上海長(zhǎng)江原水中溴酸根的形成和去除工藝及機(jī)理研究.pdf

1、本研究檢測(cè)到上海水源之一的長(zhǎng)江原水中含有一定濃度的溴離子(Br—)。因此針對(duì)含溴離子的長(zhǎng)江原水，進(jìn)行了小試規(guī)模的臭氧化副產(chǎn)物試驗(yàn)，紫外(UV)去除BrO—3，避光氯化，UV和氯、氯胺及二氧化氯協(xié)同氧化溴離子和顆?；钚蕴?GAC)還原BrO—3試驗(yàn)。對(duì)上述幾種工藝中BrO—3和Br—的變化規(guī)律、水質(zhì)因素的影響和工藝參數(shù)的優(yōu)化進(jìn)行了深入探討和分析。研究結(jié)果為長(zhǎng)江水源水廠的設(shè)計(jì)和運(yùn)行提供參考數(shù)據(jù)和理論支持。 2006.11～2007.

2、5期間取樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，黃浦江水中溴離子含量較低；而受咸潮影響的長(zhǎng)江水中溴離子含量在114.5～183.4μg/L。試驗(yàn)中初始溶解O3為1.6mg/L時(shí)生成的溴酸根即超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)10μg/L限值。長(zhǎng)江原水單獨(dú)使用臭氧氧化存在溴酸根超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)! 試驗(yàn)條件下，投加氨氮對(duì)原水中BrO—3的抑制作用很有限，因?yàn)榘钡獰o(wú)法屏蔽BrO—3的間接一直接生成途徑，且原水中已含有一定的氨氮。堿度的影響不大，且規(guī)律性不明顯。另外，可能存在某一O3投加量限

3、值，超過(guò)此限值BrO—3的形成才顯著，本試驗(yàn)中為保證BrO—3不超標(biāo)溶解臭氧量應(yīng)保持在0.8mg/L以下。而pH、水溫和H2O2的作用機(jī)理一致，均通過(guò)影響O3濃度和OH·濃度的變化，進(jìn)而影響B(tài)rO—3的形成。試驗(yàn)范圍內(nèi)，降低pH和溫度，O3穩(wěn)定性升高，BrO—3濃度亦顯著升高。投加量為0.05mg/mg(H2O2/O3質(zhì)量比)條件下可以明顯加快BrO—3生成速率，但隨后增加投加量效果相反。長(zhǎng)江原水臭氧化過(guò)程中ct值和溴酸根產(chǎn)生量之間存在

4、一定的線性關(guān)系。 UV降解BrO—3的過(guò)程可用偽一級(jí)反應(yīng)方程很好的擬合(R2＞0.97)，但效果不佳，長(zhǎng)江水中半衰期為120min，大部分BrO—3轉(zhuǎn)化成Br—。試驗(yàn)表明波長(zhǎng)越短BrO—3去除效果越好。試驗(yàn)范圍內(nèi)，BrO—3去除率基本不受初始濃度和pH的影響，但隨光強(qiáng)增大而提高。NH3—N可強(qiáng)化溴酸根的分解。UV/TiO2去除BrO—3的效果明顯，降低pH能顯著提高UV/TiO2聯(lián)用去除效果，這與TiO2表面電荷狀態(tài)有關(guān)。

5、 含Br—的長(zhǎng)江原水在避光氯化過(guò)程中生成了BrO—3!25天后約有7％左右的溴轉(zhuǎn)化成了溴酸根。BrO—3的生成比較緩慢，常規(guī)消毒條件下不會(huì)超過(guò)10μg/L的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。在余氯充足的情況下，有機(jī)溴(TOBr)、溴離子(Br—)和其它無(wú)機(jī)溴(BrO-2，HOBr/OBr—)這三者生成的量與初始溴離子濃度呈正相關(guān)；增加初始Br—濃度主要增加了有機(jī)溴TOBr。弱堿性條件有利于TOBr的生成。THMs和TOBr有一定的相關(guān)性。試驗(yàn)條件下長(zhǎng)江水氯

6、化后THMs單項(xiàng)指標(biāo)和總生成量均不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 理論推測(cè)UV輻照HOCl和Br—溶液將產(chǎn)生溴酸根!試驗(yàn)中，UV照射使游離氯分解，同時(shí)伴有部分Br—(6.6‰～32％)被氧化成BrO—3離子；pH、溫度和光強(qiáng)恒定時(shí)余氯的分解可用偽一級(jí)反應(yīng)方程擬合；試驗(yàn)條件下(I=610～1896μW/cm2，T=12.2～36.1℃)，偽一級(jí)反應(yīng)常數(shù)分別與體系溫度和光強(qiáng)值有線性關(guān)系；BrO—3的生成大致可以分為快速、慢速和平緩3個(gè)階段；在慢速生

7、成階段，BrO—3的生成量與余氯的分解量有良好的線性關(guān)系(絕大部分相關(guān)系數(shù)在0.96以上)；試驗(yàn)范圍內(nèi)(pH=4.41～11.07，DO=1.5～9 mg/L，Cl2=1.23～4.50mg/L)，低pH、低DO和高初始NaOCl(以氯計(jì))濃度有利于溴酸根的生成；提高溫度與光強(qiáng)均不同程度提高溴酸根生成速度，但同時(shí)因加速余氯的分解而減少了溴酸根的總生成時(shí)間。NH3—N可以有效的抑制HOCl/UV聯(lián)用生成BrO—3。 NH2Cl/

8、UV聯(lián)用Br—時(shí)生成很少量的BrO—3，有可能是氯胺分解中的殘余氯在UV輻照下的作用。ClO2/UV253.7產(chǎn)生BrO—3的量高于ClO2/UV360。酸性條件同時(shí)促進(jìn)BrO—3的產(chǎn)生和ClO2的分解。 活性炭對(duì)溴酸根的去除性能與表面堿性官能團(tuán)有一定相關(guān)性。其它陰離子對(duì)吸附/還原過(guò)程有阻礙作用，試驗(yàn)中影響順序?yàn)镹O—3＞SO2—4＞Cl—。溴酸根的吸附與溴離子的生成可分別用擬二級(jí)速率方程和粒子內(nèi)擴(kuò)散模型進(jìn)行模擬，絕大部分相關(guān)系