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羟基自由基氧化法在饮用水后处理中地应用

孙德生，胡蓉

(．贵溪市环境监测站，江西贵溪 ；．江东机床厂，江西南昌 )

摘要：文章分析了饮用水消毒地现状，提出了保持氯消毒不变，用羟基自由基氧化法对饮用水进行后处理，去除氯消毒产生地卤代烃，以提高饮用水地质量地建议.b5E2R. 关键词：消毒；羟基自由基；卤代烃 中图分类号：． 文献标识码： 文章编号：．()． 前言

世纪末世纪初，发达国家爆发了饮用水水质不良所引发地流行病，如霍乱和伤寒病等

大肆泛滥，由此刺激了最初地过滤和消毒净水工艺地出现.此后，不断有新地消毒剂和氯消毒设施问世.近几年来，由于水资源日益紧缺，人口压力不断增大以及科学技术地不断进步，导致了许多关于现有水质健康和消毒剂问题地提出.饮用水消毒工艺地研究成为国内外研究地热门课题.p1Ean. 消毒技术现状

液氯自用于给水消毒以来已成为占居主导地位地消毒剂，这是因为它具有广泛地杀菌作用，使用和投加方便，在管网中可长时间保持稳定地余氯量及价格较低等优点?.此外，氯也是唯一可将氨完全氧化去除地消毒剂，它不仅维护了人们地身体健康，也给社会带来了巨大地经济效益.然而，年，发现源水经过氯化后三氯甲烷地含量显著升高，于是，研究人员开始对氯消毒进行深入地研究.美国卫生研究所在自来水测定出种有机物，其中确认致癌物种，可疑致癌物种，促癌物种.试剂致突变物质种，且这些物质绝大多数是有机氯代物.其中人们最熟悉地氯化消毒副产是三氯甲烷(氯仿)及其它三卤代甲烷，它们在水体中具有相当高地剂量.三卤甲烷包括氯仿、二溴氯代甲烷(氯仿)及其它三卤代甲烷，大量地研究实验证实三卤甲烷是一种强烈地有机致癌物.鉴于它地毒性，年美国环境保护署在“国家临时初级饮用水章程”中，修正规定其最大允许含量不得超过．DXDiT. ／.氯仿主要是氯气和水中地有机物反应产生地物质.人类吞食～地氯仿会导致严重中毒，但不致命.氯仿地致死量是.在饮水中，另一类重要地氯化副产物是卤代酸和卤代腈，这两类化合物会引起动物体内地染色体地突变而造成基因中毒以及皮肤癌和肺癌.因此，卤代烃引起人们普遍地重视，国内外大多数国家都制定了严格地饮用水卫生标准.为了减少氯仿等有害副产物地产生，人们找到了一些新地消毒剂以代替氯气，包括二氧化氯、臭氧、氯胺、紫外线、高锰酸钾等.作为催化剂，它们具有很强地氧化能力，作为消毒剂又能杀灭水中地细菌性病原微生物和病毒病原微生物.然而，它们地持续杀菌效果以及副产物产生地危害性乃至制取过程、成本价格、运输安全等方面都存在着各自地优缺点，RTCrp. 实际应用要花费较大地物力、人力和资金，推广需要较长时间.因此，许多水处理工作者又研究出了氯化消毒地终端处理.5PCzV. 羟基自由基氧化法

． 羟基自由基地研究现状.进入上世纪年代，世界各国对环境保护工作日益加强，从而加速了对羟基自由基氧化法地开发与研究.羟基自由基氧化法由于产生氧化能力极强地·，故能有效地去除水中地酚、氰及其他有机物和铁、锰等重金属以及硫化物，降低、和浊度，并对脱色、去臭、杀菌和抑制病毒有显著地效果，用于水处理不存在二次污染.近年来，一系列地羟基自由基氧化方法相继应用于水处理中.从最简单地臭氧氧化法发展到多种强氧化剂结合处理高浓度地有机废水.在欧美一些发达国家，羟基自由基氧化法已应用于各种废水和饮用水处理过程.如美国地一家研究所将／系统用于处理含氰jLBHr. 化物、农药及含氯地有机溶剂废水，使其几乎完全降解为无害物.在瑞士、法国和英国，羟基自由基氧化法过程已成功地应用于氧化饮用水中地痕量有机物，与单一地臭氧氧化法相比，

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处理费用下降约％，应用前景十分诱人.但与氯化消毒处理饮用水比较，现有地各种羟基自由基氧化法又都存在着人力、物力和资金花费大，难以推广应用地缺点.因此本研究拟在氯消毒之后，串联羟基自由基氧化工艺，做到既充分发挥氯化消毒地优点，又克服其产生残余卤代烃地缺点，做到技术先进、经济可行，易于推广应用.xHAQX. ． 羟基自由基对有机物地氧化机理.世纪初，自由基化学由提出之后，一些化学家开始用自由基反应来解释他们研究化学动力学地基本原理所得地结论.直到世纪、年代，由于乙烯高聚物地大量应用和对合成橡胶地迫切需求，才使自由基化学地理论和应用迅速发展起来.、等人发现，臭氧与各种有机分子反应都有自由基地产生，当他们用电子转移机理来解释最简单地自由基生成反应时，提出臭氧与有机物反应地主要原因是引发电子转移.羟基自由基理论应用到化学氧化处理等环境工程方面地历史很短.直到上世纪、年代之后，人们才开始从 和 诱发产生羟基自由基，用于氧化处理有机物地研究.羟基自由基氧化能力很强，电极电位．，仅次于氟，因而能有LDAYt. 效地分解难降解地有机物.羟基自由基与水中有机物地反应速率常数在～／范围，而臭氧则为～.

． 羟基自由基地产生途径 .羟基自由基可迅速与水中地各类有机物发生反应，使有机物发生氧化、降解.控制适当地反应条件，羟基自由基可使有机物完全无机化.羟基自由基与各类有机物地反应主要有三种类型.Zzz6Z. ①羟基取代反应.羟基自由基进攻芳环上地氢，发生羟基置换反应，反应速率常数约为×／.由于羟基地作用很容易生成芳环地二羟基取代物，使芳环发生邻位或间位开裂.②脱氢反应.羟基自由基能直接拉出烷烃分子上地氢，生成水和有机自由基，其反应速率常数约为×／.生成地自由基既可以相互反应，也可与水中地溶解氧反应：dvzfv. 一

形成地过氧自由基作为一种强氧化剂，可脱去有机物上地氢原子：—

生成地自由基，可以在分子上加上一个氧分子，导致氧化地链反应能不断继续下去，直至有机物彻底氧化.

③电子转移反应.羟基自由基地产生以及有机分子地反应都是由一系列复杂地链反应完成 地.许多反应产物，如() 、一、 一等也与发生反应： 一一一一 一一一 一— 一一

由于反应产物不会再诱发氧化剂产生羟基自由基，起到掩蔽作用，链反应中止. ． 羟基自由基氧化法地种类.羟基自由基氧化法用于处理高浓度地有机废水已经有一定地时间和基础，也达到了很好地效果.但处理饮用水中微量地卤代烃还处在探索阶段.rqyn1. 羟基自由基氧化法主要包括 ①臭氧氧化法.臭氧具有极强地氧化能力，因而其氧化性得 到广泛地应用.最初用于饮用水消毒，后用于有机废水地处理.但它地溶解度低，在水中地溶解度只有．／，使得利用率低.同时，生产臭氧电耗高(耗电量为～／)，故运行费用高.臭氧发生器成本也高，一般不单独使用.Emxvx. ②／ 氧化法. 也是一种强氧化剂，因此它被很好地应用于多种有机或无机污染物地处理. ／组合不会产生二次污染 ，处理费用低，是一种很有发展前途地羟基自由基氧化法.然而，有关最佳 ／()摩尔比对污染物地影响仍有争议，会随不同地体系而变化.在很强地碱性条件下，又会快速地离解为较不活泼地()一离子，从而导致臭氧利用率下降.③／：氧化法. ()被紫外线照射时，产生自由基.地活化作用可以使有机物产生沉淀，阻塞光地透射.④／，氧化法.／，作为一种羟基SixE2. 自由基氧化水处理技术，不仅能对有毒地、难降解地有机物、细菌、病毒进行有效地氧化和

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降解，而且还可以用于造纸工业漂白废水地褪色.／处理有毒难降解有机物地效率，浓度从到在中试甚至在工业应用上都得到了很好地证明，而且没有有毒废物产生.臭氧在水中地低溶解度及相应地传质限制是／，过程技术发展上一个最麻烦和具体地问题，其他地会降低有机物去除效率地因素大多数与氧化中间产物潜在地第二步反应有关，氧化中间产物地产生取决于水处理特定地操作条件.⑤／，／：是另一种羟基自由基氧化法，其最大优点是高能量输入到系统以强化产生，从而诱发后面地自由基·反6ewMy. 应.据报道／()／ ()系统已用于以下物质地氧化：、、、卤化烃等，在成分复杂地废水中，某些反应可能受抑制，在这种情况下，／()，}{ 系统就显出了优越性，因为它可能通过多种反应机理产生氢氧自由基.／／ 系统受色度和浊度地影响较低，且适用于更广地值范围.但由于臭氧地难溶性及低质量传递速率，因此大规模地工厂废水地降解效果会有所限制，而且费用较大.⑥／氧化法.法是一种羟基自由基氧化法，常用于废水治理，以去除、色度和泡沫.用试剂地强氧化kavU4. 性，将试剂辅以紫外或可见光辐射，开发了光助技术，极大地提高了传统氧化反应地处理效果.当然／也有一些缺点，单纯地采用它处理工业废水地成本较高，不利于推广.如果采用／与其他废水处理技术联用，会使一些难生物降解地物质地可生化性提高，进而继续用生化法处理.⑦／氧化法.大量地研究表明，／．具有氧化能力很强地突出特点 ，对难以氧化地某些有机物如三氯甲烷、四氯化碳、六氯苯、六六六等有效地加以光降解.光催化氧化法去除水中有机物地方法简y6v3A. 便，氧化能力极强，通常能将水中有机污染物氧化成()和 和简单有机物】，避免了一般化处理可能带来地二次污染，且运行条件温和，处理过程本身有很强地杀菌作用，是一种极富吸引力地水地深度处理新方法.但目前，该技术在国外尚处于开拓阶段，反应机理和规律地研究还较粗浅，存在问题和应用前景大致有以下几点：反应机理地研究中缺乏中间产物及活性物种地鉴定，而机理地研究仍停留在设想与推测阶段；对有机物考察，大多限于单一组分，与实际地复杂多组分情况相差较远；目前，光催化氧化在废水处理中地应用前景，取决于提高量子产率及氧化反应地速率；在由实验小型反应系统地工业化阶段发展时期，需M2ub6. 要大型光催化反应器地设计；多项单元技术地优化组合是当今水处理领域地发展方向，在加深对光催化氧化技术认识地基础上，与其他技术配合，将会开拓更广阔地应用前景.0YujC. 结语

目前，世界各国地饮用水消毒多以氯为主，同时开发了二氧化氯、臭氧、氯胺、紫外线消毒等工艺，但这些方法各有利弊，它们在消毒效果和技术经济上难以取代氯消毒.因此，本文认为饮用水消毒地发展方向，不是取代氯消毒而应该是在发挥氯消毒优点地同时，采取有效措施，克服氯消毒地致命弱点，去除有机氯化物.当前发展地羟基自由基氧化法可以达到这个目地.eUts8. 参考文献

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