纳米零价铁去除溴酸盐的效能及ClO3-、NO3-等氧化物对其作用机制的研究

饮用水臭氧氧化深度处理中出现溴酸盐副产物超标及溴酸盐的致癌特性引起了国内外学者的高度关注，控制和去除溴酸盐的技术研发保障饮用水安全迫在眉睫。通过制备纳米铁，利用其高效的还原作用对去除饮用水中溴酸盐进行了试验研究。研究纳米铁投加量、水温、pH、水中常见离子、有机物等对反应效能的影响特性，考察结构相似的ClO3-、NO3-等氧化物对去除溴酸盐的协同强化和干扰机制，优化纳米铁去除溴酸盐工艺设计和操作参数；以及借助于TEM、XRD、XPS、BET等测试手段对纳米铁的物理形貌、晶体微粒大小等特性进行了物理表征，分析纳米铁在反应前后物理化学特性的变化情况，通过对比表面积、反应活性位、杂质和表面形态等方面的梳理分析，研究纳米铁去除溴酸盐的作用机制，建立动力学模型。为今后反应器的应用于工程提供理论依据和强有力的技术支撑。旨在为解决饮用水中溴酸盐超标的问题提供了一条高效安全，不存在二次污染的新途径。

水源水质的污染和生活饮用水卫生标准的提高，臭氧氧化深度处理技术在饮用水处理中得到广泛的应用，同时经臭氧氧化处理后产生的具有致癌作用的溴酸盐副产物也引起了人们的高度关注，因此，开展去除溴酸盐副产物研究非常迫切。.以水中溴酸盐为研究对象，对纳米铁还原去除溴酸盐进行了试验研究，主要内容包括纳米铁及改性纳米铁的制备及其材料的表征，研究探讨了纳米铁去除溴酸盐反应体系的主要影响因素,进行相应工艺参数的优化，并对溶液中共存阴离子和有机物对纳米铁去除溴酸盐效能影响进行了研究，初步探讨了纳米铁去除溴酸盐的反应动力学等。.试验结果表明：1mg/L纳米铁投加量在30min内可将100μg/L的溴酸盐彻底还原。而在同样的条件下，普通铁粉投加量即使在25mg/L时，100μg/L的溴酸盐彻底还原所需要的时间仍然为30min。零价铁与溴酸盐的反应主要在铁粉表面进行，反应速率随铁表面积的增加而增加，而增加颗粒表面积的一个方法就是制备粒径更小的零价铁。溴酸盐初始浓度对溴酸盐去除速率影响不大。增加反应温度可使溴酸盐去除速率上升，且符合阿伦尼乌斯定律，其反应活化能Ea为23.2kJ/mol。中性条件下的pH值有利于纳米铁去除溴酸盐，这是因为在碱性条件下因纳米铁与水中的氢氧根离子生成氢氧化铁沉淀而使溴酸盐去除速率下降，而在酸性条件下，因纳米铁发生腐蚀减少与溴酸盐的反应量，同样使溴酸盐去除速率降低。同时，当水中含有溶解氧时，会与纳米铁反应，并在表面生成钝化膜，所以溶解氧的存在不利于溴酸盐的去除，会导致溴酸盐去除速率下降。水中共存离子会影响溴酸盐的去除效能,这主要是由于硝酸盐、亚硝酸盐和氯酸盐与溴酸盐由于分子结构相似，彼此之间是竞争关系，在溴酸盐去除的同时，硝酸盐、亚硝酸盐和氯酸盐都能被纳米铁部分去除，在试验的条件下，纳米铁去除上述物质的速率大小为：BrO3-＞NO2-＞ClO3-＞NO3-。纳米铁还原去除溴酸盐符合拟一阶反应动力学模型, 在本实验条件下的表观活化能Ea为23.2kJ/mol。 为了提高纳米铁的稳定性和分散性，对纳米铁进行了改性处理，一定程度上提高了纳米铁颗粒去除溴酸盐的活性，尤其是在DO存在的环境中。 .课题首次对纳米铁去除臭氧氧化副产物溴酸盐进行了系统性的研究，由于其投加量小，反应速度快，铁离子能达标，为去除臭氧氧化深度处理过程中产生的溴酸盐副产物提供了一条新的途径和方法。