CN108358274A - 一种去除水体中微污染物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种去除水体中微污染物的方法，将可溶性高锰酸盐与含有微污染物的水体混合，在紫外光辐照下进行氧化反应。本发明利用紫外光活化高锰酸盐，提高了高锰酸盐的氧化能力，不需要额外添加还原剂或者催化剂就可以高效去除水体中的微污染物，且不产生二次污染，操作简便，可以应用于对含有微污染物的水体进行预氧化或者深度后处理。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，具体涉及一种去除水体中微污染物的方法。
背景技术
随着工农业水平的迅速发展及人民生活水平的不断提高，大量有毒有害的微污染物，如药物与个人护理品(PPCPs)、持久性有机污染物(POPs)、农药、石油类有机污染物、化工产品及其他各类人造化学品排入自然水体；同时，藻类或细菌的繁殖引起了水体中藻毒素、嗅味物质以及内毒素含量增加的问题，使水体受到严重污染。
高锰酸盐氧化是一种常见的用于预氧化或者氧化的水处理技术。高锰酸盐是一种绿色的氧化剂，在氧化降解微污染物过程中不会产生有毒、有害的卤代消毒副产物，而且易于操作使用、便于运输、价格低廉。高锰酸盐能与多电子有机物基团，如酚类、不饱和烃类物质反应，从而去除有类似结构的微污染物。然而，高锰酸盐氧化能力有限，对于绝大多数微污染物氧化速率较慢，对一些结构稳定的微污染物，如甲硝唑、奥硝唑、氯霉素、布洛芬、吉非罗齐、扑里米酮、大环内酯等物质，不能氧化去除。
因此，在水体受到微污染物污染的威胁下，研究去除水体中微污染物的方法从而有效地提高水质安全性，对水资源的可持续利用和社会发展具有极其重要的战略意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除水体中微污染物的方法，本发明提供的方法能够有效去除水体中微污染物。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种去除水体中微污染物的方法，包括以下步骤：
将可溶性高锰酸盐与含有微污染物的水体混合，在紫外光辐照下进行氧化反应。
优选地，所述可溶性高锰酸盐包括高锰酸钾和/或高锰酸钠。
优选地，所述水体中可溶性高锰酸盐的浓度为5～200μmol/L。
优选地，所述水体中微污染物包括药物与个人护理品、持久性有机污染物、嗅味物质、藻毒素、内毒素、农药、石油类有机污染和难降解有机物中的一种或几种。
优选地，所述水体包括饮用水、自来水、地表水、地下水、生活污水或工业废水。
优选地，所述紫外光的波长为254nm，光强为40～1500mJ·cm-2。
优选地，所述紫外光由紫外灯管提供；所述紫外灯管的光源包括发光二极管、低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、卤素灯、氙灯、黑灯、真空紫外灯、X射线、α射线、γ射线和太阳光中的一种或几种。
优选地，所述紫外光辐照的方式为过流式、浸没式或表面辐照式。
优选地，所述氧化反应的温度为20～40℃；氧化反应的时间为10～30min。
优选地，所述氧化反应在pH值为4～9的条件下进行。
本发明提供了一种去除水体中微污染物的方法，将可溶性高锰酸盐与含有微污染物的水体混合，在紫外光辐照下进行氧化反应。本发明利用紫外光活化高锰酸盐，提高了高锰酸盐的氧化能力，不需要额外添加还原剂或者催化剂就可以高效去除水体中的微污染物，且不产生二次污染，操作简便，可以应用于对含有微污染物的水体进行预氧化或者深度后处理。实施例的实验结果表明，采用本发明提供的方法，当紫外光辐照和高锰酸盐联合作用时，萘啶酸、氟甲奎和布洛芬的去除效率大幅度增加，一级反应速率常数分别为0.76、0.189和0.162min-1，解决了单独采用高锰酸盐氧化能力不足的问题，且比单独紫外光辐照的一级反应速率常数分别增加了17.1、6.56和2.77倍。
附图说明
图1为纯水中萘啶酸的降解曲线图；
图2为纯水中氟甲奎的降解曲线图；
图3为纯水中布洛芬的降解曲线图；
图4为纯水和自来水中萘啶酸的降解曲线对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种去除水体中微污染物的方法，包括以下步骤：
将可溶性高锰酸盐与含有微污染物的水体混合，在紫外光辐照下进行氧化反应。
本发明利用紫外光活化高锰酸盐，提高了高锰酸盐的氧化能力，不需要额外添加还原剂或者催化剂就可以高效去除水体中的微污染物，可以应用于对含有微污染物的水体进行预氧化或者深度后处理。
本发明对于所述可溶性高锰酸盐没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的可溶性高锰酸盐即可；在本发明中，所述可溶性高锰酸盐优选包括高锰酸钾和/或高锰酸钠。本发明对于所述可溶性高锰酸盐的使用方式没有特殊的限定，具体可以直接以固体粉末的形式使用或者以高锰酸盐溶液的形式使用。
在本发明中，所述水体中可溶性高锰酸盐的浓度优选为5～200μmol/L，更优选为20～100μmol/L，最优选为30～60μmol/L。
在本发明中，所述水体优选包括饮用水、自来水、地表水、地下水、生活污水或工业废水。本发明对于所述水体的具体来源没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的来源即可。
在本发明中，所述水体中微污染物优选包括药物与个人护理品(PPCPs)、持久性有机污染物(POPs)、嗅味物质、藻毒素、内毒素、农药、石油类有机污染和难降解有机物中的一种或几种。在本发明中，所述PPCPs优选包括处方药物、非处方药物、兽药、天然激素、人造激素、化妆品、人造麝香和X射线造影剂中的一种或几种；所述处方药物和非处方药物优选独立地包括抗生素、镇定剂或抗癫痫药。本发明对于上述各类物质中包括的微污染物的具体种类没有特殊的限定，在本发明的实施例中，具体是以萘啶酸(nalidixic acid)、氟甲奎(flumequine)和布洛芬(ibuprofen)为目标微污染物验证本发明技术方案的可行性。
在本发明中，所述紫外光的波长优选为254nm，光剂量优选为40～1500mJ·cm-2，更优选为60～1000mJ·cm-2，最优选为80～400mJ·cm-2。在本发明的实施例中，为了测定氧化反应的一级反应速率常数，具体是采用光强(mW·cm-2)对紫外光进行限定。
本发明对于提供所述紫外光的设备没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的能够提供紫外光的设备即可。在本发明中，所述紫外光优选由紫外灯管提供；所述紫外灯管的光源优选包括发光二极管、低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、卤素灯、氙灯、黑灯、真空紫外灯、X射线、α射线、γ射线和太阳光中的一种或几种。
本发明对于所述紫外光辐照的方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的辐照方式即可；在本发明中，所述紫外光辐照的方式优选为过流式、浸没式或表面辐照式。当所述紫外光辐照的方式为过流式或浸没式时，本发明优选将紫外光源嵌套石英管加以保护；本发明对于将紫外光源嵌套石英管的具体操作没有特殊的限定，具体的，如采用紫外灯管提供紫外光，所述紫外灯管的管壳用石英玻璃制造。
在本发明中，所述氧化反应的温度优选为20～40℃，更优选为25～35℃；在本发明的实施例中，所述氧化反应具体是在室温下进行，即无需额外的加热或降温。在本发明中，所述氧化反应的时间优选为10～30min，更优选为15～25min。
在本发明中，所述氧化反应优选在pH值为4～9的条件下进行，更优选为5～8，最优选为6～7。本发明对于调节pH值所采用的pH值调节剂没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的试剂即可，具体如硼酸缓冲溶液、氢氧化钠溶液或硫酸。本发明对于所述pH值调节剂的具体浓度没有特殊的限定，能够满足上述pH值要求即可。
在本发明中，所述氧化反应优选在搅拌条件下进行；本发明对于所述搅拌的速率没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的搅拌速率即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
向700mL纯水中加入微污染物和高锰酸钾，采用硼酸缓冲溶液调节pH值为7.5，在紫外光辐照下进行氧化反应；其中，微污染物分别为萘啶酸(nalidixic acid)、氟甲奎(flumequine)或布洛芬(ibuprofen)，微污染物的浓度为5μmol/L；高锰酸钾的浓度为100μmol/L；紫外光的波长为254nm，光强为2.07mW·cm-2；紫外光辐照的方式为表面辐照式；氧化反应在室温、搅拌条件下进行，氧化反应时间为10min。
对比例1
按照实施例1提供的条件进行氧化反应，不同之处在于，在避光条件下进行所述氧化反应。
对比例2
按照实施例1提供的条件进行氧化反应，不同之处在于，在不添加高锰酸钾的条件下进行所述氧化反应。
图1～3为实施例1、对比例1和对比例2中微污染物的降解曲线图，其中，图1为萘啶酸的降解曲线图，图2为氟甲奎的降解曲线图，图3为布洛芬的降解曲线图。单独紫外光辐照与紫外光辐照和高锰酸盐联合作用对微污染物的降解符合一级反应动力学，因此使用一级反应速率常数表示降解快慢。由图1～3可知，在单独添加高锰酸盐的条件下，萘啶酸、氟甲奎和布洛芬的去除率几乎为0；在单独紫外光辐照条件下，萘啶酸、氟甲奎和布洛芬的去除率较低，一级反应速率常数分别为0.042、0.025和0.043min-1；当紫外光辐照和高锰酸盐联合作用时，萘啶酸、氟甲奎和布洛芬的去除效率大幅度增加，一级反应速率常数分别为0.76、0.189和0.162min-1，比单独紫外光辐照的一级反应速率常数分别增加了17.1、6.56和2.77倍。
实施例2
按照实施例1提供的条件进行氧化反应，不同之处在于，紫外光辐照的方式为过流式，紫外光源嵌套石英管加以保护。
对微污染物的降解情况进行检测，结果表明，与实施例1基本一致。
实施例3
按照实施例1提供的条件进行氧化反应，不同之处在于，紫外光辐照的方式为浸没式，紫外光源嵌套石英管加以保护。
对微污染物的降解情况进行检测，结果表明，与实施例1基本一致。
实施例4
按照实施例1提供的条件进行氧化反应，不同之处在于，采用自来水作为水体。
图4为纯水和自来水中萘啶酸的降解曲线对比图。由图4可以看出，采用本发明提供的方法将紫外光辐照和高锰酸盐联合作用对萘啶酸进行降解，几乎不受自来水中的水质参数影响。
由以上实施例可知，本发明利用紫外光活化高锰酸盐，提高了高锰酸盐的氧化能力，不需要额外添加还原剂或者催化剂就可以高效去除水体中的微污染物，且不产生二次污染，操作简便，可以应用于对含有微污染物的水体进行预氧化或者深度后处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种去除水体中微污染物的方法，包括以下步骤：
将可溶性高锰酸盐与含有微污染物的水体混合，在紫外光辐照下进行氧化反应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述可溶性高锰酸盐包括高锰酸钾和/或高锰酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述水体中可溶性高锰酸盐的浓度为5～200μmol/L。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水体中微污染物包括药物与个人护理品、持久性有机污染物、嗅味物质、藻毒素、内毒素、农药、石油类有机污染和难降解有机物中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水体包括饮用水、自来水、地表水、地下水、生活污水或工业废水。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光的波长为254nm，光剂量为40～1500mJ·cm-2。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述紫外光由紫外灯管提供；所述紫外灯管的光源包括发光二极管、低压汞灯、中压汞灯、高压汞灯、汞齐紫外灯、卤素灯、氙灯、黑灯、真空紫外灯、X射线、α射线、γ射线和太阳光中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述紫外光辐照的方式为过流式、浸没式或表面辐照式。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氧化反应的温度为20～40℃；氧化反应的时间为10～30min。
10.根据权利要求1或9所述的方法，其特征在于，所述氧化反应在pH值为4～9的条件下进行。
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