張愛(ài)雷

（江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京210007）

UV、UV/H2O2及UV/O3法去除飲用水中有機(jī)殘留物的應(yīng)用效果比較

張愛(ài)雷

（江蘇省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，江蘇南京210007）

分別采用UV、UV/H2O2及UV/O3對(duì)飲用水進(jìn)行深度氧化處理，考察水樣中藥物殘留（復(fù)方新諾明及碘普羅胺）和燃油添加劑殘留（MTBE及TAME）的消解情況。

UV；H2O2；O3；復(fù)方新諾明；碘普羅胺；MTBE；TAME

通常采用的水處理技術(shù)有曝氣法、過(guò)濾法或活性炭吸附法等，但這不足以充分去除水中的有機(jī)殘留物。

化學(xué)氧化法是一種很有前景的處理方法，如臭氧化處理可以使水體中大部分的有害物質(zhì)順利去除。為此，本文將圍繞UV（紫外線）輻照法、UV/H2O2聯(lián)用及UV/O3聯(lián)用來(lái)處理藥物復(fù)方新諾明、碘普羅胺及燃油添加劑MTBE（甲基叔丁基醚）和TAME（甲基叔丁戊醚）四種常見的有機(jī)污染物。

1 材料及方法

本研究采用的原料有燃油添加劑（德國(guó)Merck公司），藥物原料復(fù)方新諾明（德國(guó)Sigma Aldrich公司），碘普羅胺（德國(guó)Promochem公司），所有原料均為分析純級(jí)。上述各化合物均使用去離子水制備成1 g/L的原液，水質(zhì)參數(shù)：

DOC為 0.83 mg/L、SAC254nm為 1.0 m-1、電導(dǎo)率為70.9 mS/m、pH 為 7.4、氮為 6mg/L、KS4.3為5.41mmol/L、KB8.2為 0.70mmol/L、鐵為 ＜0.01mg/L、錳為 ＜0.005mg/L、溴化物為38μg/L。

MTBE及TAME將采用吹掃-捕集氣質(zhì)聯(lián)用儀進(jìn)行檢定分析[1]；復(fù)方新諾明采用HPLC串聯(lián)質(zhì)譜儀進(jìn)行定量分析[2]；試驗(yàn)中還將采用新型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢測(cè)碘普羅胺[3]；過(guò)氧化氫濃度則采用鈦鹽光度法測(cè)定，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)標(biāo)GB1616-88[4]；臭氧氣體由水解式臭氧發(fā)生器利用直流電解去離子水產(chǎn)生，臭氧濃度采用靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法（IDS）測(cè)定，檢定標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T 15437[5]，設(shè)備由德國(guó)歐賽環(huán)境設(shè)備公司提供。

2 結(jié)果與討論

2.1 UV輻照法

UV輻照試驗(yàn)通過(guò)對(duì)水樣進(jìn)行光氧化處理以達(dá)到降解水中有機(jī)化合物的效果。從圖1中可以看出飲用水水樣在UV輻照試驗(yàn)中的水質(zhì)變化情況。

圖1 UV輻照條件下飲用水樣中復(fù)方新諾明、碘普羅胺及MTBE/TAME的濃度衰減曲線

復(fù)方新諾明在本試驗(yàn)中的去除率幾乎達(dá)到100%。碘普羅胺盡管有些殘留，但其在試驗(yàn)前后的濃度變化也非常明顯。雖然燃油添加劑MTBE和TAME沒(méi)有顯現(xiàn)出對(duì)UV光譜很好的吸收性，但是依然可以在試驗(yàn)中檢定出輕微的濃度下降（23%～26%）。這很可能歸功于紫外輻照過(guò)程中所產(chǎn)生的自由基，因?yàn)樗鼈兙哂邢庥袡C(jī)物的反應(yīng)活性的作用。

2.2 深度氧化處理（UV/H2O2及UV/O3）

為了提高UV輻照處理過(guò)程中污染物的去除效率，在往水樣中添加氧化劑過(guò)氧化氫H2O2或臭氧O3。將4 mg/L的H2O2加入反應(yīng)物中之后發(fā)現(xiàn)對(duì)于消解反應(yīng)的促進(jìn)作用不甚明顯（見圖2），整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中過(guò)氧化物的濃度變化不大。這是由于短波長(zhǎng)紫外線（＜200 nm）輻照條件下水分子發(fā)生均裂導(dǎo)致H2O2的重生。另外，H2O2對(duì)于紫外線的吸收效率取決于其濃度，試驗(yàn)所選濃度4 mg/L對(duì)于產(chǎn)生OH自由基有可能效率偏低。這也解釋了為什么深度氧化過(guò)程中會(huì)存在較低的去除效率。

圖2 UV輻照及UV/H2O2處理?xiàng)l件下水中各物質(zhì)的濃度衰減曲線

UV/O3試驗(yàn)采用O3取代過(guò)氧化氫。本實(shí)驗(yàn)對(duì)于復(fù)方新諾明的降解未作研究，因?yàn)樵撐镔|(zhì)經(jīng)UV輻照處理已經(jīng)被很快地消解。

相比H2O2，臭氧的消耗速率非常的快，在5 min內(nèi)臭氧就幾乎消解殆盡。急劇下降的濃度曲線表明由O3的光解反應(yīng)導(dǎo)致了OH自由基的快速形成，同時(shí)自由基與MTBE及碘普羅胺發(fā)生反應(yīng)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)當(dāng)可以使用確定劑量的臭氧以達(dá)到有機(jī)物的完全轉(zhuǎn)化。

2.3 溴酸鹽及亞硝酸鹽的形成

含有溴化物的天然水經(jīng)過(guò)深度氧化處理之后會(huì)導(dǎo)致溴酸鹽的產(chǎn)生。溴酸鹽被認(rèn)為是一種潛在的致癌物質(zhì)，其飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的濃度限制為10μg/L（參見2008年最新水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）。

在UV輻照法和UV/H2O2聯(lián)合試驗(yàn)中未產(chǎn)生溴酸鹽，這一點(diǎn)與預(yù)期的結(jié)果相同。但是，在所有批次UV/O3聯(lián)合試驗(yàn)中，所形成的溴酸鹽濃度均達(dá)到25～32μg/L，超出了日常飲用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

含有硝酸鹽的天然水在UV輻照處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生亞硝酸鹽，在UV輻照及UV/H2O2聯(lián)合處理試驗(yàn)中其濃度在0.06至0.21mg/L之間，部分超出0.1mg/L的國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。在臭氧參與處理的試驗(yàn)中，未檢測(cè)到亞硝酸鹽的存在，這是因?yàn)槌粞跄軌蜓趸椪者^(guò)程中產(chǎn)生的全部亞硝酸鹽產(chǎn)物。

2.4 深度氧化處理過(guò)程的經(jīng)濟(jì)評(píng)估

質(zhì)量因素單位電能消耗量（EE/O），是一個(gè)和處理過(guò)程無(wú)關(guān)的評(píng)估指標(biāo)，它表示將1 m3水中的污染物濃度減少一個(gè)數(shù)量級(jí)所消耗的電能（kWh）。為了對(duì)比不同深度氧化處理的能耗，這里對(duì)EE/O指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，在對(duì)實(shí)驗(yàn)所選有機(jī)物進(jìn)行消解處理過(guò)程中，UV/O3聯(lián)合法的EE/O指標(biāo)最低，處理效率最高（見表1）。

表1 不同處理過(guò)程中EE/O參數(shù)值的比較

3 結(jié)論

3.1 UV/H2O2及UV/O3深度氧化處理可以用于水中有機(jī)殘留物的降解去除，不同有機(jī)物的氧化去除效率高低順序?yàn)椋簭?fù)方新諾明＞碘普羅胺＞TAME＞MTBE

3.2 所采用的這些方法中最為有效的處理方法就是UV/O3聯(lián)合法，低濃度H2O2的應(yīng)用效果不是很明顯。

3.3 對(duì)燃油添加劑較為有效的深度氧化處理法是UV/H2O2或UV/O3結(jié)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,鈦鹽光度法測(cè)定過(guò)氧化氫濃度[S].

［5］GB/T15437,靛藍(lán)二磺酸鈉分光光度法測(cè)定臭氧濃度[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