雾化-多相协同臭氧氧化处理硝基苯废水的研究

段海霞

（沈阳理工大学辽宁沈阳110168）

雾化-多相协同臭氧氧化处理硝基苯废水的研究

段海霞

（沈阳理工大学辽宁沈阳110168）

采用自制装置对硝基苯进行降解研究。通过对自制装置中工艺的优选和对臭氧利用率的研究表明，该工艺处理硝基苯废水具有协同效应。臭氧利用率为93.1%，硝基苯降解效率达到95.6%。体系中残存少量H2O2，体系对硝基苯的氧化以羟基自由基为主。

雾化；臭氧；紫外光；活性炭

利用臭氧降解难降解有机废水的方法，提高这有机污染物的降解效果和利用剩余臭氧是制约该项技术推广应用的关键问题。论文将前期处理后的硝基苯废水打成雾状，利用装置（申请专利）的上层空间，将装置中剩余臭氧和含硝基苯液滴充分混合，在紫外光照射下对硝基苯进行降解。

1 工艺流程

图1 实验装置流程图

2 臭氧利用率的比较

臭氧利用率决定了对有机物降解效率的高低，也决定了废水处理费用。本节实验主要考察雾化体系和非雾化体系下不同降解硝基苯工艺臭氧利用率，见图2。

从图2可以看出，雾化体系下不同组合工艺的臭氧利用率要高于非雾化体系下相应组合的臭氧利用率。即雾化这一条件的加入提高了臭氧利用率。无论是雾化或非雾化条件下，按照降解过程中臭氧利用率由小到大的排列顺序都是：O3法

图2 不同降解硝基苯工艺的臭氧利用率比较

3 降解硝基苯工艺方法优选及协同效应分析

为了研究雾化及降解工艺方法对硝基苯降解效率的影响，实验设计了几种组合方法来考察对硝基苯降解的影响，结果见图3。

图3 雾化条件下不同组合对硝基苯去除率的影响

从图3可以看出，雾化-O3/UV法对硝基苯的去除率比单独雾化-UV法和单独雾化-O3对硝基苯的去除率的加和高12.6%，雾化-O3/GAC/UV法硝基苯的去除率达到了93.1%。该方法已经具有了明显的协同效应，硝基苯去除率显著提高。这是因为，臭氧先和底部的活性炭共同降解硝基苯，随着反应进行，将反应后的水样雾化通过喷嘴喷出，雾化使得硝基苯废水的面积被增大数万倍，提高了臭氧和硝基苯的接触表面积，臭氧在紫外光的协同作用下产生羟基自由基降解硝基苯。活性炭在臭氧的作用下，促进臭氧产生某种中间物质，引发臭氧分解生成·OH等自由基降解硝基苯。

4 降解过程中过氧化氢的测定

雾化-多相协同臭氧氧化工艺中是否有过氧化氢产生，对确定硝基苯降解机理具有一定的验证性。POD/DPD方法可以测得较低浓度的过氧化氢含量，结果见图4。

图4 溶液剩余过氧化氢浓度的测定

从图4可以看出，在降解硝基苯反应的前20min，溶液中H2O2的浓度增加，随后H2O2浓度缓慢降低，反应后仍残存一定量的H2O2。反应前20min过氧化氢浓度增加，考虑可能在反应初期臭氧和活性炭表面的基团反应，生成了过氧化氢。反应后期，消耗了过氧化氢。体系中H2O2的产生主要来自三方面因素：（1）气相溶解到液滴中的臭氧在紫外光的作用下产生H2O2降落回溶液中；（2）液相中活性炭和氢氧根引发臭氧生成H2O2；（3）体系中的羟基自由基及各种中间自由基彼此碰撞淬灭形成了H2O2。

5 羟基自由基抑制剂的影响

为了考察体系中是否有羟基自由基的存在，采用叔丁醇（TBA）来验证。叔丁醇]作为自由基抑制剂的原理[4-5]是：（1）·OH脱取叔丁醇的-CH3基上的一个氢原子生成H2O，这个反应途径占了主导地位；（2）·OH脱取叔丁醇的-OH基上的H原子生成· (CH3)CO和H2O，此后叔丁醇基又迅速分解裂变为·CH3和(CH3) 2C=O，该反应仅占整个反应过程的5%。实验结果见图5所示。

图5 叔丁醇对硝基苯去除率的影响

从图5可以看出，随着叔丁醇浓度由0mg.L-1增加到60mg. L-1，硝基苯的去除率由89.3%下降为34.1%。当叔丁醇的浓度增加到50mg.L-1和60mg.L-1时，硝基苯去除率分别达到了36.4%和34.6%，这部分硝基苯去除率基本上不随着叔丁醇浓度增加而降低，所以，不能排除体系中是否存在其它种类自由基共同对硝基苯的降解。这说明，体系对硝基苯的降解是一个以羟基自由基为主的氧化反应。

5 结语

体系中有微量过氧化氢产生，羟基自由基是该工艺降解硝基苯主要的氧化剂，体系对硝基苯的降解是一个以羟基自由基为主的氧化反应。在雾化-多相协同臭氧化工艺降解硝基苯的过程中，采用雾化技术，充分利用了体系中的剩余臭氧，进一步提高了硝基苯的降解效率。在整个体系中，紫外光和活性炭协同臭氧产生了过氧化氢，过氧化氢和溶液中的氢氧根共同引发了臭氧产生具有强氧化性的羟基自由基，完成了硝基苯的降解过程。

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段海霞（1973—），女，博士学位，副教授，研究方向：环境工程、特种能源。

辽宁省科技厅公益基金项目（项目编号：2013003009）。