臭氧/紫外-活性炭工艺去除水源水中莠去津的效能研究

战 友,罗海斌,付 丽,李立欣*

(1.黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨 150022；2.哈尔滨石油学院化学工程系，黑龙江哈尔滨 150027)



臭氧/紫外-活性炭工艺去除水源水中莠去津的效能研究

战 友1,罗海斌2,付 丽1,李立欣1*

(1.黑龙江科技大学环境与化工学院，黑龙江哈尔滨 150022；2.哈尔滨石油学院化学工程系，黑龙江哈尔滨 150027)

莠去津(atrazine,AT)又名阿特拉津，是一类三氮苯系农药[1]，大部分用作除草剂。莠去津有C-Cl键，在O3氧化作用下易发生断裂。由于莠去津在农业生产上被广泛应用，导致水体中莠去津的含量也随之增加，造成水体污染，成为给水处理所面临的十分棘手的问题。农药具有高度的稳定性，难于被生物降解，也难于被药剂氧化。高级氧化是近年发展起来的一种新型除污染技术，利用在氧化过程中产生的具有很强氧化能力的自由基强化分解水中的高稳定性有机污染物，是一类很有发展前途的除污染技术[2-4]。

高级氧化技术的定义在1987年被首先提出，即以反应中产生的羟基自由基(·OH)为主要氧化剂，氧化分解和矿化水中的有机污染物的氧化方法[5]。高级氧化也被称为深度氧化，与传统的氧化技术相比，高级氧化技术具有以下几个特点[6]：①在反应过程中可以产生大量自由基，且具有强氧化性；②反应速度快；③适用范围广，具有较高氧化电位的自由基几乎可将所有有机物氧化直至完全分解；④反应条件温和；⑤可以诱发链反应；⑥可以与其他的水处理技术联用；⑦易操作和管理。

通过考察臭氧氧化与活性炭组合工艺、紫外消毒与活性炭组合工艺、臭氧/紫外与活性炭组合工艺这3种处理方法对松花江哈尔滨段江水中的莠去津处理效能，不仅可以源头上消除及降低饮用水中的莠去津潜在危害，还可以为工程上开展去除水源水中莠去津提供技术支持。

1试验材料与方法

1.1试验用水及水质试验用水取自黑龙江科技大学主校区旁的松花江水。莠去津浓度在0.341~0.556 μg/L之间。

1.2装置和试验分析方法

1.2.1装置。该试验装置主要由三部分组成，分别是常规处理部分、高级氧化部分和活性炭降解部分，能够实现提高出水水质以及各个工艺部分之间的正常运行。常规处理工艺进水为3 m3/h，高级氧化工艺与活性炭降解工艺进水为1.5 m3/h，水力停留时间为23 min。试验装置见图1。

松花江水通过江水泵以流量3 t/h打入混凝水箱和二级过滤罐，滤后水以1.5 t/h的流量进入两组并联的高级氧化反应器(450 mm×400 mm×2 800 mm)，最后将处理后的水用消毒后的取样瓶取样带回实验室分析。

1.2.2试验分析方法。采用《生活饮用水标准检验方法 农药指标》(GB/T 5750.9-2006)[7-10]。

2试验结果与分析

2.1O3-活性炭工艺对莠去津的去除效果在温度16 ℃、pH=7.6、水力停留时间为20 min的条件下，以对松花江水中莠去津的去除效果为依据，通过观察不同O3投加量对水质处理效果，来最终确定系统的O3投加浓度为3.9 mg/L。

O3-活性炭工艺对莠去津的去除效果见图2，O3工艺与O3-活性炭工艺对莠去津处理效率对比见图3。由图3可知，O3-活性炭工艺对莠去津的去除率比单独O3工艺要提高约40%，O3-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为58.7%；由图2看出，原水莠去津浓度在0.341~0.556 μg/L，经O3-活性炭工艺处理后莠去津浓度在0.146~0.223 μg/L，出水中莠去津的平均浓度为0.183 μg/L。

2.2UV-活性炭工艺对莠去津的去除效果在温度16 ℃、pH=7.6、水力停留时间为20 min的条件下，在UV-活性炭工艺中，要先确定适当的紫外光照强度。试验以对松花江水中莠去津的去除效果为主要依据，通过观察不同的紫外光照强度对水质处理效果，最终确定系统的光照强度为4 712 μW/cm2(38盏)进行试验。

由图4可知，原水中莠去津浓度在0.341~0.556 μg/L之间，经UV-活性炭工艺处理后，水中的莠去津浓度在0.139~0.217 μg/L之间；由图5可知，UV-活性炭工艺对莠去津的去除率比单独UV工艺提高了约40%，UV-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为59.9%。

2.3O3/UV-活性炭对莠去津的去除效果在温度16 ℃、pH=7.6、水力停留时间为20 min的条件下，在O3/UV-活性炭工艺中，要先确定适当的紫外光照强度。试验以对松花江水中莠去津的去除效果为主要依据，通过观察不同的紫外光照强度对水质处理效果，最终确定O3/UV组合工艺的O3投加量为3.9 mg/L，光照强度为4 340 μW/cm2(35盏)。

由图6可知，原水莠去津浓度在0.341~0.556 μg/L之间，经O3/UV-活性炭工艺处理后水中的莠去津浓度在0.024~0.042 μg/L之间；由图7可知，O3/UV-活性炭工艺对莠去津的去除率比O3/UV工艺要提高约50%，经计算O3/UV-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为92.5%。

3结论

(1)O3-活性炭工艺对莠去津的去除率比单独O3工艺要提高约40%，O3-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为58.7%。

(2)UV-活性炭工艺对莠去津的去除率比单独UV工艺提高了约40%，UV-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为59.9%。

(3)O3/UV-活性炭工艺对莠去津的去除率比O3/UV工艺要提高约50%，经计算O3/UV-活性炭工艺对莠去津的平均去除率为92.5%。

(4)3种高级氧化技术都对松花江水中莠去津有一定的处理效果，O3/UV-活性炭工艺﹥UV-活性炭工艺﹥O3-活性炭工艺，且与活性炭联用技术都比单独工艺效果要好。经O3/UV-活性炭工艺处理后，水中的莠去津浓度在0.024~0.042 μg/L之间。

参考文献

[1] 郑磊,张依章,张远,等.太子河流域莠去津的空间分布及风险评价[J].环境科学,2014,35(4):1263-1270.

[2] BERGER P,KARPEL N,LEITNER V,et al.Ozone and hydroxyl radicals induced oxidation of glycine[J].Water research,1999,33(2):43-44.

[3] 刘超,强志民,张涛,等.光紫外光和基于紫外光的高级氧化工艺降解农药的研究进展[J].环境科学学报,2011,31(2):225-235.

[4] 聂冬，金明姬，董微巍，等.高级氧化法在水处理领域中的应用研究[J].延边大学农学学报，2014(2)：179-185.

[5] 罗海斌,战友,任广萌,等.高级氧化技术的现状及发展[J].河南化工,2013,30(12):24-26.

[6] 黄洪勋，孙亚全，陈明发.高级氧化技术在水处理中的应用[J].黑龙江环境通报,2012,36(3):60-63.

[7] 孙中华,苏代群,肖长文,等.固相萃取-高效液相色谱法测定玉米中莠去津[J].种子世界,2012(2):29-30.

[8] 史伟,李香菊,张宏军.除草剂莠去津对环境的污染及治理[J].农药科学与管理,2009,30(8):30-33.

[9] 赵丽红,梅向阳,徐文婷.水中莠去津的检测方法与处理技术研究[J].工业安全与环保,2008,34(5):31-32.

[10] 栾燕,汤先伟,王瞡,等.环境样品中乙草胺和莠去津的气相色谱-质谱测定法[J].环境与健康杂志,2005,22(4):294-295.

摘要为了考察高级氧化技术对水中莠去津处理效果，分别通过臭氧(O3)氧化与活性炭组合工艺、紫外(UV)消毒与活性炭组合工艺、臭氧-紫外与活性炭组合工艺这3种处理方法对松花江哈尔滨段江水中的莠去津处理效果进行试验。试验结果表明，莠去津去除效果O3/UV-活性炭工艺﹥UV-活性炭工艺﹥O3-活性炭工艺，且与活性炭联用技术都比单独工艺效果要好，经O3/UV-活性炭工艺处理后出水中莠去津的平均浓度为0.033 μg/L。

关键词水处理；莠去津；高级氧化；活性炭

Efficiency Study on Removal of Atrazine in Source Water by Ozone/UV-Activated Carbon Filler Technique

ZHAN You1, LUO Hai-bin2, FU Li1, LI Li-xin1*(1. Environmental and Chemistry Engineering College, Heilongjiang University of Science and Technology, Harbin, Heilongjiang 150022; 2. Department of Chemical Engineering, Harbin Institute of Petroleum, Harbin, Heilongjiang 150027)

AbstractAdvanced oxidation processes are widely used technology in water treatment field. The treatment effects of atrazine in Songhua River by combined processes of ozone-activated carbon, ultraviolet light-activated carbon and ozone-ultraviolet light-activated carbon were discussed in this paper. Results show that the treatment performance of atrazine by ozone-ultraviolet light-activated carbon is the best. And those by ultraviolet light-activated carbon and by ozone-activated carbon are the second and the third, respectively. The average concentration of atrazine in effluent is 0.033 μg/L by combined process of ozone-ultraviolet light-activated carbon.

Key wordsWater treatment; Atrazine; Advanced oxidation processes; Activated carbon

收稿日期2015-10-14

通讯作者

作者简介战友(1968-)，男，黑龙江哈尔滨人，教授，从事环境管理及水处理技术研究。*，讲师，博士，从事水处理技术研究。

基金项目黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541701)。

中图分类号S 181.3；X 522

文献标识码A

文章编号0517-6611(2015)32-123-03