之间以2%的增量进行调节(即总功率可以在1．2～2．0kW之间调节)。

1.3试验方法

试验时，通入水流，开启紫外设备到所需剂量并预热15min，开启加药泵同时加入GSM和2-MIB以及H2O2，计时5倍HRT后，在紫外设备前后取样口同时取样，检测样品中GSM、2-MIB与H2O2的含量。其中，GSM和2-MIB采用固相萃取－气质联用法(SPE－GC/MS)测定，H2O2采用N，N－二乙基－对苯二胺(DPD)/过氧化物酶法测定。试验设置3因素变量，分别为进水流量Q、H2O2剂量CH和UV功率P。Q分别取3、5．5、8m3/h，CH分别取0、3、6、12mg/L，P分别取1．2和2．0kW。另外，设置CH、P均为零的对照组。

2结果与讨论

2.1进水流量对臭味物质去除效果的影响

在H2O2剂量为6mg/L、UV功率为2．0kW的条件下，考察进水流量对GSM和2-MIB去除效果的影响。结果表明，系统对两种目标污染物的去除率均随着进水流量的增大而降低。当进水流量为2．9m3/h(实测值，下同)时，GSM和2-MIB去除率分别为99．12%和98．20%;当进水流量增大到7．7m3/h时，二者的去除率分别降至95．78%和93．83%。在UV功率一定的情况下，进水流量的增大意味着分配到单位体积水的•OH减少，从而影响了•OH氧化GSM和2-MIB的反应速率与效果。从另一个角度来看，在反应器容积一定的情况下，增大进水流量相当于缩短了水力停留时间，这可能会导致部分目标污染物的反应时间较短，因而去除率不高。

2.2紫外剂量对臭味物质去除效果的影响

为考察UV剂量对GSM和2-MIB去除效果的影响，在UV功率为2．0和1．2kW的条件下分别选取了四组数据进行比较(无紫外光照射时，无去除效果)，结果如图2所示。1、2、3、4组的试验条件分别为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。从图2可以看出，当UV功率为2．0kW时，对GSM和2-MIB的去除率均高于UV功率为1．2kW时的，对GSM和2-MIB的去除率最大可分别达到99．52%和99．26%。在相同工况条件下，1．2kW功率下与2．0kW功率下GSM和2-MIB的去除率比值分别为0．69和0．65。表明在中试条件下，两种目标污染物的去除率随着紫外剂量的增加而增加。但考虑到成本问题，实际生产中不可能无限增大紫外剂量，而应在满足处理效果的要求下选择适当的紫外剂量，从而降低系统电耗。

2.3H2O2剂量对臭味物质去除效果的影响

在进水流量为5．5m3/h、UV功率为2．0kW的条件下，考察H2O2剂量对两种臭味物质去除效果的影响。结果表明，GSM与2-MIB的去除率随着H2O2剂量的增加呈先快后慢的上升趋势，不投加H2O2时，系统对GSM和2-MIB均无去除效果;随着H2O2剂量逐渐增加到10．74mg/L(此为实测值，与理论投加量略有差异)，二者去除率亦逐渐增大，分别达到了99．52%和99．26%，此时出水中的GSM与2-MIB含量均低于检测限(＜5ng/L)，满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求(GSM＜10ng/L，2-MIB＜10ng/L)。高级氧化反应中起主要作用的是•OH，H2O2浓度较低时，在一定强度紫外线照射下，•OH的生成量随着H2O2的增加而增加，对目标污染物的去除量随之增大。然而，随着目标污染物浓度不断降低，其与•OH的碰撞概率大大减小，相同的H2O2增量下目标污染物去除率的增长呈先快后慢的趋势。同时，H2O2本身也会造成•OH的淬灭，高浓度下随着H2O2的增加，•OH的产量会达到一个动态平衡［5］。

2.4UV/H2O2系统电耗分析

采用高级氧化法作为深度处理工艺必然会导致净水成本的增加，而电能在运行成本中占主要部分，因此有必要研究其耗电情况。参考国际纯粹和应用化学联合会(IUPAC)提出的适用于痕量污染物高级氧化过程的电耗评估方法进行分析［6］。单位耗能参数(EEo)是一个综合性评价参数，能较好地描述UV/H2O2系统的效率，其定义为处理一定体积的水使其达到规定的水平(目标污染物降低一个数量级或降低1-lg)所需要的电能。较低的EEo值表示UV/H2O2系统具有较高的效率，EEo可由下式计算： 中，C0和Ct分别代表进水和出水中目标污染物的浓度。图3为UV/H2O2系统去除GSM与2-MIB时EEo随H2O2剂量的变化规律。通过拟合得出去除GSM和2-MIB的EEo值与H2O2剂量的关系分别为:EEo(GSM)=1．157CH－0．782，R2=0．825;EEo(2-MIB)=1．549CH－0．839，R2=0．779。二者的EEo值与H2O2剂量具有强相关性，p值均小于0．001，拟合结果极显著。由图3可以看出，随着H2O2剂量的增大，EEo值呈先快后慢的降低趋势。当H2O2剂量＜5．0mg/L时，EEo值降低较快;当H2O2剂量在5．0～12．5mg/L时，EEo值降低较为缓慢;当H2O2剂量＞12．5mg/L后，EEo值基本稳定在0．2kW•h/(m3•order)左右。当H2O2剂量增加时，相同电耗下可产生更多的•OH进行目标污染物的氧化;另一方面，由于H2O2自身对•OH的淬灭作用，在大剂量H2O2条件下EEo的降低将进入平台期。实际生产过程中建议H2O2投加剂量取5～10mg/L，使出水中GSM和2-MIB的浓度满足饮用水标准要求即可。Daneshvar等人［7］的研究显示，采用UV/H2O2高级氧化法处理柠檬酸时，其EEo值在0．4～5．0kW•h/(m3•order)之间，由此认为本研究中的EEo值相对较低，高级氧化系统的效率较高。另外，本研究中进水GSM与2-MIB均经过加标处理，实际生产中进水负荷应该较低，且实际生产中反应器更接近理想推流状态，系统处理效率会进一步提高。

3结论

①在中试条件下，当H2O2和UV剂量一定时，GSM和2-MIB去除率随着进水流量的增大而降低;两种目标污染物的去除率与UV剂量呈正相关关系;随着H2O2剂量的增大，GSM和2-MIB去除率呈先快后慢的增大趋势，最大可分别达到99．52%和99．26%，此时出水中GSM和2-MIB的浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)的要求。②通过EEo值量化并评价整个系统的电耗情况，针对GSM和2-MIB两种目标污染物分别得出了EEo与H2O2剂量的数值表达关系，由此可对实际生产中H2O2的投加剂量进行预测。

参考文献:

［1］杨显峰．高藻水源地饮用水高级氧化除藻技术研究［J］．华中师范大学研究生学报，2015，22(2):174－178．

［2］黄惠燕，陈牧民，关心丽，等．新型除臭剂与活性炭联合投加去除水体异臭味［J］．中国给水排水，2007，23(2):83－85．

［3］王永京，杨凯，于建伟，等．饮用水处理中臭氧化副产物生成与控制研究［J］．水处理技术，2016，42(6):90－93，97．

［4］李浩，贾瑞宝，李世俊．济南玉清水厂强化常规处理工艺改造设计及运行分析［J］．中国给水排水，2012，28(14):90－93．

［5］高迎新，张昱，杨敏，等．Fe3+或Fe2+均相催化H2O2生成羟基自由基的规律［J］．环境科学，2006，27(2):305－309．

作者：王昊 单位：上海市政工程设计研究总院