城市自来水中有机污染物的光催化氧化处理

—张杰(同济大学环境I程学院)卵1．≥摘要对城市自来水进行j光催化氧化深度处理试验，对催化剂和光源类型进行j选择高r皱，分析评价1馥方法对水质置佳的管日自来水的处理效果。试验取得令人满意的结果。1前言近十年来国内外进行了用光催化氧化法去除水中有机污染物的研究，取得了不少成果。但迄今为止，有关研究基本上局限于考察光催化氧化对不同类型有机污染物的氧化教果及影响去除效果的因素，试验多在以蒸馏水配制的人工水样中进行。为考察光催化氧化法用于饮用水深度处理的效果及前景，本文针对污染较为严重的上海城市自来水，进行了光催化氧化去除水中有机污染物的研究，同时对有关反应条件进行了对比分析。2试验部分2．1试验装置试验在图1所示的连续流处理装置中进行。反应室由硼硅玻璃和聚四氟乙烯制作，容积3．6L。中间装有两支上海嘉宝照明实业有限公司生产的20w低压汞灯，采用波长253．7nm和365nm两种紫外灯为光源进行处理效果对比。反应液通过氟塑料磁力泵循环搅拌，使催化剂颗粒均匀悬浮，催化剂在分离室与水分离井返回反应室。出水经分离室中砂滤柱过滤得到澄清。本系统可根据需要按间歇或连续流方式运行，间歇运行时每隔一定时间取样，浊样经离心沉淀后供分析。2．2试剂材料试用了3种分析纯TiO及1种工业型钛①课题属国家白鼻!；科学基垒资助项目白粉为催化剂，它们分别为德国E．Merck出产的Art808、天津医药公司监制的风船牌、沈阳试剂四厂生产的荣兴牌及上海钛白粉厂生产的B10l颜料钛白。由x射线衍射分斩得知，荣兴牌TiO以锐钛型为主，其中含有27的金红石型，其余3种TiO均为锐钛型。水样富集采用上海试剂一厂生产的402担体富集树脂使用前．分别用乙醚、乙腈、甲醇通过索氏提取器抽提8h纯化，纯化树脂浸泡在重蒸甲醇中备用。；高位承蓿．围1光催化l他处理毒■2．5分析方祛，uV一消光值，甩上海光学仪器厂的53W分光光度计、3cm石英比色皿测定。溶解性有机碳(Doc)，用El本岛津制作所、一一氧一胸排一勃一滦璩污料城维普资讯http://www.cqvip.comI993Cot．9NO．6中国给水捧水的Toc一500总有机穰分析仪测定。待测水样先经O．22um微孔滤膜过滤，用分析纯盐酸将水样pH调至2～3，再以纯氩吹脱5rain驱Jl搴无机碳后测定，以提高分析精度毛细色谱分析采用岛津Gc一9A气相色谱仪、ECD检测器和25m×0．2mttX)V1Ol售谱柱，柱温由60℃升至240C，升温速率5℃／rain，进样量O．2。水样富集方法：纯化树脂20mL湿法装柱，待富集水样40L在2m水头下重力梳通过树脂桂，慌量4~mL／mm。水样过桂后，以3OrnL重蒸乙醚分3次加入富集桂铣脱，洗脱液先经在00C高温下煅烧过的无水硫酸钠柱脱水，再用K—D浓缩器在44℃下浓缩至1mL供测定5结果与分析5．1催化剂类型及用量连续流处理装置中催化剂的选择，不仅要考虑其活性还要看它们的分离效果。已知365nm紫外灯(黑光灯)的光分解，很少影响自来水在254nm处的紫外消光值因此，以黑光灯为光源，选用最简便的测量指标uV消光值确定水中有机物含量，对不同型号催化剂的处理效果进行比较试验采用分批运行方法，各种催化剂的投栅量均为3s／L，测定实验室龙头自来水uVzs消光值随处理时问的变化，试验结果览图2。围2不同塑号惶他剂的赴理效集一--B101一△一荣一×一风船一·-A~808图2表明，B101的催化效果最差，而3种分析纯TiO中荣兴牌的效果较差，风船同Art808效果十分接近。据厂家提供的数据，涂料型钛白B101的比表面积在7．4m／g以上，其催化活性欠佳可能同杂质含量较高有关。荣兴牌TiO中金红石型占27，一般认为金红石型TtO的光催化活性不如锐钛型风船牌的水分散性不如Art808，在去离子水中前者沉降速率明显高于后者，在去离子蒸馏水溶液中多种有机物的光催化氧化试验证明，Art808的催化活性明显优于风船，而在自来水中两者的催化效果相差不大，自来水中大量存在的阳离子对带负电荷的TiO2颗粒有明显的凝聚作用，各种TiOz粉末在自来水中均不能分散。笔者认为，用于自来水的深度处理，催化剂的比表面积大小和水分散性好坏，相对而言意义并不很大。由于风船牌的沉降性能好，易于分离，所以以下试验均采用风船牌Tj不同催化荆投量下uV消光值的变化情况见图3，为避免自来水初始消光值变化的影响，便于比较，纵坐标以去除率表示。图3表明，以黑光灯为光源，催化剂投量在3～5g／L之间反应速率变化已不大。5．2辐射光源以往理论研究，为避免短波紫外光均相光分解作用的干扰，采用黑光灯作光源或用CuSO滤光液滤除光源发出的<300nm的短波紫外光。本研究是确定实际应用中，在能量消耗相同的条件下，哪一种市售紫外灯的处理效果更好，因此对电功率和外型尺