UV、UV/H2O2及UV/O3法去除饮用水中有机残留物的应用效果比较

张爱雷

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007）

UV、UV/H2O2及UV/O3法去除饮用水中有机残留物的应用效果比较

张爱雷

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007）

分别采用UV、UV/H2O2及UV/O3对饮用水进行深度氧化处理，考察水样中药物残留（复方新诺明及碘普罗胺）和燃油添加剂残留（MTBE及TAME）的消解情况。

UV；H2O2；O3；复方新诺明；碘普罗胺；MTBE；TAME

通常采用的水处理技术有曝气法、过滤法或活性炭吸附法等，但这不足以充分去除水中的有机残留物。

化学氧化法是一种很有前景的处理方法，如臭氧化处理可以使水体中大部分的有害物质顺利去除。为此，本文将围绕UV（紫外线）辐照法、UV/H2O2联用及UV/O3联用来处理药物复方新诺明、碘普罗胺及燃油添加剂MTBE（甲基叔丁基醚）和TAME（甲基叔丁戊醚）四种常见的有机污染物。

1 材料及方法

本研究采用的原料有燃油添加剂（德国Merck公司），药物原料复方新诺明（德国Sigma Aldrich公司），碘普罗胺（德国Promochem公司），所有原料均为分析纯级。上述各化合物均使用去离子水制备成1 g/L的原液，水质参数：

DOC为 0.83 mg/L、SAC254nm为 1.0 m-1、电导率为70.9 mS/m、pH 为 7.4、氮为 6mg/L、KS4.3为5.41mmol/L、KB8.2为 0.70mmol/L、铁为 ＜0.01mg/L、锰为 ＜0.005mg/L、溴化物为38μg/L。

MTBE及TAME将采用吹扫-捕集气质联用仪进行检定分析[1]；复方新诺明采用HPLC串联质谱仪进行定量分析[2]；试验中还将采用新型电感耦合等离子体质谱仪检测碘普罗胺[3]；过氧化氢浓度则采用钛盐光度法测定，质量标准采用国标GB1616-88[4]；臭氧气体由水解式臭氧发生器利用直流电解去离子水产生，臭氧浓度采用靛蓝二磺酸钠分光光度法（IDS）测定，检定标准符合GB/T 15437[5]，设备由德国欧赛环境设备公司提供。

2 结果与讨论

2.1 UV辐照法

UV辐照试验通过对水样进行光氧化处理以达到降解水中有机化合物的效果。从图1中可以看出饮用水水样在UV辐照试验中的水质变化情况。

图1 UV辐照条件下饮用水样中复方新诺明、碘普罗胺及MTBE/TAME的浓度衰减曲线

复方新诺明在本试验中的去除率几乎达到100%。碘普罗胺尽管有些残留，但其在试验前后的浓度变化也非常明显。虽然燃油添加剂MTBE和TAME没有显现出对UV光谱很好的吸收性，但是依然可以在试验中检定出轻微的浓度下降（23%～26%）。这很可能归功于紫外辐照过程中所产生的自由基，因为它们具有消解有机物的反应活性的作用。

2.2 深度氧化处理（UV/H2O2及UV/O3）

为了提高UV辐照处理过程中污染物的去除效率，在往水样中添加氧化剂过氧化氢H2O2或臭氧O3。将4 mg/L的H2O2加入反应物中之后发现对于消解反应的促进作用不甚明显（见图2），整个试验过程中过氧化物的浓度变化不大。这是由于短波长紫外线（＜200 nm）辐照条件下水分子发生均裂导致H2O2的重生。另外，H2O2对于紫外线的吸收效率取决于其浓度，试验所选浓度4 mg/L对于产生OH自由基有可能效率偏低。这也解释了为什么深度氧化过程中会存在较低的去除效率。

图2 UV辐照及UV/H2O2处理条件下水中各物质的浓度衰减曲线

UV/O3试验采用O3取代过氧化氢。本实验对于复方新诺明的降解未作研究，因为该物质经UV辐照处理已经被很快地消解。

相比H2O2，臭氧的消耗速率非常的快，在5 min内臭氧就几乎消解殆尽。急剧下降的浓度曲线表明由O3的光解反应导致了OH自由基的快速形成，同时自由基与MTBE及碘普罗胺发生反应。在整个试验过程中应当可以使用确定剂量的臭氧以达到有机物的完全转化。

2.3 溴酸盐及亚硝酸盐的形成

含有溴化物的天然水经过深度氧化处理之后会导致溴酸盐的产生。溴酸盐被认为是一种潜在的致癌物质，其饮用水水质标准中的浓度限制为10μg/L（参见2008年最新水质标准）。

在UV辐照法和UV/H2O2联合试验中未产生溴酸盐，这一点与预期的结果相同。但是，在所有批次UV/O3联合试验中，所形成的溴酸盐浓度均达到25～32μg/L，超出了日常饮用水的水质标准。

含有硝酸盐的天然水在UV辐照处理过程中会产生亚硝酸盐，在UV辐照及UV/H2O2联合处理试验中其浓度在0.06至0.21mg/L之间，部分超出0.1mg/L的国家饮用水标准。在臭氧参与处理的试验中，未检测到亚硝酸盐的存在，这是因为臭氧能够氧化辐照过程中产生的全部亚硝酸盐产物。

2.4 深度氧化处理过程的经济评估

质量因素单位电能消耗量（EE/O），是一个和处理过程无关的评估指标，它表示将1 m3水中的污染物浓度减少一个数量级所消耗的电能（kWh）。为了对比不同深度氧化处理的能耗，这里对EE/O指标进行计算。计算结果表明，在对实验所选有机物进行消解处理过程中，UV/O3联合法的EE/O指标最低，处理效率最高（见表1）。

表1 不同处理过程中EE/O参数值的比较

3 结论

3.1 UV/H2O2及UV/O3深度氧化处理可以用于水中有机残留物的降解去除，不同有机物的氧化去除效率高低顺序为：复方新诺明＞碘普罗胺＞TAME＞MTBE

3.2 所采用的这些方法中最为有效的处理方法就是UV/O3联合法，低浓度H2O2的应用效果不是很明显。

3.3 对燃油添加剂较为有效的深度氧化处理法是UV/H2O2或UV/O3结合法。

［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,钛盐光度法测定过氧化氢浓度[S].

［5］GB/T15437,靛蓝二磺酸钠分光光度法测定臭氧浓度[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