光催化在饮用水深度处理中应用

饮用水中污染物主要有：卤代烃、腐殖酸、五氯苯酚，藻类以及大肠杆菌、噬菌体、细菌与真菌等微生物。同时，常规的饮用水处理工艺中，消毒技术一般以加液氯氧化的方法进行，氯消毒虽然简便易行，但是会形成三卤甲烷和卤乙酸等副产物。首先是腐殖酸的处理，腐殖酸和富里酸是消毒副产物的前体。腐殖酸本身无毒或者低毒，但它在氯化消毒过程中与氯反应生成三卤甲烷(THMs)或者其他消毒副产物。实验中，TiO2投加量不同，当投加量为0.2\0.3\0.4g/L对FA的去除效果最好；但并不是TiO2投加量越多越好。处理微生物，可以通过OH破坏细胞结构，紫外线呢也可以直接破坏细胞结构。试验中呢，TiO2中加入FeS04,噬菌体病毒样品灭活率能够达到三个9。处理有机物五氯苯酚，在珠江河畔设置5个采样点：采用铁柱撑膨润土/UV/H2O2的方法，考察pH值、催化剂投加量、H2O2添加量、铁柱撑膨润土的循环使用对五氯苯酚降解的影响。首先是PH，PH变化时降解率一直很好，但稍有降低，分析原因是轻桥转化为氧桥，消耗了大部分的0H。膨润土投加量增加，降解率先增后减，分析原因呢，OH是铁离子与H2O2氧化还原产生的，铁离子浓度低时，产生的OH较少；当催化剂过量时，又会阻碍紫外线。过量的H202能够与0H发生反应，消耗0H。同时铁柱撑膨润土经3次循环使用后效果良好。下面介绍光电催化，光催化剂有一个致命的弱点，即光生空穴一电子对的复合率较高，提高光催化效率的关键在于减少光生空穴与电子的复合几率，因此提出电场协助光催化。光电催化优势：减少电子和空穴的复合，不需要额外的02藻毒素通过富集进入生物体，光电催化可以裂环MC生成线性多肽小分子.分别对Ti02/Ti板光阳极施加1-8V的阳极偏电压，进行光电协同催化，当电压增大时，效率反而降低，分析原因是当阳极偏电压大于水的电解电位时，水发生电解左跃斌.光电协同催化氧化处理饮用水中藻毒素-LR[J].水处理技术,2012,38(007):49-52.唐玉朝，李薇，华河林，等.TiO2光催化技术处理饮用水微污染及杀灭微生物的研究[J].环境污染治理技术与设备,2004,5(5):61-66.刘文，吴一蘩.二氧化钛光催化氧化水中天然有机物富里酸[J].净水技术,2010(6):66-71.刘芭.TiO_2光催化杂化超滤膜对水中嗅味物质及腐殖酸去除的研究[D].上海交通大学,2013.冯小刚，卫涛，袁春伟.饮用水中微囊藻毒素污染及其光催化降解的研究进展[J].东南大学学报：自然科学版,2004,34(5):705-710.王志斌.饮用水中典型POPs的光催化降解处理技术研究进展[J].科技创新导报,2014(2):29-30.潘海祥.光催化降解饮用水中几种典型有机污染物一一影响因素及降解机理的研究[D].广州：中国科学院广州地球化学研究所,2000.姜艳丽.TiO_2/Ti催化剂改性及光电催化降解水中腐殖酸的研究[D].哈尔滨工业大学,2007.程修文.改性TiO_2纳米管光电极制备及光电催化降解双氯芬酸研究[D].哈尔滨工业大学,2014.梁志霞，梁文艳，汪丽，等.光电催化氧化法降解藻毒素MCLR[J].环境工程学报，2012,6(11):3817-3821.原理：催化剂受光照射，吸收光能，发生电子跃迁，生成电子-空穴对，对吸附于表面的污染物直接进行氧化还原；或氧化表面吸附的羟基(-OH)生成强氧化性的羟基自由基(・OH)将污染物氧化.天然有机物(naturalorganicmatter,NOM)是饮用水加氯消毒过程中形成消毒副产物(disinfectionby-products,DBPs)的主要前体物质。目前，消毒副产物已被证实是对人体有害的“三致”物质(致癌、致畸、致突变)，因而控制氯化消毒副产物的形成已成为饮用水处理界普遍关注的问题。腐殖质是NOM的代表性物质(地表水源中腐殖质约占NOM的60%~90%)，它由多种化合物组成，根据其在酸碱溶液中的溶解特性可分为三类：腐殖酸(humicacid,HA),富里酸(fulvicacid,FA)和胡敏素。研究表明：在天然水环境中FA约占腐殖质类化合物的80%。因而，FA是形成DBPs主要前体物之一[1-3]。特点：光催化氧化技术对水中多种微量有机物均有良好的去除效果，其氧化效果与速率要比单独使用化学氧化剂或光辐射好得多，至今已发现有3000多种难降解有机化合物可以在紫外线照射下通过二氧化钛迅速降解［46］。但光催化氧化在实际运用中还存在一些问题，催化剂长期使用后的中毒、再生回收，需要外加紫外光源，对有机污染物取得较好的去除效果需要较长时间以及对饮用水的安全问题还有待进一步的深入研究，且该工艺所需设备复杂，处理费用高，限制了它的大规模应用。【潘立军】五氯苯酚(pentaehlorophenol,pCp)是一种重要的防腐剂，主要应用于纺织品和皮革制品等“由于PCP的大量使用，其残留物在环境中易富集难降解，且具有/三致0作用=一5］,经污水排放!雨水冲淋等途径进入环境水体,对环境造成持久性危害”广州是珠三角洲的中心城市，随着工业!经济产业快速发展，大量工业废水排放到珠江中。TiO2光催化用于饮用水中污染物的深度处理目前地面水普遍受到污染，而常规的给水技术难以达到去除溶解性有机物的效果，由此造成饮用水中总是存在一定量的有机污染物。据报道在饮用水中人们已发现756种有机物，其中20种致癌物、23种可疑致癌物、18种促癌物和56种致突变物［1］。此外，常规的饮用水处理工艺中，消毒技术一般以加液氯氧化的方法进行，氯消毒虽然简便易行，但是会形成三卤甲烷和卤乙酸等副产物，而这些副产物即使在很低的浓度下也可能具有/三致作用0,对人体健康产生严重的影响［1〜5］。为了解决这个问题，探索研究新的给水处理辅助技术是非常有必要的。Ti02光催化反应是利用强氧化性的活性自由基(主要是羟基自由基)参与反应,由于自由基具有很强的氧化性能,能够将多数有机物氧化分解并最终矿化为H2O和CO2等无机小分子，并且在污染物浓度很低的情况下仍然具有很好的作用;此外,TiO2光催化反应也具有杀菌消毒的作用,TiO2催化剂本身不溶解于水，无毒无污染，适宜于对饮用水进行消毒［6］。由于上述技术及性能上的优势，因而，以TiO2光催化反应消除饮用水中微量有机污染物及对饮用水消毒杀菌的研究倍受重视。文献报道,TiO2光催化处理饮用水中微量有机污染物有卤代烃［7,8］、腐质与腐殖酸［9,10］、六六六与五氯苯