臭氧/紫外-活性炭工藝去除水源水中莠去津的效能研究

戰(zhàn) 友,羅海斌,付 麗,李立欣*

(1.黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022；2.哈爾濱石油學(xué)院化學(xué)工程系，黑龍江哈爾濱 150027)

?

臭氧/紫外-活性炭工藝去除水源水中莠去津的效能研究

戰(zhàn) 友1,羅海斌2,付 麗1,李立欣1*

(1.黑龍江科技大學(xué)環(huán)境與化工學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150022；2.哈爾濱石油學(xué)院化學(xué)工程系，黑龍江哈爾濱 150027)

莠去津(atrazine,AT)又名阿特拉津，是一類(lèi)三氮苯系農(nóng)藥[1]，大部分用作除草劑。莠去津有C-Cl鍵，在O3氧化作用下易發(fā)生斷裂。由于莠去津在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上被廣泛應(yīng)用，導(dǎo)致水體中莠去津的含量也隨之增加，造成水體污染，成為給水處理所面臨的十分棘手的問(wèn)題。農(nóng)藥具有高度的穩(wěn)定性，難于被生物降解，也難于被藥劑氧化。高級(jí)氧化是近年發(fā)展起來(lái)的一種新型除污染技術(shù)，利用在氧化過(guò)程中產(chǎn)生的具有很強(qiáng)氧化能力的自由基強(qiáng)化分解水中的高穩(wěn)定性有機(jī)污染物，是一類(lèi)很有發(fā)展前途的除污染技術(shù)[2-4]。

高級(jí)氧化技術(shù)的定義在1987年被首先提出，即以反應(yīng)中產(chǎn)生的羥基自由基(·OH)為主要氧化劑，氧化分解和礦化水中的有機(jī)污染物的氧化方法[5]。高級(jí)氧化也被稱(chēng)為深度氧化，與傳統(tǒng)的氧化技術(shù)相比，高級(jí)氧化技術(shù)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)[6]：①在反應(yīng)過(guò)程中可以產(chǎn)生大量自由基，且具有強(qiáng)氧化性；②反應(yīng)速度快；③適用范圍廣，具有較高氧化電位的自由基幾乎可將所有有機(jī)物氧化直至完全分解；④反應(yīng)條件溫和；⑤可以誘發(fā)鏈反應(yīng)；⑥可以與其他的水處理技術(shù)聯(lián)用；⑦易操作和管理。

通過(guò)考察臭氧氧化與活性炭組合工藝、紫外消毒與活性炭組合工藝、臭氧/紫外與活性炭組合工藝這3種處理方法對(duì)松花江哈爾濱段江水中的莠去津處理效能，不僅可以源頭上消除及降低飲用水中的莠去津潛在危害，還可以為工程上開(kāi)展去除水源水中莠去津提供技術(shù)支持。

1試驗(yàn)材料與方法

1.1試驗(yàn)用水及水質(zhì)試驗(yàn)用水取自黑龍江科技大學(xué)主校區(qū)旁的松花江水。莠去津濃度在0.341~0.556 μg/L之間。

1.2裝置和試驗(yàn)分析方法

1.2.1裝置。該試驗(yàn)裝置主要由三部分組成，分別是常規(guī)處理部分、高級(jí)氧化部分和活性炭降解部分，能夠?qū)崿F(xiàn)提高出水水質(zhì)以及各個(gè)工藝部分之間的正常運(yùn)行。常規(guī)處理工藝進(jìn)水為3 m3/h，高級(jí)氧化工藝與活性炭降解工藝進(jìn)水為1.5 m3/h，水力停留時(shí)間為23 min。試驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

松花江水通過(guò)江水泵以流量3 t/h打入混凝水箱和二級(jí)過(guò)濾罐，濾后水以1.5 t/h的流量進(jìn)入兩組并聯(lián)的高級(jí)氧化反應(yīng)器(450 mm×400 mm×2 800 mm)，最后將處理后的水用消毒后的取樣瓶取樣帶回實(shí)驗(yàn)室分析。

1.2.2試驗(yàn)分析方法。采用《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 農(nóng)藥指標(biāo)》(GB/T 5750.9-2006)[7-10]。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除效果在溫度16 ℃、pH=7.6、水力停留時(shí)間為20 min的條件下，以對(duì)松花江水中莠去津的去除效果為依據(jù)，通過(guò)觀(guān)察不同O3投加量對(duì)水質(zhì)處理效果，來(lái)最終確定系統(tǒng)的O3投加濃度為3.9 mg/L。

O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除效果見(jiàn)圖2，O3工藝與O3-活性炭工藝對(duì)莠去津處理效率對(duì)比見(jiàn)圖3。由圖3可知，O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比單獨(dú)O3工藝要提高約40%，O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為58.7%；由圖2看出，原水莠去津濃度在0.341~0.556 μg/L，經(jīng)O3-活性炭工藝處理后莠去津濃度在0.146~0.223 μg/L，出水中莠去津的平均濃度為0.183 μg/L。

2.2UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除效果在溫度16 ℃、pH=7.6、水力停留時(shí)間為20 min的條件下，在UV-活性炭工藝中，要先確定適當(dāng)?shù)淖贤夤庹諒?qiáng)度。試驗(yàn)以對(duì)松花江水中莠去津的去除效果為主要依據(jù)，通過(guò)觀(guān)察不同的紫外光照強(qiáng)度對(duì)水質(zhì)處理效果，最終確定系統(tǒng)的光照強(qiáng)度為4 712 μW/cm2(38盞)進(jìn)行試驗(yàn)。

由圖4可知，原水中莠去津濃度在0.341~0.556 μg/L之間，經(jīng)UV-活性炭工藝處理后，水中的莠去津濃度在0.139~0.217 μg/L之間；由圖5可知，UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比單獨(dú)UV工藝提高了約40%，UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為59.9%。

2.3O3/UV-活性炭對(duì)莠去津的去除效果在溫度16 ℃、pH=7.6、水力停留時(shí)間為20 min的條件下，在O3/UV-活性炭工藝中，要先確定適當(dāng)?shù)淖贤夤庹諒?qiáng)度。試驗(yàn)以對(duì)松花江水中莠去津的去除效果為主要依據(jù)，通過(guò)觀(guān)察不同的紫外光照強(qiáng)度對(duì)水質(zhì)處理效果，最終確定O3/UV組合工藝的O3投加量為3.9 mg/L，光照強(qiáng)度為4 340 μW/cm2(35盞)。

由圖6可知，原水莠去津濃度在0.341~0.556 μg/L之間，經(jīng)O3/UV-活性炭工藝處理后水中的莠去津濃度在0.024~0.042 μg/L之間；由圖7可知，O3/UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比O3/UV工藝要提高約50%，經(jīng)計(jì)算O3/UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為92.5%。

3結(jié)論

(1)O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比單獨(dú)O3工藝要提高約40%，O3-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為58.7%。

(2)UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比單獨(dú)UV工藝提高了約40%，UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為59.9%。

(3)O3/UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的去除率比O3/UV工藝要提高約50%，經(jīng)計(jì)算O3/UV-活性炭工藝對(duì)莠去津的平均去除率為92.5%。

(4)3種高級(jí)氧化技術(shù)都對(duì)松花江水中莠去津有一定的處理效果，O3/UV-活性炭工藝﹥UV-活性炭工藝﹥O3-活性炭工藝，且與活性炭聯(lián)用技術(shù)都比單獨(dú)工藝效果要好。經(jīng)O3/UV-活性炭工藝處理后，水中的莠去津濃度在0.024~0.042 μg/L之間。

參考文獻(xiàn)

[1] 鄭磊,張依章,張遠(yuǎn),等.太子河流域莠去津的空間分布及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].環(huán)境科學(xué),2014,35(4):1263-1270.

[2] BERGER P,KARPEL N,LEITNER V,et al.Ozone and hydroxyl radicals induced oxidation of glycine[J].Water research,1999,33(2):43-44.

[3] 劉超,強(qiáng)志民,張濤,等.光紫外光和基于紫外光的高級(jí)氧化工藝降解農(nóng)藥的研究進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,31(2):225-235.

[4] 聶冬，金明姬，董微巍，等.高級(jí)氧化法在水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用研究[J].延邊大學(xué)農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2014(2)：179-185.

[5] 羅海斌,戰(zhàn)友,任廣萌,等.高級(jí)氧化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].河南化工,2013,30(12):24-26.

[6] 黃洪勛，孫亞全，陳明發(fā).高級(jí)氧化技術(shù)在水處理中的應(yīng)用[J].黑龍江環(huán)境通報(bào),2012,36(3):60-63.

[7] 孫中華,蘇代群,肖長(zhǎng)文,等.固相萃取-高效液相色譜法測(cè)定玉米中莠去津[J].種子世界,2012(2):29-30.

[8] 史偉,李香菊,張宏軍.除草劑莠去津?qū)Νh(huán)境的污染及治理[J].農(nóng)藥科學(xué)與管理,2009,30(8):30-33.

[9] 趙麗紅,梅向陽(yáng),徐文婷.水中莠去津的檢測(cè)方法與處理技術(shù)研究[J].工業(yè)安全與環(huán)保,2008,34(5):31-32.

[10] 欒燕,湯先偉,王瞡,等.環(huán)境樣品中乙草胺和莠去津的氣相色譜-質(zhì)譜測(cè)定法[J].環(huán)境與健康雜志,2005,22(4):294-295.

摘要為了考察高級(jí)氧化技術(shù)對(duì)水中莠去津處理效果，分別通過(guò)臭氧(O3)氧化與活性炭組合工藝、紫外(UV)消毒與活性炭組合工藝、臭氧-紫外與活性炭組合工藝這3種處理方法對(duì)松花江哈爾濱段江水中的莠去津處理效果進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明，莠去津去除效果O3/UV-活性炭工藝﹥UV-活性炭工藝﹥O3-活性炭工藝，且與活性炭聯(lián)用技術(shù)都比單獨(dú)工藝效果要好，經(jīng)O3/UV-活性炭工藝處理后出水中莠去津的平均濃度為0.033 μg/L。

關(guān)鍵詞水處理；莠去津；高級(jí)氧化；活性炭

Efficiency Study on Removal of Atrazine in Source Water by Ozone/UV-Activated Carbon Filler Technique

ZHAN You1, LUO Hai-bin2, FU Li1, LI Li-xin1*(1. Environmental and Chemistry Engineering College, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin, Heilongjiang 150022; 2. Department of Chemical Engineering, Harbin Institute of Petroleum, Harbin, Heilongjiang 150027)

AbstractAdvanced oxidation processes are widely used technology in water treatment field. The treatment effects of atrazine in Songhua River by combined processes of ozone-activated carbon, ultraviolet light-activated carbon and ozone-ultraviolet light-activated carbon were discussed in this paper. Results show that the treatment performance of atrazine by ozone-ultraviolet light-activated carbon is the best. And those by ultraviolet light-activated carbon and by ozone-activated carbon are the second and the third, respectively. The average concentration of atrazine in effluent is 0.033 μg/L by combined process of ozone-ultraviolet light-activated carbon.

Key wordsWater treatment; Atrazine; Advanced oxidation processes; Activated carbon

收稿日期2015-10-14

通訊作者

作者簡(jiǎn)介戰(zhàn)友(1968-)，男，黑龍江哈爾濱人，教授，從事環(huán)境管理及水處理技術(shù)研究。*，講師，博士，從事水處理技術(shù)研究。

基金項(xiàng)目黑龍江省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(12541701)。

中圖分類(lèi)號(hào)S 181.3；X 522

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611(2015)32-123-03