UV、UV/H2O2及UV/O3法去除飲用水中有機殘留物的應(yīng)用效果比較

張愛雷

（江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇南京210007）

UV、UV/H2O2及UV/O3法去除飲用水中有機殘留物的應(yīng)用效果比較

張愛雷

（江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，江蘇南京210007）

分別采用UV、UV/H2O2及UV/O3對飲用水進行深度氧化處理，考察水樣中藥物殘留（復方新諾明及碘普羅胺）和燃油添加劑殘留（MTBE及TAME）的消解情況。

UV；H2O2；O3；復方新諾明；碘普羅胺；MTBE；TAME

通常采用的水處理技術(shù)有曝氣法、過濾法或活性炭吸附法等，但這不足以充分去除水中的有機殘留物。

化學氧化法是一種很有前景的處理方法，如臭氧化處理可以使水體中大部分的有害物質(zhì)順利去除。為此，本文將圍繞UV（紫外線）輻照法、UV/H2O2聯(lián)用及UV/O3聯(lián)用來處理藥物復方新諾明、碘普羅胺及燃油添加劑MTBE（甲基叔丁基醚）和TAME（甲基叔丁戊醚）四種常見的有機污染物。

1 材料及方法

本研究采用的原料有燃油添加劑（德國Merck公司），藥物原料復方新諾明（德國Sigma Aldrich公司），碘普羅胺（德國Promochem公司），所有原料均為分析純級。上述各化合物均使用去離子水制備成1 g/L的原液，水質(zhì)參數(shù)：

DOC為 0.83 mg/L、SAC254nm為 1.0 m-1、電導率為70.9 mS/m、pH 為 7.4、氮為 6mg/L、KS4.3為5.41mmol/L、KB8.2為 0.70mmol/L、鐵為 ＜0.01mg/L、錳為 ＜0.005mg/L、溴化物為38μg/L。

MTBE及TAME將采用吹掃-捕集氣質(zhì)聯(lián)用儀進行檢定分析[1]；復方新諾明采用HPLC串聯(lián)質(zhì)譜儀進行定量分析[2]；試驗中還將采用新型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測碘普羅胺[3]；過氧化氫濃度則采用鈦鹽光度法測定，質(zhì)量標準采用國標GB1616-88[4]；臭氧氣體由水解式臭氧發(fā)生器利用直流電解去離子水產(chǎn)生，臭氧濃度采用靛藍二磺酸鈉分光光度法（IDS）測定，檢定標準符合GB/T 15437[5]，設(shè)備由德國歐賽環(huán)境設(shè)備公司提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 UV輻照法

UV輻照試驗通過對水樣進行光氧化處理以達到降解水中有機化合物的效果。從圖1中可以看出飲用水水樣在UV輻照試驗中的水質(zhì)變化情況。

圖1 UV輻照條件下飲用水樣中復方新諾明、碘普羅胺及MTBE/TAME的濃度衰減曲線

復方新諾明在本試驗中的去除率幾乎達到100%。碘普羅胺盡管有些殘留，但其在試驗前后的濃度變化也非常明顯。雖然燃油添加劑MTBE和TAME沒有顯現(xiàn)出對UV光譜很好的吸收性，但是依然可以在試驗中檢定出輕微的濃度下降（23%～26%）。這很可能歸功于紫外輻照過程中所產(chǎn)生的自由基，因為它們具有消解有機物的反應(yīng)活性的作用。

2.2 深度氧化處理（UV/H2O2及UV/O3）

為了提高UV輻照處理過程中污染物的去除效率，在往水樣中添加氧化劑過氧化氫H2O2或臭氧O3。將4 mg/L的H2O2加入反應(yīng)物中之后發(fā)現(xiàn)對于消解反應(yīng)的促進作用不甚明顯（見圖2），整個試驗過程中過氧化物的濃度變化不大。這是由于短波長紫外線（＜200 nm）輻照條件下水分子發(fā)生均裂導致H2O2的重生。另外，H2O2對于紫外線的吸收效率取決于其濃度，試驗所選濃度4 mg/L對于產(chǎn)生OH自由基有可能效率偏低。這也解釋了為什么深度氧化過程中會存在較低的去除效率。

圖2 UV輻照及UV/H2O2處理條件下水中各物質(zhì)的濃度衰減曲線

UV/O3試驗采用O3取代過氧化氫。本實驗對于復方新諾明的降解未作研究，因為該物質(zhì)經(jīng)UV輻照處理已經(jīng)被很快地消解。

相比H2O2，臭氧的消耗速率非常的快，在5 min內(nèi)臭氧就幾乎消解殆盡。急劇下降的濃度曲線表明由O3的光解反應(yīng)導致了OH自由基的快速形成，同時自由基與MTBE及碘普羅胺發(fā)生反應(yīng)。在整個試驗過程中應(yīng)當可以使用確定劑量的臭氧以達到有機物的完全轉(zhuǎn)化。

2.3 溴酸鹽及亞硝酸鹽的形成

含有溴化物的天然水經(jīng)過深度氧化處理之后會導致溴酸鹽的產(chǎn)生。溴酸鹽被認為是一種潛在的致癌物質(zhì)，其飲用水水質(zhì)標準中的濃度限制為10μg/L（參見2008年最新水質(zhì)標準）。

在UV輻照法和UV/H2O2聯(lián)合試驗中未產(chǎn)生溴酸鹽，這一點與預期的結(jié)果相同。但是，在所有批次UV/O3聯(lián)合試驗中，所形成的溴酸鹽濃度均達到25～32μg/L，超出了日常飲用水的水質(zhì)標準。

含有硝酸鹽的天然水在UV輻照處理過程中會產(chǎn)生亞硝酸鹽，在UV輻照及UV/H2O2聯(lián)合處理試驗中其濃度在0.06至0.21mg/L之間，部分超出0.1mg/L的國家飲用水標準。在臭氧參與處理的試驗中，未檢測到亞硝酸鹽的存在，這是因為臭氧能夠氧化輻照過程中產(chǎn)生的全部亞硝酸鹽產(chǎn)物。

2.4 深度氧化處理過程的經(jīng)濟評估

質(zhì)量因素單位電能消耗量（EE/O），是一個和處理過程無關(guān)的評估指標，它表示將1 m3水中的污染物濃度減少一個數(shù)量級所消耗的電能（kWh）。為了對比不同深度氧化處理的能耗，這里對EE/O指標進行計算。計算結(jié)果表明，在對實驗所選有機物進行消解處理過程中，UV/O3聯(lián)合法的EE/O指標最低，處理效率最高（見表1）。

表1 不同處理過程中EE/O參數(shù)值的比較

3 結(jié)論

3.1 UV/H2O2及UV/O3深度氧化處理可以用于水中有機殘留物的降解去除，不同有機物的氧化去除效率高低順序為：復方新諾明＞碘普羅胺＞TAME＞MTBE

3.2 所采用的這些方法中最為有效的處理方法就是UV/O3聯(lián)合法，低濃度H2O2的應(yīng)用效果不是很明顯。

3.3 對燃油添加劑較為有效的深度氧化處理法是UV/H2O2或UV/O3結(jié)合法。

［1］Klinger J,Stieler C,Sacher F,Brauch H-J.MTBE(methyl tertiary-butyl et her)in groundwaters:monitoring results from Germany [J].Journal of Environmental Monitoring 2002（4）276-279.

［2］Sacher F,Lange FT,Brauch H-J,Blankenhorn I.Pharmaceuticals in groundwaters-analytical methods and results of a monitoring program in Baden-Wuerttemburg,Germany [J].Journalof ChromatographyA2001;938:199-210.

［3］Sacher F,Raue B,Brauch H-J:Analysis ofiodinated X-raycontrast agents in water samples by ion chromatography und inductively-coupled plasma mass spectrometry [J].Journal of ChromatographyA,1085 2005,117-123.

［4］GB1616-88,鈦鹽光度法測定過氧化氫濃度[S].

［5］GB/T15437,靛藍二磺酸鈉分光光度法測定臭氧濃度[S].

Comparison of the efficiency for the removal of persistent organic pollutants from drinking water during UV irradiation with UV/H2O2and UV/O3process

ZHANG Ai-lei
(Jiangsu Supervising&Testing Research Institute for Product Quality,Nanjing Jiangsu 210007,China)

Comparison of the concentration decline of sulfamethoxazole,iopromide and MTBE/TAME in drinking water during UV-irradiation with UV/H2O2and UV/O3-process.

UV;H2O2;O3;sulfamethoxazole;iopromide;MTBE;TAME

10.3969/j.issn.1008-1267.2010.06.022

TQ085+41

A

1008-1267（2010）06-057-03

2010-09-07