黄河水臭氧氧化处理最佳接触时间的确定

黄河水臭氧氧化处理最佳接触时间的确定

0臭氧脱色的测定目前，有许多方法可以分析水体中的臭氧浓度，包括碘法、紫外分光光度法、电气法等。其中，碘法已成为美国和其他国家的标准方法，但这些方法并不理想。靛蓝三磺酸试剂法,是由瑞士的Bader和Hoigne于1979年提出,它具有测定简便、迅速,选择性强,抗干扰能力优于其他方法的优点,所以为目前欧洲的标准方法。它的测定原理是:将含臭氧的水样和酸性靛兰试剂混合,臭氧会使蓝色脱色。脱色程度用波长600nm的吸光度测定,和空白样品比较,减少值和臭氧浓度成比例。由于靛兰试剂和臭氧按化学式进行脱色反应,对臭氧反应灵敏,所以选择性强,反应进行很快,适用于大批量的水样测定。干扰物为氯和过氧化氢等其他氧化剂,氯可用马来酸屏蔽,过氧化氢和靛兰试剂反应缓慢,反应时间要在6h以上,一般在4h内测完水样就影响不大。其他影响可以用空白作对比来减去。本实验主要是测定水中臭氧浓度随时间的变化情况,从而确定臭氧在水中的最佳接触时间,为今后臭氧接触塔的设计提供依据。1试验部分1.1磷酸铜酸钠的制备仪器:臭氧发生器,臭氧在线监测仪,臭氧反应器,磁力搅拌器,臭氧破坏装置,恒温水浴锅,UV-2550,燃烧氧化—非分散红外分析仪(TOC总有机碳,IC无机碳),利用Dionex100型离子色谱仪,AS12A阴离子交换色谱法,离子色谱法(Br,BrO3)。试剂:溶液A:称取0.77gC16H7N2O2(SO3K)3,1mL磷酸,加入纯水溶解定容至1000mL,冷藏避光保存;溶液B:取100mLA溶液,7mL磷酸,10g磷酸二氢钠,加入纯水溶解定容至1000mL,冷藏避光保存。纯水实验用缓冲溶液:(1)当pH值大于8时,分别配制A溶液:0.1molH3BO36.18g,0.1molKCl7.46g,加入纯水溶解定容至1000mL;B溶液:0.1molNaOH4g加入纯水溶解定容至1000mL。然后取A溶液500mL,按表1对应不同的pH值取B溶液10VmL,加入纯水配制成1000mL缓冲溶液,然后取600mL调整pH值与原水一样。若在实验中pH值与原水不一样,可以用NaOH溶液或H2SO4做微调。(2)当pH值小于8时,用NaH2PO4溶液0.2mol/1000mL,Na2HPO4溶液0.2mol/1000mL,根据原水pH值及实验用水12L,参照表2配制600mL缓冲溶液。1.2试验方法和步骤1.2.1实验系统图11.2.2纯水臭氧预处理回复使用法实验步骤:(1)测定水源水的pH值和TOC(TC,IC)。(2)预先用超纯水把反应槽洗干净后,重新把规定水量(11.5L)的纯水放入反应槽。(3)调整超纯水的pH,IC,达到和水源水一样的数值。由于pH值对臭氧在水中的吸收有较大影响,为了减少干扰,在做纯水空白样时,需调整pH值与原水一样,要求用前面所配磷酸缓冲液以及硼酸缓冲液来调整pH值;另外由于IC对臭氧吸收也有影响,在做实验时同样需加入与原水等量的IC,此实验用K2CO3来调整。(4)打开臭氧发生器,让实验装置的三通阀(V1)于排废臭氧侧,直到臭氧发生器的臭氧浓度稳定后,把实验装置的三通阀(V1)切换到反应槽这一端,注入臭氧,实验开始。(5)臭氧预处理。为了避免纯水中少量物质消耗臭氧对空白样有影响,需按规定的臭氧注入速度(臭氧气体浓度≐3.5g/m3、气体流速:1.0L/min),往反应槽内持续注入臭氧,进行1h左右臭氧处理,停止注入臭氧后,首先注入空气曝气,进行和臭氧反应物质的彻底分解。然后确定水中臭氧浓度为0。(6)臭氧预处理并曝气完后,测定反应槽中水的pH值,由于K2CO3为强碱弱酸盐,因此pH值往往升高,此时用可以用NaOH溶液或H2SO4做微调,调整到与原水基本一样,以确保实验的准确性。(7)按步骤(3)所示实验开始,取若干个50mL的具塞量筒,用移液管加入10mL前面所配试剂B溶液,然后开始充臭氧同时开始计时,并按如下时间:0,0.5,1,1.5,2,3,4,6,8,10,12,14,16,20(min)从取样口取臭氧处理水样至50mL(尽量保证准确性,否则结果有较大误差),让靛蓝试剂B溶液与水样迅速反应。(8)用UV-2550紫外分光光度计在波长为600nm测定各水样的吸光度。(9)计算并做纯水臭氧—时间吸收曲线。水中臭氧量=100×af×b×V×10−1mg/L=100×af×b×V×10-1mg/L,式中:f为系数,0.42;b为比色皿宽度,mm;V为所测水量,mL;a为空白水样(即时间为0)与实验水样(时间不为0)吸光度差。1.2.3臭氧催化氧化反应(1)纯水实验结束后先用水源水把反应槽清洗干净,重新把规定的水量(12L)的水源水放入反应槽。(2)打开臭氧发生器,让实验装置的三通阀(V1)于排废臭氧侧,直到臭氧发生器的臭氧浓度稳定后,把实验装置的三通阀(V1)切换到反应槽这一端,注入臭氧,实验开始。取若干个50mL的具塞量筒,用移液管加入10mL前面所配试剂B溶液,然后开始充臭氧同时开始计时,并按如下时间:0,0.5,1,1.5,2,3,4,6,8,10,12,14,16,20(min)从取样口取臭氧处理水样至50mL(尽量保证准确性,否则结果有较大误差),让靛蓝试剂B溶液与水样迅速反应。(3)用UV-2550分光光度计在波长为600nm测定各水样的吸光度。(4)按前面纯水所提供公式计算并做水源水臭氧—时间吸收曲线(5)臭氧处理结束后,测定pH值,采取TOC分析用的样本。2结果与分析2.1水源水采用kco3和u3000酸、碱和反应温度a本实验取自济南段黄河水,水源水条件为:pH值为7.78,TOC为3.053mg/L,IC为30.18mg/L,温度为20℃,纯水电阻率为18.2MΩ,pH值为7.06。为了保证实验的准确性和参照性对于纯水的实验条件与源水基本保持一致,用K2CO3(3.997g)调整IC为30.18,由于该水源水pH值小于8,所以用磷酸盐缓冲溶液调整到7.78,温度也为20℃,其余条件都与源水实验一样,如臭氧发生器量,臭氧浓度等。实验结果及臭氧吸收曲线如图2所示。2.2臭氧氧化的最适条件是其根本特点,在打通过对水中溶解性臭氧浓度随氧化时间变化的试验研究,由上图可以得出以下几个结论,通过吸收曲线我们可清楚知道不同时间水中臭氧溶解量,而且水中臭氧溶解量为1mg/L左右时水中臭氧浓度基本达到饱和,曲线基本呈直线;黄河源水的曲线在实验开始后3min内水中臭氧量很少,此阶段内原水中的有机物和其它物质被迅速氧化,之后曲线斜率增大并保持稳定,水中的溶解性臭氧浓度随氧化时间线性增加,至14min左右水中臭氧达到饱和,曲线基本成一水平直线,因此我们可以基本认为济南段黄河水臭氧接触最佳时间为14min左右。从纯水的变化曲线可以看出,纯水的曲线斜率基本不变,说明水中没有消耗臭氧的物质。水中溶解性臭氧浓度随氧化时间线性增加。臭氧氧化与温度和pH值有关。所以做这两条曲线的基本前提是在同水温、同pH值,同IC下。水中的溶解性臭氧在不到20min全部达到饱和,可见臭氧氧化速率之快。我们知道,臭氧是一种强氧化剂,它在水中自行分解为羟基自由基,这种羟基自由基的氧化能力比臭氧还要强。而且,臭氧本身的氧化能力与pH值有关。臭氧在水中的分解速度随着pH值的提高而加快,如果pH值提高一个单位,臭氧分解大约快三倍,在pH值为9时,一定臭氧氧化时间所释放的OH自由基大约比pH值为8时多三倍。有研究表明,臭氧在碱性介质中比在酸性介质中氧化率高,尤其是较