紫外光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)污染物的研究動態(tài)

1、紫外光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)污染物的研究動態(tài)環(huán)境工程1998年6月第16卷第3期紫外光催化氧化技術(shù)處理有機(jī)污染物的研究動態(tài)蘭生平_絲生(中國石油天然氣總公司環(huán)境監(jiān)測總站.河北廊坊065007)7口).7摘要主要介紹了北美先進(jìn)的紫外光催化氧化技術(shù)對有機(jī)廢水,廢氣的處理研究與應(yīng)用,茼要舟紹三種類型光催化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu).訪技術(shù)在國外處于研究階段,預(yù)期應(yīng)用前景很好,尤其適用于電力充沛地區(qū)有機(jī)廢水,廢氣的處理.具有應(yīng)用方便,處理效果好,投資費(fèi)用低等特點(diǎn).關(guān)鍵詞墜絲越砒,1引言高濃度有機(jī)廢水的處理是一項(xiàng)難度較大的工作.為有效地解決有機(jī)廢水造成的污染問題,國內(nèi)外都在致力于新技術(shù)的研究與開發(fā).目前,在北美洲,以加

2、拿大為核心的先進(jìn)氧化技術(shù)的應(yīng)用研究正在蓬勃興起,為有機(jī)廢水處理技術(shù)的研究開拓了一個新的研究方向.其中紫外光催化氧化技術(shù)的研究格外引人注目.當(dāng)前的一系列研究表明這項(xiàng)新技術(shù)具有新穎性,高效性,與現(xiàn)有有機(jī)廢物多采用的焚燒處理法相比較,投資少,如配合生物處理法,可以解決大多數(shù)有機(jī)物造成的污染問題,具有很好的應(yīng)用前景.當(dāng)前生物技術(shù)被認(rèn)為是處理有機(jī)污染物應(yīng)用前景最好的方法,但對許多有機(jī)化合物作用不大,如對微生物有毒害作用,對微生物降解有抵制或抑制作用,影響微生物降解,從而影響有機(jī)廢水的綜合處理效果,難以滿足廢水達(dá)標(biāo)排放的要求.這種紫外光催化氧化技術(shù)對有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的破壞作用,使長鏈分子變成短鏈分子

3、(一些有機(jī)物甚至最終能被分解成二氧化碳和水),從而增強(qiáng)了微生物對有機(jī)污染物的降解性能,有效地提高了對有機(jī)污染物的處理效率.,2紫外光催化氧化作用機(jī)理2.1光催化作用機(jī)理催化劑在紫外光的作用下,吸收254400nm波長范圍的較長波長紫外光后產(chǎn)生羥基,然后羥基在催化劑表面通過強(qiáng)氧化作用分解有機(jī)物,這種光催化劑一般是二氧化鈦,可以固定在固態(tài)物質(zhì)表面,也可以糊狀形式參與反應(yīng).(1)產(chǎn)生羥基的一般反應(yīng)過程如下:n02+hve+hh+OH一一oH'h+H2OOH?+He西+02Of20f+2H一H202+02H202+ecB一一OH?+OH02+一OH?+OH一+02(2)二氧化鈦(Tioz)作催

4、化劑的特點(diǎn):a.具有無毒,不溶解性.穩(wěn)定性好,而且廉價(jià);b.銳鈦礦結(jié)晶形式具有光活性,金紅石不具有光活性;c.可吸收400rim以下紫外光,產(chǎn)生羥基.'習(xí)蟛】囂一環(huán)境工程1998年6月第l6卷第3期2.2強(qiáng)氧化荊的氧化電位比較幾種強(qiáng)氧化劑的氧化電位由大到小順序>OH?>O3>H2Oz>HO2?>MnO4一>HCIO>C12>Cr2O7>C102從排列順序可以看出羥基具有很高的氧化電位,是一種強(qiáng)氧化基團(tuán).2.3典型羥基自由基反應(yīng)簡式(1)除氫反應(yīng)(以甲醇分解反應(yīng)為

5、倒):O刪CH3OH?OH一-CH2OH:-HCHO旦H擊Hc0+o(2)加成反應(yīng)(以苯與羥基的反應(yīng)為例):l.O從上面兩個反應(yīng)式可以看出,光催化作用下的有機(jī)物降解的一般模式為:有機(jī)污染物一醛類一羧酸類一二氧化碳和水苯在氧化作用的詳細(xì)降懈過程:苯一苯酚一兒茶酚一三羥基苯一粘康醛氫醍粘康酸乙二醛,馬來醛一甲酸一c和水乙二酸,馬來酸3光倦化反應(yīng)器的研制3.1Matrix光反應(yīng)器該反應(yīng)器由Nutech環(huán)境公司研制,是紫外光催化反應(yīng)器的第一個商品產(chǎn)品.該反應(yīng)器缺點(diǎn)是壓降高,燈的密封和壁溫控制還需要改進(jìn),燈接受電子的能力隨長度增加而減小.該反應(yīng)系統(tǒng)曾在土壤氣提廢氣的處理應(yīng)用上獲得較好效果.3.2平板反應(yīng)

6、器該反應(yīng)器由加拿大Waterloo大學(xué)設(shè)計(jì).該產(chǎn)品具有使用價(jià)值,但反應(yīng)器還不是最優(yōu)化設(shè)計(jì),在使用效率,規(guī)模,實(shí)際應(yīng)用上存在許多問題,還有待于進(jìn)一步研究.圖1Matrix光反應(yīng)器幽2平板光廈應(yīng)器不惹I芏f3.3流化床光反應(yīng)器該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)與其它工業(yè)流化床所不同的是,該反應(yīng)器在流化床中安裝了管形紫外燈,并且在流化床中的砂粒表面涂上了一層二氧化鈦,厚約0.1-0.3mm(圖3).該反應(yīng)器還需改進(jìn)方面:紫外光的均勻分布,流化條件及二氧化鈦的固定方法.經(jīng)試驗(yàn),表明酚類吸附在未涂TiCk的砂粒表面比平板反應(yīng)器降解效率低.3.4光反應(yīng)器的要求(1)一般性:應(yīng)具有可測量性,良好固一液間傳質(zhì),最小壓降;(2)紫外

7、燈:a.紫外燈發(fā)射強(qiáng)度高,電絕緣性好,燈的結(jié)構(gòu)形狀設(shè)計(jì)應(yīng)合理,操作中對燈的沖擊要小,滿足溫度的要求及更換方便.b.從低投資費(fèi)用和燈效率來看,使用棕黃色的燈效果較好.環(huán)境工程1998年6月第16卷第3期4對生物降解有抵制或抑制作用的化學(xué)合成物質(zhì)的分解研究以間二硝基苯的紫外光催化降解為例,間二硝基苯光催化降解反應(yīng)曲線(圖4).初始濃度20mg/mL,pH值為3.9.圖3流化床光反應(yīng)器射時rain圖4間二硝基本光催|匕降解廈應(yīng)曲線試驗(yàn)表明,二苯胺和間二酚等有機(jī)物的光催化降解反應(yīng)情況與間二硝基苯類似.從上述有機(jī)物的分解曲線可以看到,隨著紫外燈照射時間的增加,有機(jī)物濃度,總有機(jī)碳含量及各種物質(zhì)中碳含量都

8、有不同程度的降低,從曲線的延伸趨勢看,在一定時間內(nèi),該有機(jī)物最終能夠被分解掉.5結(jié)論(1)紫外光催化作用對有機(jī)物具有很強(qiáng)降解能力,處理效果好.試驗(yàn)表明,在一定時間內(nèi),可以把間二硝基苯,二苯胺和間二酚等有機(jī)物最終分解成二氧化碳和水,充分說明這項(xiàng)技術(shù)適用于有機(jī)廢水,廢氣等污染物的處理;(2)應(yīng)用光催化處理,可以改善含間二硝基苯,二苯胺和問二酚等有機(jī)物的生物降解性能;(3)光催化技術(shù)處理有機(jī)廢水,廢氣不需要加化學(xué)藥劑,減少操作步驟,容易實(shí)現(xiàn)自動化控制;(4)該項(xiàng)技術(shù)在燈的結(jié)構(gòu)與形狀設(shè)計(jì)及配套工藝的設(shè)計(jì)上需要繼續(xù)深入研究,在滿足經(jīng)濟(jì)可行條件下充分實(shí)現(xiàn)紫外燈光的高效率應(yīng)用.參考文獻(xiàn)1w.HGbze.AnOverviewofAdvancedOdatonPmcses.Che衄OxidationTechnology.