环境保护管理 环境卫生与卫生工程

X33200703598臭氧氧化水中壬基酚的反应机理研究/胡翔(北京化工大学化学工程学院环境工程系)…∥环境科学/中科院生态环境研究中心.-2007,28(3).-584~587环图X-5采用臭氧氧化浓度为20mg/L的壬基酚溶液,研究了臭氧氧化去除壬基酚的效果及氧化过程中中间产物的变化情况,探讨了臭氧氧化壬基酚的反应机理.结果表明,臭氧氧化涉及2种氧化方式,臭氧分子的单独反应和臭氧/羟基自由基的联合氧化.2种氧化方式在18min内均能完全去除壬基酚,联合氧化方式在4min内即能达到96%的去除率,而单独臭氧分子氧化需要12min.氧化过程中检测到甲醛的产生,单独臭氧…     

臭氧氧化产物甲醛的产生机理研究

对3类含不同碳链结构的有机物进行臭氧氧化,研究了氧化过程中的甲醛浓度变化情况,并对臭氧单独氧化、臭氧和羟基自由基混合氧化和羟基自由基氧化特性进行了分析.以丙烯酸为目标物,分别研究了不同进气流量、气态臭氧浓度和双氧水投加量对甲醛浓度的影响.结果表明:苯环上不同的取代基对甲醛产量有较大影响,单烯烃的α-C上连接的基团对甲醛浓度影响更大;在氧化过程中,甲醛浓度表现出先增后减的变化趋势,出现峰值.增大进气流量和进气臭氧浓度会使峰值减小,并使出峰时间缩短,但会提高初始产出速率;对不同有机物,羟基自由基氧化对甲醛产量的影响不同,氧化丙烯酸和反丁烯二酸时,甲醛积累量减小,而氧化壬基酚和水杨酸等芳香族化合物时,甲醛积累量提高.     

O3/UV降解水中的乙酸和硝基苯

利用O3 /UV和O3/H2O2降解了水中的乙酸,结果表明,在相同条件下处理60min后,O3/UV对乙酸的去除率仅比单独臭氧化处理提高了3%,而O3/H2O2在此条件下完全降解乙酸.O3/UV在处理硝基苯过程中却显示较好的氧化降解能力,通过分析表明,硝基苯降解过程中所产生的副产物H2O2对有机物的去除具有很重要的作用.因此,O3/UV氧化降解能力的提高可能有2方面的原因,紫外光对有机物的活化作用;中间产物H2O2催化臭氧分解产生了高活性的羟基自由基. 单独紫外光催化臭氧分解产生羟基自由基的效率极低.     

臭氧氧化水中2,4,6-三氯酚的反应机理研究

研究了臭氧氧化对2,4,6-三氯酚的去除效果,以及氧化过程中过氧化氢、氯离子、甲酸和乙二酸的变化情况,探讨了臭氧氧化2,4,6-三氯酚的反应机理和反应途径.实验结果表明,如果溶液中没有自由基清除剂,在臭氧投加量为24mg·L~(-1)时,0·1mmol·L~(-1)的2,4,6-三氯酚在6min内,去除率可达99%.臭氧分子氧化2,4,6-三氯酚的过程中产生过氧化氢,检测到的过氧化氢的最大摩尔浓度为初始2,4,6-三氯酚摩尔浓度的22·5%.中间产物过氧化氢随后和臭氧反应生成大量的羟基自由基,此时2,4,6-三氯酚是被臭氧和羟基自由基联合氧化,生成甲酸和乙二酸.当溶液中含有大量的自由基清除剂时,2,4,6-三氯酚首先被臭氧分子氧化成黄色的氯代对苯醌,然后氧化成甲酸和乙二酸.臭氧氧化2,4,6-三氯酚存在臭氧分子氧化以及O3/OH·联合氧化两种反应途径.     

常见有机物对催化臭氧化降解水中硝基苯的影响

考察了有机物甲醛、甲醇、甲酸和邻苯二甲酸二丁酯对单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化工艺去除水中硝基苯降解效果的影响规律.单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化对硝基苯的去除率随着甲醛浓度的升高(0～12 mg·L-1)分别降低了11.6%和9.6%;2种工艺对硝基苯的去除率都随着甲醇浓度的增加(0～16mg·L-1,)先增高再降低,单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化分别在浓度为2 mg·L-1和4 mg·L-1时去除率达到最大值;随着甲酸浓度的增加(0～8 mg·L-1)去除率也都先增高再降低,单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化分别在浓度为0.5 mg·L-1和2 mg·L-1时去除率达到最大值;低浓度的甲醇和甲酸促进了硝基苯的降解,高浓度的甲醇和甲酸抑制了硝基苯的降解.单独臭氧氧化和蜂窝陶瓷催化臭氧化在邻苯二甲酸二丁酯浓度增加(0～10 mg·L-1)的情况下对硝基苯的去除率分别降低了19.7%和18.6%.     

纳米TiO2催化臭氧化对松花江水中氨氮的影响

研究了以负载于陶粒、硅胶、沸石表面的纳米TiO2作为催化剂时,催化臭氧化松花江水过程中氨氮浓度的变化.结果表明,在单独臭氧化过程中,氨氮浓度先升高后下降,反应30 min后的氨氮浓度与初始浓度相近.在以TiO2/陶粒、TiO2/硅胶为催化剂的催化臭氧化过程中,氨氮浓度也是先升高后下降,但反应过程中氨氮的平均浓度要高于单独臭氧化过程.以TiO2/沸石为催化剂时,催化臭氧化过程中氨氮浓度先下降,然后略有升高,继而又下降,30 min时对氨氮的去除率接近80%.单独臭氧化和催化臭氧化过程中,增大臭氧投量,氨氮浓度最大值出现的时间提前,并且反应过程中氨氮浓度平均值降低.增大催化剂TiO2/陶粒、TiO2/硅胶的投量,催化臭氧化过程中氨氮浓度平均值升高.增大TiO2/沸石投量,有利于氨氮的去除,但投量增大到50g以上时,对氨氮的去除效果影响很小.温度从10℃升高到30℃,对TiO2/陶粒、TiO2/硅胶催化臭氧化过程中氨氮浓度的变化影响不大.而以TiO2/沸石为催化剂时,温度升高有利于催化臭氧化过程中氨氮的去除.     

臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的研究

在悬浮颗粒搅拌混合反应器中,研究了臭氧/纳米TiO2催化氧化去除水中微量硝基苯的性能,结果表明,纳米TiO2催化臭氧化去除硝基苯较单独臭氧氧化有明显的提高,反应20min硝基苯的去除率提高了44%.实验中分别考察了纳米TiO2热处理温度、催化剂投量、臭氧投量、硝基苯初始浓度、pH值对臭氧/纳米TiO2催化氧化去除硝基苯的影响.发现550℃烧结得到的纳米TiO2表现出最好的催化臭氧化活性,在较低的臭氧投量与催化剂用量条件下,硝基苯的去除率可达到56.57%;增大臭氧或者硝基苯的初始浓度,硝基苯的去除率随之提高;但是改变催化剂投量,硝基苯的去除效果几乎不受影响;中性或碱性pH环境利于纳米TiO2催化臭氧化反应的进行.通过研究叔丁醇对纳米TiO2催化臭氧化反应的影响,证明反应遵循羟基自由基(·OH)反应机理.     

TiO_2/AC催化臭氧氧化处理水中的苯酚

研究了单独臭氧氧化及以活性炭(AC)和负载二氧化钛的活性碳(TiO2/AC)为催化剂催化臭氧氧化处理水中苯酚的效果。考察了AC、TiO2/AC对苯酚的吸附特性及三种方法对苯酚的转化率及矿化率效果及其臭氧利用效率,并对氧化过程进行了动力学分析。实验结果表明:AC、TiO2/AC对苯酚的吸附均较好地符合Freundlich方程;催化臭氧氧化转化苯酚的效果高于单独臭氧氧化;TiO2/AC作催化剂有利于苯酚的最终矿化,同时提高了臭氧的利用效率;3种氧化反应均较好的符合二级动力学方程,TiO2/AC催化臭氧氧化苯酚的二级动力学常数为0.0001L/(mg.min),高于单独臭氧氧化0.00004L/(mg.min)和AC催化臭氧氧化0.00006L/(mg.min)。     

污泥基活性炭催化臭氧氧化降解水中微量布洛芬的效能研究

以城市污水处理厂脱水污泥和玉米芯为原料,氯化锌为活化剂制备污泥基活性炭(SAC),考察其催化臭氧氧化去除水中稳定性药物布洛芬(IBP)的效能.试验中对比考察了单独臭氧氧化、单独SAC吸附、SAC催化臭氧氧化这3种工艺对水中IBP(初始浓度为500μg.L-1)的去除效果,同时研究了臭氧与SAC投加量对催化效果的影响.结果表明,单独臭氧氧化对IBP的去除率随臭氧浓度的增加而增加,当臭氧浓度由0.75 mg.L-1增加至3.0 mg.L-1时,IBP的去除率由44.4%提高到100%;单独SAC对IBP的吸附去除效果较差,即使SAC投加量增至100 mg.L-1,吸附时间为40 min时,IBP的吸附去除率仅为44.56%;SAC催化臭氧氧化工艺中,IBP去除速率大大加快,在反应的初始阶段(0～5 min)SAC催化臭氧氧化对IBP的去除率要远远高于单独臭氧氧化和单独SAC吸附二者作用之和.臭氧与SAC的投加量对IBP的催化氧化去除效果具有较大影响.SAC催化臭氧氧化IBP分为瞬时需氧阶段反应(0～5 min)和慢速反应(5～40 min)两阶段.快速反应阶段以.OH与IBP反应为主,慢速反应阶段残余臭氧浓度很低,此时主要以SAC吸附去除IBP为主.     

臭氧光催化工艺处理制浆造纸中段废水

对臭氧光催化工艺对造纸中段废水生物处理出水的净化效果进行了研究。结果表明:臭氧单独作用于废水时,COD最大去除率为26.8%,脱色率最高可达90%;UV单独作用于废水时,色度去除有限,COD去除率随照射时间的延长而增加,但在40 min后,趋势趋于平缓;臭氧+UV联合工艺对废水色度、COD去除均可达到满意效果,其工艺为臭氧氧化30 min,UV作用5 min。     

O3/UV降解水中有机物机理研究

利用O₃/UV降解了水中的硝基苯、乙醇酸和乙酸. 在硝基苯的降解过程中,当加入对H₂O₂具有催化分解作用的MnO₂时,O₃/UV降解效率明显下降,TOC的去除率甚至比单独臭氧化还低,在相同条件下处理40 min后,O₃/UV、O₃和O₃/UV+MnO₂对溶液TOC的去除率分别为44%、41%和39%.该结果表明中间产物H₂O₂对O₃/UV降解效率的提高具有重要的作用. 另外,有机物本身对自由基链反应是否具有促进作用也直接影响着O₃/UV的降解效率,当目标有机物是对自由基链反应具有促进作用的乙醇酸时,O₃/UV降解效率较高,30 min后乙醇酸的去除率即达76%; 而当目标有机物是对自由基链反应具有抑制作用的乙酸时, O₃/UV对其几乎无降解能力.     

催化臭氧氧化过程中溴酸盐的生成机制研究

以黄河下游某水厂滤后水为目标物,选择了9种催化剂,在间歇反应装置中研究了单独臭氧和催化臭氧氧化过程中溴酸盐（BrO 3-）的生成情况,结果表明,在催化臭氧氧化过程中,NiO、CuO、Fe3O4、Al2O3加入使BrO 3-质量分数分别降低34.0%、32.8%、29.2%、20.8%.选取Fe3 O4作为催化剂研究催化...     

Numerical evaluation of the effectiveness of NO2 and N2O5 generation during the NO ozonation process

Wet scrubbing combined with ozone oxidation has become a promising technology for simultaneous removal of SO₂ and NO_x in exhaust gas. In this paper, a new 20-species, 76-step detailed kinetic mechanism was proposed between O₃ and NO_x. The concentration of N₂O₅ was measured using an in-situ IR spectrometer. The numerical evaluation results kept good pace with both the public experiment results and our experiment results. Key reaction parameters for the generation of NO₂ and N₂O₅ during the NO ozonation process were investigated by a numerical simulation method. The effect of temperature on producing NO₂ was found to be negligible. To produce NO₂, the optimal residence time was 1.25 sec and the molar ratio of O₃/NO about 1. For the generation of N₂O₅, the residence time should be about 8 sec while the temperature of the exhaust gas should be strictly controlled and the molar ratio of O₃/NO about 1.75. This study provided detailed investigations on the reaction parameters of ozonation of NO_x by a numerical simulation method, and the results obtained should be helpful for the design and optimization of ozone oxidation combined with the wet flue gas desulfurization methods (WFGD) method for the removal of NO_x.     

城市污水二级处理出水中不同种类PPCPs的臭氧氧化效果与机制研究

研究了臭氧氧化对城市污水二级处理出水中15种典型药品和个人护理品（PPCPs）的去除效果及O₃分子氧化和·OH自由基氧化的贡献.结果表明,PPCPs的臭氧氧化去除效果与其亲核官能结构特性相关,芳香胺结构为主的PPCPs易降解,烷基胺结构为主的PPCPs可部分降解,亲核特性较弱的双键为主的PPCPs难降解;在臭氧投加量为5.5 mg·L^-1条件下,这3类PPCPs的去除率为分别为大于95%、57%~68%和39%~57%.臭氧氧化过程中,O₃分子氧化和·OH自由基氧化均起重要作用.易降解PPCPs的氧化机制以O₃分子氧化为主,贡献率为82%~91%;可降解和难降解PPCPs的氧化机制以·OH自由基氧化为主,贡献率分别为48%~71%和66%~94%.二级出水中臭氧氧化过程中,UVA₂₅₄去除率可呈单线性或分段线性指示PPCPs的去除效率.     

Pathway of the ozonation of 2,4,6-trichlorophenol in aqueous solution

The reaction mechanism and pathway of the ozonation of 2,4,6-trichlorophenol (2,4,6-TCP) in aqueous solution were investigated. The removal efficiency and the variation of H₂O₂, Cl⁻ formic acid, and oxalic acid were studied during the semi-batch ozonation experiments (continuous for ozone gas supply, fixed volume of water sample). The results showed that when there was no scavenger, the removal efficiency of 0.1 mmol/L 2,4,6-TCP could reach 99% within 6 min by adding 24 mg/L ozone. The reaction of molecular ozone with 2,4,6-TCP resulted in the formation of H₂O₂. The maximal concentration of H₂O₂ detected during the ozonation could reach 22.5% of the original concentration of 2,4,6-TCP. The reaction of ozone with H₂O₂ resulted in the generation of a lot of OH• radicals. Therefore, 2,4,6-TCP was degraded to formic acid and oxalic acid by ozone and OH• radicals together. With the inhibition of OH• radicals, ozone molecule firstly degraded 2,4,6-TCP to form chlorinated quinone, which was subsequently oxidized to formic acid and oxalic acid. Two reaction pathways of the degradation of 2,4,6-TCP by ozone and O₃/OH• were proposed in this study. Translated from Acta Scientiae Circumstantiae, 2005, 25(12): 1619–1623 [译自: 环境科学学报]     

Catalytic activity of cerium-doped Ru/Al2O3 during ozonation of dimethyl phthalate

In this paper, factors influencing the mineralization of dimethyl phthalate (DMP) during catalytic ozonation with a cerium-doped Ru/Al₂O₃ catalyst were studied. The catalytic contribution was calculated through the results of a comparison experiment. It showed that doping cerium significantly enhanced catalytic activity. The total organic carbon (TOC) removal over the doped catalyst at 100 min reached 75.1%, 61.3% using Ru/Al₂O₃ catalyst and only 14.0% using ozone alone. Catalytic activity reached the maximum when 0.2% of ruthenium and 1.0% of cerium were simultaneously loaded onto Al₂O₃ support. Results of experiments on oxidation by ozone alone, adsorption of the catalyst, Ce ion’s and heterogeneous catalytic ozonation confirmed that the contribution of heterogeneous catalytic ozonation was about 50%, which showed the obvious effect of Ru-Ce/Al₂O₃ on catalytic activity. __________ Translated from China Environmental Science, 2006, 26(4): 445–448 [译自: 中国环境科学]     

Promoting catalytic ozonation of phenol over graphene through nitrogenation and Co3O4 compositing

Catalytic ozonation is progressively becoming an attractive technique for quick water purification but efficient and stable catalysts remains elusive. Here we solvothermally synthesized highly-dispersed Co₃O₄ nanocrystals over microscale nitrogen-doping graphene (NG) nanosheets and tested it as a synthetic catalyst in the ozonation of phenol in aqueous solutions. Transmission electron microscopy, powder X-ray diffraction, Fourier transform infrared spectra and X-ray photoelectron spectroscopy were used to determine its morphology, crystallinity, elemental composition and molecular bonds, respectively. The comparative experiments confirmed the highest catalytic activity and oxidation degree (AOSC) of Co₃O₄/NG among four nanocomposites (G, NG, Co₃O₄/G, and Co₃O₄/NG). Co₃O₄/NG also has exhibited the highest degradation rate: complete conversion of a near-saturated concentration of phenol (941.1 mg/L) was achieved within 30 min under ambient conditions with only a small dosage of Co₃O₄/NG (50 mg/L) and ozone (4 mg/L, flow rate: 0.5 L/min). It also resulted in 34.6% chemical oxygen demand (COD_Cr) and 24.2% total organic carbon (TOC) reduction. In this work, graphene nanosheets not only functioned as a support for Co₃O₄ nanocrystals but also functioned as a co-catalyst for the enhancement in phenol removal efficiency. The surface nitridation and Co₃O₄ modification treatment further improved the removal rate of the phenol pollutants and brought in the higher oxidation degree. Our finding may open new perspectives for pursuing exceptional activity for catalytic ozonation reaction.     

O3-SBBR联合工艺深度处理印染工业园生化尾水的效能和机制

针对印染工业园生化尾水中生物难降解的有机氮难题,采用O₃-SBBR(臭氧-序批式生物膜反应器)联合工艺进行深度处理.开展了影响因素实验、降解动力学和淬灭实验,测定了自由基种类、琥珀酸脱氢酶活性和脱氮功能基因.结果表明,适宜的臭氧氧化条件：pH为8.0～8.5、ρ(O₃)为35.0 mg·L^-1左右、 O₃投加量(以O₃/H₂O计,下同)约为100.0 mg·L^-1和反应时间为90.0～120.0 min.臭氧氧化生化尾水的有机氮符合拟一级动力学模型,最大速率常数k值为0.010 35 min^-1[实验条件：pH为8.0、 O₃投加量为150.0 mg·L^-1和ρ(O₃)为35.0 mg·L^-1].臭氧氧化显著提高序批式生物膜反应器(SBBR)的脱氮性能,脱氮效率从19.8%(SBBR)提高到32.9%(O₃     

O3/H2O2去除水中硝基苯效果与机理

以硝基苯为目标反应物,对O₃/H₂O₂体系氧化去除水中硝基苯的效果和机理进行了研究,考察了pH值、H₂O₂剂量、自由基抑制剂或促进剂对硝基苯的去除效果的影响.研究发现,在pH≤7时,H₂O₂促进臭氧化去除硝基苯的效果较为明显,当H₂O₂投加量从1.0 mg/L增加到4.0 mg/L时,在氧化5 min内,硝基苯     

水中腐殖酸对高级氧化联用技术去除内分泌干扰物（DMP）的影响

使用腐殖酸模拟本底天然有机物进行试验,采用UV-H₂O₂、O₃、UV-O₃3种高级氧化工艺,研究了水中腐殖酸对3种高级氧化联用技术去除饮用水中内分泌干扰物(DMP)的影响.结果表明,UV-H₂O₂联用工艺氧化DMP的过程符合伪一级反应动力学,水中腐殖酸的存在对UV-H₂O₂联用工艺氧化DMP的影响非常大,伪一级反应的速率常数与本底TOC值的关系式为K=0.162 0[TOC]₀^{-0.817 1};同时水中腐殖酸对UV-O₃联用工艺氧化DMP的效果影响比较大,而总体上腐殖酸对O₃氧化DMP的去除影响不大.从效果分析知,在一定浓度腐殖酸本底条件下单独O₃氧化和UV-O₃联用工艺对DMP的氧化均以O₃分子对DMP的氧化起主导作用,当腐殖酸浓度变小,UV-O₃联用工艺体系中.OH自由基氧化DMP的重要性增大.水中腐殖酸对3种高级氧化工艺的影响程度顺序依次为:UV-H₂O₂>UV-O₃>O₃.