Zastosowanie ozonowania katalitycznego na tlenku glinu do usuwania substancji organicznych z wody.

• Autorzy: Kasprzyk-Hordern B. , Raczyk-Stanisławiak U. , Narwocki J.

Warianty tytułu

EN

Use of Catalytic Ozonation over Alumina for Natural Organic Matter Removal from Water.

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Substancje organiczne naturalnie występujące w wodzie (NMO - Natural Organic Matter) są wielkocząsteczkowymi związkami o złożonej strukturze, które pod wpływem utleniaczy ulegają mineralizacji jedynie w niewielkim stopniu. Są one źródłem wielu ubocznych produktów utleniania, o wyższym stopniu biodegradowalności niż ich prekursory. Substancje organiczne są także odpowiedzialne za barwę wody, tworzą kompleksy z metalami ciężkimi oraz hydrofobowymi związkami organicznymi (pestycydy, WWA). W pracy określono możliwości zastosowania ozonowania katalitycznego na tlenku glinu (Al2O3) w procesie usuwania substancji organicznych z wody. Założeniem tej metody usuwania substancji organicznych z wody było połączenie zdolności sorpcyjnych tlenku glinu i utleniających właściwości ozonu w celu stworzenia skutecznego układu katalitycznego. Wyniki badań wykazały, że ozonowanie katalityczne spowodowało dwukrotny wzrost skuteczności usuwania substancji organicznych z wody, w porównaniu z metodą klasycznego ozonowania, przy średnim stosunku O3/RWO=2. Odnotowano także znaczne obniżenie zużycia ozonu w przypadku ozonowania katalitycznego. Stosunek zużytego ozonu do usuniętego węgla organicznego (RWO) z wody wyniósł 6,7 w przypadku ozonowania klasycznego i tylko 2,5 w przypadku ozonowania katalitycznego. Stwierdzono, że ozonowanie katalityczne znacznie obniżyło ilość powstających produktów ubocznych utleniania substancji organicznych, a także znacznie zmniejszyło zawartość biodegradowalnego węgla organicznego (BRWO). Ozonowanie w obecności tlenku glinu spowodowało, przy dwukrotnym wzroście skuteczności utleniania substancji organicznych, dwukrotne obniżenie zawartości głównego produktu ubocznego ozonowania - kwasu szczawiowego. Ozonowanie katalityczne substancji organicznych w obecności tlenku glinu może być techniką o potencjalnym zastosowaniu w technologii oczyszczania wody.

EN

Natural organic matter (NOM) consists of high molecular weight compounds of a complex nature. As a result of oxidation with common oxidants, they undergo only slight mineralization to form several oxidation by-products of a higher biodegradability than that of their precursors. NOM is also responsible for imparting colour to the water, in addition to the formation of complexes with heavy metals and hydrophobic organic pollutants such as pesticides or PAHs. That is why new oxidation methods should be introduced to enable an effective NOM removal from the water to be treated. The aim of the study is to show the potential of catalytic ozonation in the presence of alumina for NOM removal from water. Alumina is characterized by a relatively high adsorption capacity towards organic matter, which depends on several physicochemical parameters of the water under treatment. The method combines both the adsorption capacity of alumina and the oxidative power of ozone. The results show that catalytic ozonation, with ozone dosage approaching 2 g O3 per 1 g DOC, doubled the efficiency of NOM removal from water as compared to ozonation alone. Moreover, the consumption of ozone was found to be much lower in the case of catalytic ozonation. The ratio of ozone consumed to DOC removed was 6.7 in the case of ozonation alone and approximately 2.5 in the case of catalytic ozonation. With catalytic ozonation, the formation of by-products and BDOC was much lower than with ozonation alone. The high efficiency of DOC degradation combined with low ozone demand, as well as the low formation of by-products and BDOC, clearly indicates that catalytic ozonation over alumina might be a successful tool for the removal of NOM from the water to be treated.

Słowa kluczowe

PL

oczyszczanie wody; substancje organiczne; ozonowanie katalityczne; tlenek glinu

EN

water treatment; natural organic matter; catalytic ozonation; alumina

• Wydawca: Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski
• Czasopismo: Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2006
• Tom: R. 28, nr 1
• Strony: 23--27
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz.

Twórcy

autor

Kasprzyk-Hordern B.

autor

Raczyk-Stanisławiak U.

autor

Narwocki J.

• Uniwersytet im. Adama Mickiewicza, Zakład Technologii Uzdatniania Wody,

Bibliografia

• 1. G.-S. WANG, CH.-H. LIAO, F.-J. WU: Photodegradation of humic acids in the presence of hydrogen peroxide. Chemosphere, 2001, Vol. 42, pp. 379–387.
• 2. M. FUKUSHIMA, K. TATSUMI, S. NAGAO: Degradation characteristics of humic acid during photo-Fenton processes. Environ. Sci. & Techn., 2001, Vol. 35, pp. 3683–3690.
• 3. CH.A. MURRAY, S.A. PARSONS: Removal of NOM from drinking water: Fenton’s and photo-Fenton’s processes. Chemosphere, 2004, Vol. 54, pp. 1017–1023.
• 4. M. BEKBÖLET, G. ÖZKÖSEMEN: A preliminary investigation on the photocatalytic degradation of a model humic acid. Wat. Sci. & Techn., 1996, Vol. 33, pp. 189–194.
• 5. M. BEKBÖLET, F. ÇEÇEN, G. ÖZKÖSEMEN: Photocatalytic oxidation and subsequent adsorption characteristics of humic acids. Wat. Sci. & Techn., 1996, Vol. 34, pp. 65–72.
• 6. B.R. EGGINS, F.L. PALMER, J.A. BYRENE: Photocatalytic treatment of humic substances in drinking water. Wat. Res., 1997, Vol. 31, pp. 1223–1226.
• 7. R. GRACIA, S. CORTÉS, J. SARASA, P. ORMAD, J.L. OVELLEIRO: Catalytic ozonation with supported titanium dioxide. The stability of catalyst in water. Ozone Sci. Eng., 2000, Vol. 22, pp. 185–193.
• 8. R. GRACIA, S. CORTÉS, J. SARASA, P. ORMAD, J.L. OVELLEIRO: Heterogeneous catalytic ozonation with supported titanium dioxide in model and natural waters. Ozone Sci. Eng., 2000, Vol. 22, pp. 461–471.
• 9 R. GRACIA, S. CORTÉS, J. SARASA, P. ORMAD, J.L. OVELLEIRO: TiO2-catalysed ozonation of raw Ebro river water. Wat. Res., 2000, Vol. 34, pp. 1525–1532.
• 10. B. KASPRZYK-HORDERN, A. DĄBROWSKA, J. ŚWIETLIK, J. NAWROCKI: Ozonation enhancement with non-polar bonded alumina phases. Ozone Sci. Eng., 2004, Vol. 26, pp. 367–380.
• 11. B. KASPRZYK-HORDERN, A. DĄBROWSKA, J. ŚWIETLIK, J. NAWROCKI: The application of the perfluorinated bonded alumina phase for natural organic matter catalytic ozonation. Journal Env. Eng. Sci., 2004, Vol. 3, pp. 41–50.
• 12. J.-S. PARK, H. CHOI, K.-H. AHN, J.-W. KANG: Removal mechanism of natural organic matter and organic acid by ozone in the presence of goethite. Ozone Sci. Eng., 2004, Vol. 26, pp. 141–151.
• 13. B. KASPRZYK-HORDERN: Chemistry of alumina, reactions in aqueous solution and its application in water treatment – a review. Adv. Coll. Interf. Sci., 2004, Vol. 110, pp. 19–47.
• 14. B. KASPRZYK-HORDERN, M. ZIÓŁEK, J. NAWROCKI: Catalytic ozonation and methods of enhancing molecular ozone reactions in water treatment – a review. Appl. Catal. B, 2003, Vol. 46, pp. 639–669.
• 15. M. ERNST, F. LUROT, J.-CH. SCHROTTER: Catalytic ozonation of refractory organic model compounds in aqueous solution by aluminum oxide. Appl. Catal. B, 2004, Vol. 47, pp. 15–25.
• 16. C.H. NI, J.N. CHEN: Heterogeneous catalytic ozonation of 2-chlorophenol aqueous solution with alumina as a catalyst. Wat. Sci. & Techn., 2001, Vol. 43, pp. 213–220.
• 17. C. COOPER, R. BURCH: An investigation of catalytic ozonation for the oxidation of halocarbons in drinking water preparation. Wat. Res., 1999, Vol. 33, pp. 3695–3700.
• 18. J. ŚWIETLIK, A. DĄBROWSKA, U. RACZYK-STANISŁAWIAK, J. NAWROCKI: Reactivity of natural organic matter fractions with chlorine dioxide and ozone. Wat. Res., 2004, Vol. 38, pp. 547–558.
• 19. Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater. 15th Edition, 1980, 399.
• 20. U. RACZYK-STANISŁAWIAK, J. ŚWIETLIK, A. DĄBROWSKA, J. NAWROCKI: Biodegradability of organic by-products after natural organic master oxidation with ClO2 – case study. Wat. Res., 2004, Vol. 38, pp. 1044–1054.