不同阳极电化学消毒过程中溴酸盐的形成

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Br-广泛存在于自然水体中,浓度一般在0.01mg/L1.00mg/L范围之间。Br-本身无毒,但在消毒过程中可能会被具有强氧化性的消毒剂或消毒中间产物氧化,形成潜在致癌物BrO3-。电化学消毒技术,作为一种新型消毒技术,由于其独特的优势,在饮用水消毒处理中已表现出一定的发展潜力。同其他化学氧化消毒技术一样,电化学技术所产生的氧化剂可能会与水中物质发生反应,形成不利于人体健康的消毒副产物(DBPs)。若消毒水体中存在溴化物,在电化学消毒电生氧化剂的作用下,溴类消毒副产物也极有可能生成。本文分别采用掺硼金刚石(BDD)电极、Ti/Ru O2-Pt电极、Ti/Pt电极及Ti/Ru O2-Ir O2-Ti O2电极四种消毒常用电极为阳极,钛电极为阴极,模拟含溴饮用水进行电解消毒实验,研究电化学消毒含溴水过程中溴类无机物质的形成规律。主要结论如下:1.四种电极在C0(Br-)为1.00mg/L、电流密度为100m A/cm2、p H为7、电极间距为1.5cm的电解条件下,均会形成BrO3-;且在相同反应时间内,BrO3-形成浓度大小为BDD电极>>Ti/Pt电极>Ti/Ru O2-Pt电极>Ti/Ru O2-Ir O2-Ti O2电极。2.四种电极电解时,电流密度与溴化物初始浓度[C0(Br-)]跟BrO3-的形成浓度呈正相关,即C0(Br-)越大,BrO3-形成浓度越大,施加电流密度越大,BrO3-形成浓度越大。电极间距越小,BrO3-越易形成。相比于酸性碱性条件,BrO3-更易在中性环境下形成。3.分别对4种电极进行4因素3水平正交实验,得出4种因素对于BrO3-生成量的影响显著性大小依次为p H、C0(Br-)、电流密度、电极间距。以BrO3-形成量最少为控制条件,4种电极的较优实验条件为:C0(Br-)为0.50mg/L,p H为7,电流密度为50m A/cm2,电极间距为2cm。4.在最佳正交实验条件下,BDD电极在130min内细菌总数去除率达到99%,此时BrO3-副产物的生成量为0.042mg/L;其他三种电极在电解2h后,杀菌率均达到95%以上时,BrO3-生成量仅为0.018、0.042、0.026mg/L。而BDD电极消毒时,当BrO3-含量达到GB5749-2006规定的0.01mg/L时,消毒率达到68%。5.通过电化学循环伏安扫描与RNO褪色实验可知,BDD电极、Ti/Ru O2-Pt电极及Ti/Ru O2-Ir O2-Ti O2电极主要依靠间接氧化作用氧化水中溴化物,而BDD电极所具有的更高的?OH产生能力,可能是BDD电极BrO3-产生最多的主要原因。6.从热力学角度理论分析溴类无机消毒副产物形成的可能性,得出结论:不论是在酸性还是碱性条件下,?OH都能够将Br-氧化成Br2、HBr O、Br O-、BrO2-,直至BrO3-;若电极具有强?OH的产生能力时,还可能最终被氧化为Br O4-。在此基础上,初步提出?OH氧化Br-所形成溴类无机副产物的转化路径。7.通过实验论证,电解过程中溴元素并未从液相流失,而可能以其他价态的溴存在于水中。电解过程中,Br–随电解时间的增长呈下降趋势,且BDD电极的下降速率最快;活性溴与BrO3-均随电解时间的延长而增加,且4种电极的BrO3-生成速率均高于活性溴。由于BDD电极具有较强的?OH产生能力,在电解BrO3-溶液很可能有Br O4-的形成。
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