过硫酸盐高级氧化技术在工业废水处理中的应用

作者:吴晨炜;王震;代海波;王昭玉;胡程月;陈文清; 刊名:四川化工 上传者:文莎丽

【摘要】过硫酸盐高级氧化技术是基于硫酸根自由基(SO_4~(·-))的一种新型高级氧化技术,是刚刚兴起的崭新的研究方向,其具有反应速度快,剩余污泥少,适用范围广,无二次污染等优点,因此在工业废水治理领域具有良好的发展前景。本文将对国内外有关过硫酸盐的活化技术进行归纳总结,并探讨其在工业废水中的应用前景。

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传统的高级氧化技术是以活性物质·OH作为氧化剂来降低去除难降解的污染物,但该方法存在很大的弊端,如·OH存在的时间短,来不及反应就消失,且易被碳酸根等无机离子淬灭而失活等。在近几年,过硫酸盐高级氧化技术作为代替传统的高级氧化技术发展起来,因为其在活化的条件下可以产生SO4·-,具有很高的氧化性,理论上可以降解大多数的有机物[1],且具有反应设备简单,反应速度快,剩余污泥少,适用范围广,无二次污染等优点,在含有毒有害及难降解有机物的污水处理中具有广泛应用前景。目前常用的过硫酸盐一般是指过二硫酸盐,是一种常见的氧化剂,都是属于H2O2的衍生物。过二硫酸盐具有热不稳定性,加热容易分解;过二硫酸盐还是一种有效的单电子转移试剂[2],在反应中不仅能快速地生成离子自由基,而且在不同金属离子存在下可使有机物发生选择性氧化。过硫酸盐作为强氧化剂,具有多种活化方式,如热活化、过渡金属活化等,不同的活化方式可以应用于不同的领域。近些年来,工业的快速发展导致越来越多的有毒且难降解的废水未经处理达标便排放到河流,如印染、医药、石化废水等,这些废水成分复杂、COD高、含盐量高以及含有有毒有害物质,会导致生态环境受到严重破坏。为了解决这一问题,有许多研究引入了过硫酸盐高级氧化技术,其作为一种有效的氧化剂,可以降解水中大多数的有机物,且其效果和成本都存在优势,因此该技术越来越受到重视。1过硫酸盐活化方法的研究现状1.1热活化过硫酸盐加热活化过硫酸盐是最常用的方法,已成功应用于有机物的降解。反应式为:S2O82-+heat→2SO4·-Waldemer[3]等人采用热活化的方式并用其降解去除地下水中的氯代乙烯,结果表明:当温度设定为60℃,反应时间为1h,氯代乙烯几乎都被氧化去除。在刘小宁[4]的研究中发现热活化过二硫酸盐对氯苯降解的反应速率常数在20-60℃范围内随温度升高而升高。Huang[5]等研究表明当温度为40℃时,绝大部分有机物的降解速率大于温度为20℃,不过仍然有部分VOCs的降解速率随温度升高而降低,如实验的59种VOCs中,有22种不符合这个规律。Hori[6]等人研究也表明利用过二硫酸盐降解PFOA时,温度为80℃时的降解效率会比温度为150℃的降解效率好。热活化过硫酸盐技术要求简单,且在一定范围内增高温度会促进污染物的降解,说明在一定范围内,温度的升高会促进S2O82-向SO4·-转化,加快反应物的消除。但是并不是SO4·-大量同时存在的情况下其效果越好,反而会因为在传递过程中被消耗,从而降低利用率,所以控制温度是提高降解速率的有效方法[7]。1.2过渡金属离子活化过硫酸盐过渡金属可与过硫酸盐发生反应,生成SO4·-,与过硫酸盐相比,氧化性增强,因此对污染物的氧化能力也随之增强。总的归纳反应式为:M(n)++S2O82-→M(n+1)+SO4·-+SO42-在Xiangrong Xu[8]等人的研究结果中发现,室温下Fe2+活化的降解速率常数大于热活化条件下的降解速率常数。金属活化过硫酸盐和Fenton反应[9]类似,其缺点是要控制反应的pH值,只有在合适的pH值条件下才具有较好的活性;反应需要的金属的量高;要控制过渡金属离子的浓度;加入的过渡金属在反应结束后难以去除。但是在Liang[10]等实验中发现,通过向体系中投加络合试剂Na2S2O3可以提高反应效率,因为络合剂不仅与Fe2+形成络合物,还将Fe3+还原成Fe2+,避免了Fe2+消耗SO42-。1.3紫外光活化过硫酸盐紫外活化过硫酸盐的方程式如下:S2O82-+heat→2SO4·-HSO5-+h

参考文献

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