中文译文-Electro-peroxone 法处理二号橙印染废水.doc

1、外文翻译 题目1：Electro-peroxone法处理二号橙染料废水题目2：白耙齿菌生物转盘反应器对印染废水的生物降解和解毒能力外文翻译之一Electro-peroxone treatment of Orange II dye wastewater作者：Belal Bakheet，Shi Yuan，Zhaoxin Li，Huijiao Wang，Jiane Zuo，Sridhar Komarneni，Yujue Wang国籍：USA，China出处：water researchElectro-peroxone 法处理二号橙印染废水作者：Belal Bakheet，Shi Yuan，Zhaox

2、in Li，Huijiao Wang，Jiane Zuo，Sridhar Komarneni，Yujue Wang国籍：中国、美国出处：Water Research摘要：本文对Electro-peroxone法降解合成偶氮染料二号橙进行了研究。在Electro-peroxone法处理污水的过程中，混有氧气（O2）与臭氧（O3）的污水被连续泵入电解反应器，此电解反应器内配备能将泵入的氧气（O2）转化为双氧水（H2O2）的碳-聚四氟乙烯阴极。产生的双氧水（H2O2）与泵入的臭氧（O3）反应产生羟基（OH），羟基能有效氧化分解臭氧难以分解的有机污染物。因此，通过将常规的臭氧氧化与电解过程简单结合，并

3、使用一个阴极，就可以将氧气（O2）有效地转化为双氧水（H2O2）。Electro-peroxone方法降解二号橙比各自单独使用两个处理过程更加有效。使用Electro-peroxone法仅用4分钟就能完成污水脱色，45分钟使污水中95.7%的总有机碳矿化。相比之下,通过90分钟的单独臭氧氧化和电解处理分别只能得到15.3%和55.6%总有机碳矿化。除了效率高，Electro-peroxone法适用于pH310范围内的污水，且不会产生任何二次污染。因此，Electro-peroxone法提供了一种有效且环保的污水处理替代方案。关键词：合成染料；脱色；矿化；臭氧(O3)；过氧化氢(H2O2)1 引

4、言合成染料在纺织、印刷、制革和造纸等许多行业广泛应用(Martinez Huitle and Brillas，2009；Nidheeh和Gandhimathi，2012)。然而，一些排放出的工业废水中染料，可能会对受纳水体产生严重的视觉和环境污染。大多数合成染料难以在自然水体中分解（如通过阳光或微生物降解），而且即使浓度非常低的染料污水也会使自然水体着色(Martinez Huitle和Brillas，2009)。除视觉污染外，颜色会使水的透光度下降，从而影响水生生物的自然生长活性(Nidheesh和Gandhimathi，2012)。此外，一些染料以及染料分解过程中产生的物质有毒性和致癌性，

5、这对水生生物和人类构成相当大的威胁(Brown和Devito，1993；Hammami等，2008；Silva等，2009)。因此，含有合成染料的废水应该充分处理后才能排放到自然环境中。脱色和污染物降解是染料废水处理中的两个主要任务(Martinez Huitle和Brillas，2009)。由于臭氧具有强大的脱色能力，因此臭氧被广泛使用于印染废水处理中。臭氧选择性的破坏共轭双键（例如N=N，C=N，和C=C），而这些双键通常是染料分子的发色团，因此可以使染料废水迅速脱色(Wu等，2008；Tehrani Bagha等2010)。然而臭氧难以有效地将矿化的合成染料分解成二氧化碳（CO2）和水（

6、H2O）。因此，臭氧氧化后的废水可能依然含有大量的分解中间产物，其中一些（如偶氮染料降解的产生的芳香胺）可能比原染料毒性更高(Silva等，2009；Tehrani Bagha等，2010；Hsing等，2007；Liakou等，1997a，1997b)。为了减小染料降解中间产物的威胁，我们因此希望在合成印染废水处理中污染物矿化度较高(Marinez Huitle和Brillas，2009；Nidheesh和Gandhimathi，2012)。为了在印染废水处理中提高污染物矿化效率，臭氧通常结合另外一些技术使用，如H2O2、UV和TiO2(Hsing等，2007；Shu等，2006；Lopez

7、等，2004)。尤其是臭氧与双氧水的配合使用（即所谓的preoxone过程）在有机物矿化中具有显著的协同效应。这种协同效应主要是因为臭氧和双氧水反应形成羟基（反应1）(Staehelin和Hoigne，1982)。羟基是一种强氧化剂，可以在扩散控制范围内，快速氧化绝大多数的与有机溶剂(Von Gunten，2003)。在臭氧氧化过程中增加双氧水通常可以大幅增加污染物的矿化效率(Pocostale等。2010)。此外，双氧水和臭氧不会产生二次污染，因为反应产物仅有水和氧气(Martinez Huitle和Brillas，2009；Xue，2011)。Peroxone 方法因此被认为是环保的废水高

8、级氧化(AO)处理技术(Pocostales等，2010；Rice，1997)。H2O2+O3OH+O2-+O2 (1)然而，传统的peroxone 过程要求额外加入双氧水，但双氧水由于其极高反应性，运输、储存和使用不安全，因此在peroxone系统中希望双氧水能在可控速率范围内产生。为此，我们设计了一套Electro-peroxone流程，这一流程可以使peroxone反应产生在双氧水的速度加快(Yuan等，2003)。在Electro-peroxone工艺流程中，臭氧是以氧气为原料，使用类似于传统臭氧和peroxone流程中的臭氧发生器产生的。混有氧气（O2）与臭氧(O3)的污水被泵入电解

9、反应器，此电解反应器内配备能将泵入的氧气（O2）在酸性溶液和OH2基中转化为双氧水（H2O2）（反应2）的碳-聚四氟乙烯阴极(Wang等，2012；Brillas等，1995)。原先产生的H2O2和OH2再与泵入的O2反应生成能氧化有机污染物的羟基（OH）（反应3）。因此，利用原本在传统臭氧氧化或peroxone过程中被浪费的氧气在电化学反应中产生双氧水，无需额外增加双氧水来降解E-peroxone过程中的污染物。O2+2H+2e-H2O2 (2)O2+ H2O+2e-OH2-+OH- (3)E-peroxone过程是传统臭氧氧化和电解过程的简单组合，但污染物矿化效果比两个过程单独处理好得多(

10、Yuan等，2013)。在初步研究中，我们比较了臭氧氧化、电解、E-peroxone三种方法对亚甲基蓝的矿化作用，发现使用E-peroxone法能使废水中的总有机碳（TOC）降解率达93%以上，而臭氧分解法和电解法分别仅有22%和15%的降解率(Yuan等，2013)。这一结果表明E-peroxone法处理那些臭氧难以降解的有机物非常有效，同时也为我们处理染料废水提供了一种行之有效的方法。进一步研究E-peroxone法处理合成染料废水，是本次工作的主要目的。被广泛使用的合成偶氮染料二号橙(C.I Acid Orange 7)是本次研究实验的样本。通过使用对二苯酸（TA）捕捉技术，对E-per

11、oxone过程中产生的羟基进行评估。对二苯酸捕捉技术通常被用于不同AO过程中羟基量的确定(Hua和Hoffmann，1997；Milan Segovia等，2007)。我们对使用E-peroxone法脱色和矿化二号橙进行了研究，将效果与传统臭氧氧化和电解法进行了对比，并系统分析了E-peroxone法中影响实验的主要参数（例如当前的臭氧浓度、电解质、溶液PH值）。2 实验2.1 化学药品及试剂我们从中国国家化学试剂有限公司采购了分析用的二号橙和草酸氧化钛（IV）酸钾二合物试剂，从Sigmae-Aldrich公司购买了H2O2（3 wt%）和羟基对二苯甲酸（以下简称HTA，97%），从Alfa

12、Aesar公司购买了对笨二甲酸（以下简称TA，99%）。其他化学试剂（如Na2SO4, NaOH, 和 H2SO4）从北京化学工程有限公司购买。所有溶液使用去离子水配比。2.2 二号橙溶液的臭氧氧化、电解和E-peroxone法处理在分隔的丙烯酸反应容器中，我们分别采用臭氧氧化、电解、E-peroxone三种方法分别处理400ml二号橙溶液（初始浓度200mg/L）。臭氧氧化法所使用的臭氧由臭氧发生器通过纯度为99.9%氧气制取，所使用的臭氧发生器是通林技术股份有限公司制造的。臭氧发生器所产生的气体（氧气与臭氧混合）中臭氧的浓度是可以通过调节臭氧发生器的功率来控制的。臭氧发生器所产生的气体通过

13、一个小的气泡扩散器以0.4L/min的恒定流量注入反应容器底部。电解和E-peroxone法都是由直流电源提供恒定电流，直流电源是上海leici有限公司制造，型号为DJ-292。阳极是一个1cm2的铂板，阴极是一个10cm2（2cmx5cm）的碳-聚四氟乙烯电极。碳-聚四氟乙烯是由Vulcan XC-72碳粉（美国Cabot公司）、分散性聚四氟乙烯、无水酒精等按照按照所述步骤制成。电解质基质是0.05M的Na2SO4溶液。电解法是在直流电源开启，臭氧发生器关闭的状态下进行的(Wang等，2012)。E-peroxone法是在直流电源和臭氧发生器同时开启的状态下进行的。与臭氧氧化法相同，从臭氧发

14、生器输出的臭氧与氧气混合的气体以0.4L/min输入反应容器。三种方法都进行了90分钟的实验。2.3 分析方法在E-peroxone处理过程中，反应容器输入和输出端的臭氧浓度通过臭氧分析仪（UV-300，北京Sumsun EP 高科技股份有限公司）监测。溶液中双氧水（H2O2）浓度通过草酸氧化钛（IV）酸钾二合物试剂检测。羟基（OH）浓度通过对苯二酸（TA）捕捉技术分析获得。简单来说，苯二酸（TA）在E-peroxone法开始之前就被加入反应容器的电解质中。E-peroxone系统取决于当时电解质溶液形成的OH。E-peroxone过程中部分羟基(OH)被非荧光TA捕获形成高荧光度HTA。HT

15、A浓度测定使用荧光分光光度计(Hitachi，F-7000)，此数据用以表示反应过程中累积的羟基(OH)的量(Xue等，2011；Hua和Hoffman，1997；Milan Segovia等，2007)。二号橙处理过程中，在不同时间从反应器中取等分试验。总有机碳(TOC)的测定使用TOC-VCPH(日本岛津公司)分析并由此数据评估处理过程中二号橙的矿化度。使用紫外可见分光光度计(Hach DR 5000)在484nm波长下测定样品，评估脱色效率。二号橙紫外可见光谱的变化使用UC-2401PC Vis Recording分光光度计检测(日本岛津公司)。臭氧和E-peroxone作用后废水的急性

16、毒性的测定使用发光细菌生物鉴定(Hammami等，2008)，曝光15分钟后，使用LUMIStox系统测定发光费氏弧菌减少量(Dr Lange GmbH，Germany)。毒性以被抑制发光体的百分率表示。3 结果与讨论3.1 E-peroxone过程中H2O2和OH的产生图1显示出当将纯氧喷入电解反应器时，H2O2的浓度随反应时间呈线性增长，而与此相反的是溶液中几乎没有HTA存在。这个结果表明由于纯氧喷入H2O2在carbon-PTFE阴极不断产生，但是当没有O3加入的时候原位产生的H2O2没有被进一步的转化为OH(OH会被TA捕获形成HTA)。与此相反的是，但臭氧发生器运作时，O2和O3混合器加入至反应器时没有H2O2积累(图1)。在气体出口的O3浓度(47mg