закономерности очистки воды от фенолов под действием озона

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОЧИСТКИ ВОДЫ ОТ ФЕНОЛОВ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ОЗОНА В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
А.Г. Бубнов, В.И. Гриневич, А.А. Гущин, В.В. Костров
Ивановский государственный химико-технологический университет,
Иваново, Россия, пр. Ф. Энгельса, д.7, grin@isuct.ru
Regularities of Water Purification from Phenols at Ozone Action in
Electric Fields
A.G. Bubnov, V.I. Grinevich, A.A. Guschin, V.V. Kostrov
Ivanovo State University of Chemistry and Technology
F. Engels st., 7, 153000 Ivanovo, Russia
Kinetic data on combine action of slight direct and alternative electric fields and
ozone onto phenol aqueous solutions are represented. It was shown that the phenol
destruction proceeds the most effectively under the action of ozone together with
electrochemical treatment at DC current under SO42- ions present. The decomposition
degree reached of 94 %. The effective rate constants of phenol decomposition were
obtained under combine methods of model solution treatment.
По данным зарубежных исследователей здоровье населения на 80 %
определяется качеством потребляемой питьевой воды, поэтому в европейских странах,
США и Канаде придается огромное значение не только процессам водоподготовки, но
и производству бутилированной воды повышенного качества. Среди основных
направлений экологической доктрины Российской Федерации выделена проблема
повышения качества природных вод и обеспечение населения водой, качество которой
соответствует действующим санитарно-гигиеническим нормативам.
Таким образом, разработка новых (эффективных и энергосберегающих) методов
очистки сточных вод разного типа (производственных, хозяйственно-бытовых и
поверхностных сточных вод), позволяет повысить качество воды в естественных
водотоках, являющихся приемниками указанных сточных вод, а, следовательно, и
улучшить качество питьевой воды. Одним из возможных перспективных направлений в
очистке сточных вод может стать комбинация ранее хорошо известных методов.
Поэтому целью настоящей работы было исследование процессов разложения фенола,
присутствующего в природных и сточных водах, под воздействием электрических
полей и озона.
Для проведения исследования деструкции фенола были выбраны комбинации
следующих методов:
• озонирование совместно с воздействием электрического поля постоянного тока и
добавкой Сl‾, в одном случае и сульфат-ионов в другом.
• озонирование совместно с электрохимической обработкой (переменный ток) и
добавкой SO42‾.
При озонировании эффективность деструкции фенола зависит от напряжения,
подводимого к электродам озонатора и времени контакта (200 -1700 с). Так изменение
напряжения, прикладываемого к электродам озонатора, от 7,8 до 8,5 кВ приводило к
увеличению эффективности деструкции фенола с 69 до 98 % за счет большей
концентрации озона, а при увеличении времени контакта в 2 раза эффективность
разложения фенола увеличивается 1,3 раза (рис. 1 а).
Только электрохимическая обработка водных растворов фенола к снижению его
концентрации не приводила. То есть при воздействии электрического поля (как
постоянного, так и переменного тока) не происходило образования активных частиц
способных к окислению устойчивых ароматических соединений.
107
При добавлении в раствор хлорид-ионов (рис 1. а, б) максимальная
эффективность деструкции фенола под воздействием электрохимической обработки
(постоянный ток) составляла 53 %, а при переменном токе – 12 %. Следовательно, под
воздействием электрического поля постоянного тока с добавлением Сl‾ окисление
фенола протекало не только за счет увеличения проводимости водного раствора, но и за
счет образования “активного хлора”.
α1, %
СФЕН , мг/л
а)
1,0
3
0,6
2
60
2
0,4
40
0,2
20
1
400
1
80
0,8
0
б)
100
800 1200 1600 τк, с
3
0
400
800 1200 1600 τк, с
Рис. 1. Изменение концентрации (а) и эффективность деструкции фенола (б) при воздействии
на растворы фенола О3 (1), электрического поля постоянного тока с добавлением Cl- (2),
электрического поля переменного тока с добавлением Cl- (3)
При обработке фенола озонированием, совмещенным с электрическим полем
постоянного тока, эффективность очистки составляет 75 %, если же совмещенный
процесс проводить в электрическом поле переменного тока, то максимальная степень
очистки достигает не более 15 % (рис. 2).
α, %
100
α, %
75
80
50
60
0
1
4
2
40
2
25
3
100
1
20
400
800 τк, с
Рис. 2. Эффективность деструкции фенола
при совместном воздействии О3 и
электрического поля постоянного (1) и
переменного (2) тока
0
250
500
750 1000 τ к, с
Рис. 3. Эффективность разложения фенола при
озонировании (1); О3 + электрохим. обработка
(переменный ток) + SO42- (2); О3 + электрохим.
обработка (постоянный ток) + SO42- (3), О3 +
электрохим. обработка (постоянный ток) + Cl- (4).
Наибольшая
эффективность
деструкции
фенола
наблюдается
при
комбинированном воздействии озона и электрохимической обработки (постоянный
ток) в присутствии SO42- и достигает 94 %. При проведении аналогичного
совмещенного процесса с использованием переменного тока эффективность
деструкции составляет 60 %. При комбинированном воздействии озона и
электрического поля постоянного тока с добавкой хлоридов эффективность деструкции
в 1,2 раза меньше, чем при проведении такого же процесса, но с добавлением сульфатионов (рис. 3).
108
Скорость окисления фенола (табл.) при озонировании с наложением
электрического поля постоянного тока в среде сульфатов в 1,3 раза выше, чем при
озонировании. Наименее эффективно окисление фенола происходит при озонировании
совместно с наложением электрического поля переменного тока в среде сульфатов
(скорость окисления 2,1 раза ниже, чем при подобной обработке, но в электрическом
поле постоянного тока).
Таблица Эффективные константы скорости деструкции фенола
№
п/п
1
2
3
4
Вид воздействия
на раствор
Озонирование
Озонирование + перем. эл. поле + SO42Озонирование + пост. эл. поле + SO42Озонирование + пост. эл. поле + Cl‾
kэффен , с-1
(19±6,1) ⋅10-4
(12±7,0) ⋅10-4
(25±4,5) ⋅10-4
(21±7,0) ⋅10-4
Совокупность
полученных
результатов
показывает,
что
хотя
при
комбинированном воздействии на водные растворы фенола электрического поля и O3 в
слабо проводящей среде энергозатраты несколько увеличиваются (не более чем в 1,5
раза) по сравнению с воздействием только озона, степень превращения фенола при
этом на 15 % выше. Следовательно, при обработке реальных сточных вод или
водоподготовке рационально использовать вариант совместного воздействия озона и
электрического поля (обычно сточные воды достаточно минерализованы).
Работа выполнена при поддержке ГРАНТа РФФИ № 03-03-96441.
109