本文研究的臭氧/紫外线/活性炭工艺是将臭氧氧化、紫外线光解及催化氧化、活性炭吸附及催化氧化结合以提高去除效率的一种新工艺。本文采用臭氧/紫外线/活性炭工艺研究其对腐植酸的降解,并对降解效果、反应机理进行探讨。
本工艺将臭氧、紫外线、活性炭联合放置在一个反应器中,综合了紫外线和活性炭的催化作用,利用它们之间的协同作用从而使得反应速率和降解效率明显提高。它们之间的协同作用主要表现在:
(1)紫外线辐射下,有机物键断裂直接分解;
(2)紫外线辐射使有机物外层电子处于激发态,提高了分子的自由能,使分子活化,从而易于在氧化剂臭氧及·OH的作用下氧化分解;
(3)紫外线辐射下,臭氧分解成更强氧化能力的自由基,提高了对有机物的氧化能力和速度;
(4)臭氧的强氧化性将大分子的有机物氧化成小分子,改变分子某些基团以利于活性炭吸附,避免了不可逆吸附;
(5)臭氧使得水中的有机物和活性炭表面的官能团处于活化状态,提高了有机物在活性炭表面吸附的可能性;
(6)臭氧进入活性炭孔隙中与孔隙中已被吸附、富集的有机物反应,从而将有机物降解,并且起到再生活性炭的作用,延长其使用寿命;
(7)活性炭表面的路易斯碱对臭氧的分解是很重要的,活性炭作为催化剂加速臭氧分解生成氧化性强而选择性低的·OH自由基从而提高有机物的氧化能力和氧化速度。
总之,腐植酸在臭氧/紫外线/活性炭工艺下降解效率较单独臭氧化有了明显的提高,这正是由于紫外线、活性炭与臭氧协同作用,提高了腐植酸的去除率。腐植酸在此工艺中或被紫外线直接光分解,或被活性炭吸附去除,或被臭氧直接氧化,或被·OH自由基氧化,最主要的是臭氧在紫外线、活性炭催化作用下分解产生了更多的·OH自由基,提高了对腐植酸的氧化能力和速率。