【行恒科技设备助力科研】微气泡臭氧对含溴水体消毒副产物生成的影响与调控！
同济大学研究团队在《Separation and Purification Technology》上发表重要研究成果，系统比较了微气泡臭氧与传统气泡臭氧工艺在含溴水体消毒过程中对消毒副产物（DBPs）生成的影响。研究发现，尽管微气泡技术能强化传质与氧化，但会产生更多 溴酸盐及溴代有机副产物前体，揭示了其潜在的环境风险，并探索了通过加氨进行有效抑制的方法。
技术核心：行恒科技微气泡发生器驱动的对比实验
本研究的关键在于构建了一套对比实验系统，以探究不同臭氧曝气方式对副产物生成的影响。实验中，微气泡臭氧系统采用行恒科技有限公司提供的微纳米气泡发生器，该设备通过施加高压（0.4 MPa）产生直径为10-50 μm的微气泡。作为对照，传统臭氧曝气则通过四个石质曝气头（Φ20 mm）直接向反应器鼓入臭氧气体。
完整的实验装置示意图,清晰地展示了两套系统的构成:
核心发现：微气泡臭氧加剧特定DBPs生成
1. 溴酸盐（BrO₃⁻）生成速率更快
在相同臭氧投加量下，微气泡臭氧工艺比传统工艺生成溴酸盐的速率更高。动力学计算表明，微气泡条件下的溴酸盐生成速率常数（0.0962 min⁻¹）约为传统气泡（0.0247 min⁻¹）的4倍。尽管最终平衡浓度相近，但微气泡工艺在反应初期产生了更多的溴酸盐。
溴酸盐生成量及生成速率随臭氧投加量的变化趋势:
2. 卤代有机DBPs及其前体物增加
后续氯化实验表明，经微气泡臭氧预处理的水样会生成更多的卤代有机消毒副产物。尤其是在臭氧投加量为0.03-0.06 mmol/L的区间内，微气泡工艺产生的溴代有机副产物前体物显著多于传统工艺。
经不同臭氧工艺预处理后，水样在氯化阶段生成的总卤代有机DBPs及溴代有机DBPs前体物浓度对比:
具体到三种主要的溴代有机副产物（溴仿、溴乙腈、溴乙酸），其生成量在微气泡工艺下也普遍更高:
机理探究：羟基自由基与臭氧浓度的双重作用
为了阐明微气泡促进溴酸盐生成的机理，研究通过添加叔丁醇（TBA）来淬灭羟基自由基（·OH）。实验发现，淬灭·OH能使溴酸盐生成量减少约30-40%，这表明大部分溴酸盐来源于臭氧分子的直接氧化，但·OH的贡献也不容忽视。
淬灭·OH对溴酸盐及各类卤代DBPs生成的影响:
研究推测，微气泡内部的高压可能提升了局部臭氧浓度，同时其溃灭时产生的·OH共同促进了溴酸盐的生成。
调控策略：加氨有效抑制溴酸盐生成
针对微气泡臭氧工艺溴酸盐生成量高的问题，研究探索了投加氨氮（0.04 mmol/L）的抑制效果。结果表明，氨的加入能与次溴酸（HOBr）反应生成活性较低的溴胺，从而有效阻断溴酸盐的生成路径。
在微气泡臭氧工艺中，加氨可使溴酸盐生成量降低约30%，效果优于传统工艺（仅降低15%）。同时，加氨对微气泡工艺中其他卤代有机DBPs的生成没有显著影响，显示其良好的选择性抑制特性。
加氨对溴酸盐生成以及各类卤代DBPs生成的影响:
总结与技术启示
- 高效与风险并存：微气泡臭氧技术凭借其高传质效率，在水处理中展现出强大氧化潜力。然而，本研究揭示其在处理含溴水体时，存在加剧致癌性溴酸盐及毒性更强的溴代有机副产物生成的风险。
- 核心机理：风险增加主要源于微气泡对臭氧传质的强化（可能提高局部浓度）以及气泡溃灭产生的羟基自由基的共同作用。
- 有效控制手段：投加少量氨氮是控制微气泡臭氧工艺中溴酸盐生成的有效且可行的方法，可将其浓度抑制到甚至低于传统臭氧工艺的水平。
- 应用指引：该研究为微气泡臭氧技术的安全应用提供了重要依据，提示在实际工程中，尤其是处理含溴原水时，需配套相应的副产物控制策略。
文献来源:Separation and Purification Technology193 (2018) 408-414.
源文献链接: https://doi.org/10.1016/j.seppur.2017.11.049
基金支持: 国家重大科技专项（2015ZX07406-004-03）。
产品官网：nanoscientific.cn/
查看更多行恒科技设备的详细技术参数与产品手册
公司官网：http://www.xhtec.cn
了解行恒科技完整产品线、行业解决方案与最新案例
#微气泡臭氧#微纳米气泡#消毒副产物#溴酸盐#水处理安全#行恒科技