黃河水臭氧氧化處理最佳接觸時(shí)間的確定

黃河水臭氧氧化處理最佳接觸時(shí)間的確定

0臭氧脫色的測(cè)定目前，有許多方法可以分析水體中的臭氧濃度，包括碘法、紫外分光光度法、電氣法等。其中，碘法已成為美國(guó)和其他國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)方法，但這些方法并不理想。靛藍(lán)三磺酸試劑法,是由瑞士的Bader和Hoigne于1979年提出,它具有測(cè)定簡(jiǎn)便、迅速,選擇性強(qiáng),抗干擾能力優(yōu)于其他方法的優(yōu)點(diǎn),所以為目前歐洲的標(biāo)準(zhǔn)方法。它的測(cè)定原理是:將含臭氧的水樣和酸性靛蘭試劑混合,臭氧會(huì)使藍(lán)色脫色。脫色程度用波長(zhǎng)600nm的吸光度測(cè)定,和空白樣品比較,減少值和臭氧濃度成比例。由于靛蘭試劑和臭氧按化學(xué)式進(jìn)行脫色反應(yīng),對(duì)臭氧反應(yīng)靈敏,所以選擇性強(qiáng),反應(yīng)進(jìn)行很快,適用于大批量的水樣測(cè)定。干擾物為氯和過(guò)氧化氫等其他氧化劑,氯可用馬來(lái)酸屏蔽,過(guò)氧化氫和靛蘭試劑反應(yīng)緩慢,反應(yīng)時(shí)間要在6h以上,一般在4h內(nèi)測(cè)完水樣就影響不大。其他影響可以用空白作對(duì)比來(lái)減去。本實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)定水中臭氧濃度隨時(shí)間的變化情況,從而確定臭氧在水中的最佳接觸時(shí)間,為今后臭氧接觸塔的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。1試驗(yàn)部分1.1磷酸銅酸鈉的制備儀器:臭氧發(fā)生器,臭氧在線監(jiān)測(cè)儀,臭氧反應(yīng)器,磁力攪拌器,臭氧破壞裝置,恒溫水浴鍋,UV-2550,燃燒氧化—非分散紅外分析儀(TOC總有機(jī)碳,IC無(wú)機(jī)碳),利用Dionex100型離子色譜儀,AS12A陰離子交換色譜法,離子色譜法(Br,BrO3)。試劑:溶液A:稱取0.77gC16H7N2O2(SO3K)3,1mL磷酸,加入純水溶解定容至1000mL,冷藏避光保存;溶液B:取100mLA溶液,7mL磷酸,10g磷酸二氫鈉,加入純水溶解定容至1000mL,冷藏避光保存。純水實(shí)驗(yàn)用緩沖溶液:(1)當(dāng)pH值大于8時(shí),分別配制A溶液:0.1molH3BO36.18g,0.1molKCl7.46g,加入純水溶解定容至1000mL;B溶液:0.1molNaOH4g加入純水溶解定容至1000mL。然后取A溶液500mL,按表1對(duì)應(yīng)不同的pH值取B溶液10VmL,加入純水配制成1000mL緩沖溶液,然后取600mL調(diào)整pH值與原水一樣。若在實(shí)驗(yàn)中pH值與原水不一樣,可以用NaOH溶液或H2SO4做微調(diào)。(2)當(dāng)pH值小于8時(shí),用NaH2PO4溶液0.2mol/1000mL,Na2HPO4溶液0.2mol/1000mL,根據(jù)原水pH值及實(shí)驗(yàn)用水12L,參照表2配制600mL緩沖溶液。1.2試驗(yàn)方法和步驟1.2.1實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖11.2.2純水臭氧預(yù)處理回復(fù)使用法實(shí)驗(yàn)步驟:(1)測(cè)定水源水的pH值和TOC(TC,IC)。(2)預(yù)先用超純水把反應(yīng)槽洗干凈后,重新把規(guī)定水量(11.5L)的純水放入反應(yīng)槽。(3)調(diào)整超純水的pH,IC,達(dá)到和水源水一樣的數(shù)值。由于pH值對(duì)臭氧在水中的吸收有較大影響,為了減少干擾,在做純水空白樣時(shí),需調(diào)整pH值與原水一樣,要求用前面所配磷酸緩沖液以及硼酸緩沖液來(lái)調(diào)整pH值;另外由于IC對(duì)臭氧吸收也有影響,在做實(shí)驗(yàn)時(shí)同樣需加入與原水等量的IC,此實(shí)驗(yàn)用K2CO3來(lái)調(diào)整。(4)打開臭氧發(fā)生器,讓實(shí)驗(yàn)裝置的三通閥(V1)于排廢臭氧側(cè),直到臭氧發(fā)生器的臭氧濃度穩(wěn)定后,把實(shí)驗(yàn)裝置的三通閥(V1)切換到反應(yīng)槽這一端,注入臭氧,實(shí)驗(yàn)開始。(5)臭氧預(yù)處理。為了避免純水中少量物質(zhì)消耗臭氧對(duì)空白樣有影響,需按規(guī)定的臭氧注入速度(臭氧氣體濃度?3.5g/m3、氣體流速:1.0L/min),往反應(yīng)槽內(nèi)持續(xù)注入臭氧,進(jìn)行1h左右臭氧處理,停止注入臭氧后,首先注入空氣曝氣,進(jìn)行和臭氧反應(yīng)物質(zhì)的徹底分解。然后確定水中臭氧濃度為0。(6)臭氧預(yù)處理并曝氣完后,測(cè)定反應(yīng)槽中水的pH值,由于K2CO3為強(qiáng)堿弱酸鹽,因此pH值往往升高,此時(shí)用可以用NaOH溶液或H2SO4做微調(diào),調(diào)整到與原水基本一樣,以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。(7)按步驟(3)所示實(shí)驗(yàn)開始,取若干個(gè)50mL的具塞量筒,用移液管加入10mL前面所配試劑B溶液,然后開始充臭氧同時(shí)開始計(jì)時(shí),并按如下時(shí)間:0,0.5,1,1.5,2,3,4,6,8,10,12,14,16,20(min)從取樣口取臭氧處理水樣至50mL(盡量保證準(zhǔn)確性,否則結(jié)果有較大誤差),讓靛藍(lán)試劑B溶液與水樣迅速反應(yīng)。(8)用UV-2550紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為600nm測(cè)定各水樣的吸光度。(9)計(jì)算并做純水臭氧—時(shí)間吸收曲線。水中臭氧量=100×af×b×V×10?1mg/L=100×af×b×V×10-1mg/L,式中:f為系數(shù),0.42;b為比色皿寬度,mm;V為所測(cè)水量,mL;a為空白水樣(即時(shí)間為0)與實(shí)驗(yàn)水樣(時(shí)間不為0)吸光度差。1.2.3臭氧催化氧化反應(yīng)(1)純水實(shí)驗(yàn)結(jié)束后先用水源水把反應(yīng)槽清洗干凈,重新把規(guī)定的水量(12L)的水源水放入反應(yīng)槽。(2)打開臭氧發(fā)生器,讓實(shí)驗(yàn)裝置的三通閥(V1)于排廢臭氧側(cè),直到臭氧發(fā)生器的臭氧濃度穩(wěn)定后,把實(shí)驗(yàn)裝置的三通閥(V1)切換到反應(yīng)槽這一端,注入臭氧,實(shí)驗(yàn)開始。取若干個(gè)50mL的具塞量筒,用移液管加入10mL前面所配試劑B溶液,然后開始充臭氧同時(shí)開始計(jì)時(shí),并按如下時(shí)間:0,0.5,1,1.5,2,3,4,6,8,10,12,14,16,20(min)從取樣口取臭氧處理水樣至50mL(盡量保證準(zhǔn)確性,否則結(jié)果有較大誤差),讓靛藍(lán)試劑B溶液與水樣迅速反應(yīng)。(3)用UV-2550分光光度計(jì)在波長(zhǎng)為600nm測(cè)定各水樣的吸光度。(4)按前面純水所提供公式計(jì)算并做水源水臭氧—時(shí)間吸收曲線(5)臭氧處理結(jié)束后,測(cè)定pH值,采取TOC分析用的樣本。2結(jié)果與分析2.1水源水采用kco3和u3000酸、堿和反應(yīng)溫度a本實(shí)驗(yàn)取自濟(jì)南段黃河水,水源水條件為:pH值為7.78,TOC為3.053mg/L,IC為30.18mg/L,溫度為20℃,純水電阻率為18.2MΩ,pH值為7.06。為了保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和參照性對(duì)于純水的實(shí)驗(yàn)條件與源水基本保持一致,用K2CO3(3.997g)調(diào)整IC為30.18,由于該水源水pH值小于8,所以用磷酸鹽緩沖溶液調(diào)整到7.78,溫度也為20℃,其余條件都與源水實(shí)驗(yàn)一樣,如臭氧發(fā)生器量,臭氧濃度等。實(shí)驗(yàn)結(jié)果及臭氧吸收曲線如圖2所示。2.2臭氧氧化的最適條件是其根本特點(diǎn),在打通過(guò)對(duì)水中溶解性臭氧濃度隨氧化時(shí)間變化的試驗(yàn)研究,由上圖可以得出以下幾個(gè)結(jié)論,通過(guò)吸收曲線我們可清楚知道不同時(shí)間水中臭氧溶解量,而且水中臭氧溶解量為1mg/L左右時(shí)水中臭氧濃度基本達(dá)到飽和,曲線基本呈直線;黃河源水的曲線在實(shí)驗(yàn)開始后3min內(nèi)水中臭氧量很少,此階段內(nèi)原水中的有機(jī)物和其它物質(zhì)被迅速氧化,之后曲線斜率增大并保持穩(wěn)定,水中的溶解性臭氧濃度隨氧化時(shí)間線性增加,至14min左右水中臭氧達(dá)到飽和,曲線基本成一水平直線,因此我們可以基本認(rèn)為濟(jì)南段黃河水臭氧接觸最佳時(shí)間為14min左右。從純水的變化曲線可以看出,純水的曲線斜率基本不變,說(shuō)明水中沒有消耗臭氧的物質(zhì)。水中溶解性臭氧濃度隨氧化時(shí)間線性增加。臭氧氧化與溫度和pH值有關(guān)。所以做這兩條曲線的基本前提是在同水溫、同pH值,同IC下。水中的溶解性臭氧在不到20min全部達(dá)到飽和,可見臭氧氧化速率之快。我們知道,臭氧是一種強(qiáng)氧化劑,它在水中自行分解為羥基自由基,這種羥基自由基的氧化能力比臭氧還要強(qiáng)。而且,臭氧本身的氧化能力與pH值有關(guān)。臭氧在水中的分解速度隨著pH值的提高而加快,如果pH值提高一個(gè)單位,臭氧分解大約快三倍,在pH值為9時(shí),一定臭氧氧化時(shí)間所釋放的OH自由基大約比pH值為8時(shí)多三倍。有研究表明,臭氧在堿性介質(zhì)中比在酸性介質(zhì)中氧化率高,尤其是較