化学法去除饮用水中溴酸盐的研究进展

卫雅伟 张宝忠 刘永德

【摘 要】指出了随着工业化的进步和人民生活水平的的提高，饮用水的安全问题越来越受到大家的重视，溴酸盐的浓度指标是一项重要的指标，它存在着致癌的风险。这次的论述指出了溴酸盐的污染程度以及去除溴酸盐的不同方法。根据国内外研究现状总结出化学还原法是受研究者追捧的，同时总结了采用化学还原法去除溴酸盐的优点，探讨了其进一步的研究进展。

【关键词】化学还原法;溴酸盐;消毒水;研究进展

中图分类号： X742 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）23-0047-002

【Abstract】It is pointed out that with the progress of industrialization and the improvement of people's living standards， the safety of drinking water has received more and more attention from everyone. The concentration index of bromate is an important indicator， and it is the risk of carcinogenesis. This discussion points out the extent of bromate contamination and the different methods of removing bromate. According to the research status at domestic and abroad， the chemical reduction method is popular by researchers. At the same time， the advantages of using chemical reduction to remove bromate are summarized， and further research progress is discussed.

【Key words】Chemical reduction; Bromate; Disinfectant; Research progress

0 引言

溴酸盐（BrO3-）是饮用水中常见的消毒副产物，在臭氧化的水中或废水中的溴化物的源水消毒产生[1]。由于其对人类具有潜在的致癌性，溴酸盐受到世界卫生组织（WHO）和美国环境保护局（USEPA）的严格饮用水管制[2]。而且溴酸盐被国际癌症研究机构认定为潜在性2B级致癌物质，规定其在生活饮用水中的浓度不超过10μg/L。

1 溴酸盐的污染现状

在美国，地下水和地表水均发现溴酸盐，浓度为2.6-204.6μg/L[3]。经调查研究发现我国北方沿海的水体溴离子浓度高达400μg/L。我国深圳水库中溴离子浓度平均值为24μg/L，最大值为73.3μg/L，深圳市的流域面积较大的河流中溴离子平均浓度在60.8～1056μg/L之间，地下水中溴离子浓度在60～250μg/L之间。黄河水中溴离子平均浓度为200μg/L。据报道，来自36个河流样品的溴酸盐浓度仅为4至8μg/L，在英国的含水层中检测到地下水中的溴酸盐污染，其中溴酸盐浓度超过2mg/L长期从化学生產厂长期溢出 [4]。

溴酸盐会对人体造成不同的伤害，长期使用超标的饮用水存在致癌的风险，因此处理饮用水中溴酸盐的问题需要尽快解决。

2 国内外研究现状

根据目前研究现状，有几种方法可以去除水中的溴酸盐，可以分为三大类。分别是吸附方法、电化学方法和化学方法。其中吸附方法中运用最典型的就是水滑石，运用阴离子交换的基本原则去除溴酸盐[5]。电化学法一般采用离子交换膜实现逆浓度对溴酸盐的去除[6-7]。以上两种方法在完全去除溴酸盐存在缺陷。化学方法是利用固相基体上负载活性金属催化还原溴酸盐[8]。作为溴酸盐的电子供体将溴酸盐还原成溴离子，即BrO3-→Br-，为溴酸盐的还原过程提供了所需的电子。

林坤儀[9]的研究采用铁粉为电子供体，选择盐酸进行预处理，因为零价铁（ZVI）容易在空气中形成钝化层，该研究引入草酸以防形成钝化层，而且可以帮助铁粉保持其连续的还原性。尽管ZVI能够除去溴酸盐，但在极少量的草酸OA（250μM）存在下，ZVI的溴酸盐还原显着增强。在还原过程中ZVI被氧化成Fe2+，随后氧化成Fe3+以提供电子以还原目标化合物[10]。

陈桓[11]等人研究运用金属钯作为电子供体，在常规的浸渍操作手段下，以氧化铝作为载体制备还原溴酸盐的材料。溴酸盐还原遵循Langmuir-Hinshelwood模型，反映了吸附控制还原机理。增加钯的负载量会导致溴酸盐还原增强。实验结果表示，在初始浓度为0.39mM的溴酸盐在Pt/Al2O3上的去除率为80.2%，在反应2h后，Pd/Al2O3的去除率接近100%。

Botlaguduru， V.S.V.[12]等采用先进的紫外-亚硫酸盐还原体系展开去除溴酸盐的研究。将两个固定222nm的单色紫外线辐射源用于激活，照射配置好溶液的反应皿。溴酸盐的还原去除途径可以分为两大方面，一是可以直接光解，二是由亚硫酸盐活化形成的自由基与之进行还原反应。研究结果表明紫外-亚硫酸盐可以有效地完全去除溴酸盐。

赵玉敏[13]等人主要研究单壁碳纳米管的溴酸盐去除效果，因为单壁碳纳米管具有大比表面积和高孔体积。对于0.5mg·L-1和1mg·L-1的溴酸盐溶液，用10mg的单壁碳纳米管即可达到100%的去除率。另外，随着对材料焙烧温度的升高，其去除溴酸盐的性能明显增强。这是由于随着焙烧温度升高使材料具有更高的等电点所致。碳纳米管循环使用4次后对溴酸盐的吸附还原效果无明显降低。

3 化学还原法去除溴酸盐的优点

化学还原法是利用具有还原性的活泼金属或贵金属，例如铁、铝、钯、钴等，利用这些金属的还原性，促使溴酸盐的还原反应，达到将溴酸根转化为溴离子的目的，随着还原性金属的负载量增加，溴酸盐的去除效果也会增加，经过试验设计可以达到完全去除的效果。

其中，负载铁金属进行还原的可行性经济绿色，酸性条件下进行如下过程：

6Fe2++6H++BrO-3→6Fe3++3H2O+Br-

与生物方法和电化学方法相比，化学还原法耗时短，达到了还原污染物的目的，而不是仅仅将溴酸盐污染物吸附或转移，因此，化学还原法去除溴酸盐具有深远的研究意义。

【参考文献】

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[12]V. S. V. Botlaguduru， B. Batchelor and A. Abdel-Wahab， Journal of Water Process Engineering 2015， 5， 76-82.

[13]趙玉敏，万海勤，许昭怡等.碳纳米管吸附还原溴酸盐研究[J].南京大学学报（自然科学），2017（3）：287-291.