ОБ ОЦЕНКЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССА ВЫСОКОИНТЕНСИВНОГО ОКИСЛЕНИЯ
Аннотация
Для описания высокоинтенсивных процессов окисления, основанных на применении УФ-излучения, используется критерий EEO, как показатель энергии, требуемой для снижения концентрации целевого загрязнителя на десятичный порядок в одном кубометре исходной воды. В настоящей статье рассмотрен вопрос, какие параметры влияют на EEO и должны быть учтены при описании или сравнении различных фотохимических реакторов или высокоинтенсивных процессов окисления. К таким параметрам относятся, например, тип и концентрация целевого загрязнителя; концентрация дополнительных включений; количество пероксида водорода или другого окислителя; тип источника изучения, его излучательные характеристики и пр. На примере описания лабораторных экспериментов по разложению фенола, додецилсульфата натрия и нефтепродуктов показано, как различные условия влияют на потребление электроэнергии и, как следствие, критерий EEO. Исследования проводились на модельных растворах с начальной концентрацией загрязнителей 10 мг/л. В качестве источника ультрафиолетового излучения использовали импульсную ксеноновую лампу со сплошным спектром излучения в диапазоне от 200 до 1000 нм, средняя потребляемая мощность источника излучения составляла около 200 Вт, энергия излучения в диапазоне 200 – 300 нм 2,7 Дж. В качестве окислителя использовали пероксид водорода, концентрация которого в системе варьировалась от 10 до 340 мг/л. На основе проведенного анализа предложен модифицированный критерий оценки эффективности высокоинтенсивных процессов окисления, учитывающий не только затраченную на деструкцию энергию, но и расход реагентов. Затраты на окислитель предлагается выражать в физических величинах и включать в стоимость процесса с весовым коэффициентом, зависящим от отношения текущих расценок на ресурсы.
Для цитирования:
Кулебякина А.И., Дубровина В.Н., Киреев С.Г., Иванцова Н.А., Шашковский С.Г. Об оценке эффективности процесса высокоинтенсивного окисления. Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2022. Т. 65. Вып. 11. С. 104-110. DOI: 10.6060/ivkkt.20226511.6655.
Литература
Parsons S. Advanced Oxidation Processes for Water and Wastewater Treatment. London: IWA Publ. 2004. 386 p.
Bolton J.R., Valladares J.E., Zanin J.P., Cooper W.J., Nickelsen M.G., Kajdi D.C., Kurucz W. Figures-of-Merit for Advanced Oxidation Technologies: A Comparison of Homogeneous UV/H2O2, Heterogeneous UV/TiO2 and Elec-tron Beam Processes. J. Adv. Oxid Technol. 1998. V.3. N 2. P. 174-181. DOI:10.1515/jaots-1998-0211.
Keen O., Bolton J., Litter M., Bircher K., Oppenländer T. Standard reporting of Electrical Energy per Order (EEO) for UV/H2O2 reactors. Pure Appl. Chem. 2018. V. 9. P. 1487-1499. DOI: 10.1515/pac-2017-0603.
Popova S.A., Matafonova G.G., Batoev V.B. Generation of radicals in ferrous-persulfate system using KrCl excilamp. ChemChemTech [Izv. Vyssh. Uchebn.Zaved. Khim. Khim. Tekhnol.]. 2019. V. 62. N 5. P. 118-123. DOI: 10.6060/ivkkt.20196205.5819.
Stephen R. Cater, Mihaela I. Stefan, James R. Bolton, and Ali Safarzadeh-Amiri. UV/H2O2 Treatment of Methy tert-Butyl Ether in Contaminated Waters. Environ. Sci. Technol. 2000. V. 34. P. 659-662. DOI: 10.1021/es9905750.
Manoj P Rayaroth, Charuvila T Aravindakumar, Noor S Shah, Grzegorz Boczkaj. Advanced oxidation processes (AOPs) based wastewater treatment - unexpected nitration side reactions - a serious environmental issue: A review. Chem. Eng. J. 2022. V. 430. P. 133002. DOI: 10.1016/j.cej.2021.133002.
Luis A.M., Lombrana J.I., Menendez A., Sanz J. Analysis of the Toxicity of Phenol Solutions Treated with H2O2/UV and H2O2/Fe Oxidative Systems. I&EC. 2011. V. 50. N 4. P. 1928-1937. DOI: 10.1021/ie101435u.
Goldstein S., Aschengrau D., Diamant Y., Rabani J. Photolysis of Aqueous H2O2: Quantum Yield and Applica-tions for Polychromatic UV Actinometry in Photoreactors. Environ. Sci. Technol. 2007. V. 41. N 21. DOI: 10.1021/es071379t.
Li Mengkai, Wen Dong, Qiang Zhimin, Kiwi John. VUV/UV light inducing accelerated phenol degradation with a low electric input. RSC Adv. 2017. V. 7. N 13. P. 7640–7647. DOI: 10.1039/c6ra26043h.
Gonopol'sky A., Shashkovskiy S., Goldstein Y., Kireev S., Volosatova A., Kulebyakina A. Pulse Рhotochemical Decomposition of Phenol in Wastewater. Ekolog. Ind. Ross. 2020. V. 24. N 2. P. 22-27 (in Russian). DOI: 10.18412/1816-0395-2020-2-22-27.
Kireev S.G., Arkhipov V.P., Shashkovsky S.G., Kozlov N.P. Measurement of spectral and energy characteristics of pulsed radiation sources of continuous spectrum. Photonics Russia. 2017. V. 8. N 68. P. 48-56. DOI: 10.22184/1993-7296.2017.68.8.48.56.
Karmazinov F.V., Kostyuchenko S.V., Kudryavtsev N.N., Khramenkov S.V. Ultraviolet technologies in the modern world. Dolgoprudny: Intellect. 2012. 392 p. (in Russian).
Joseph J. Pignatello, Esther Oliveros, Allison MacKay. Advanced Oxidation Processes for Organic Contaminant Destruction Based on the Fenton Reaction and Related Chemistry. Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 2006. V. 36. P. 1-84. DOI: 10.1080/10643380500326564.
Balaram Kiran Avasarala, Siva Rao Tirukkovalluri, Sreedhar Bojja. Photocatalytic degradation of monocroto-phos pesticide—an endocrine disruptor by magnesium doped titania. J. Hazard Mater. 2011. V. 186. P. 1234–1240. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2010.11.132.
Kireev S.G., Shashkovskiy S.G., Tumashevich K.A., Abakumov A.V. Energy efficiency calculation of gas-discharge flash lamps. Nauch.-Tekhn. Vestn. Inform. Tekhnol., Mekhaniki Optiki. 2020. V. 20. N 1. P. 45-51 (in Russian). DOI: 10.17586/2226-1494-2020-20-1-45-51.
Bolton J., Linden K. Standardization of Methods for Fluence (UV Dose) Determination in Bench-Scale UV Experiments. J. Environ. Eng. 2003. V. 129. P. 209-215. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2003)129:3(209).
Jin S., Mofidi A.A., Linden K.G. Polychromatic UV Fluence Measurement Using Chemical Actinometry, Biodosimetry, and Mathematical Techniques. J. Environ. Eng. 2006. V. 132. P. 831-841. DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9372(2006)132:8(831).
Levichev N.A., Ershov B.G. Actinometric Measurement of Fluence with Allowance for Spectral Distribution of a Polychromatic Radiation Source. High Energy Chem. 2019. V. 53. N 3. P. 191-197. DOI: 10.1134/S0018143919030123.
PNDF (Russian: ПНДФ) 14.1:2.104-97 Method for measuring the mass concentration (total) of volatile phenols in samples of natural and treated wastewater by the accelerated extraction-photometric method without stripping. 1997. Moscow. 24 p. (In Russian).
PNDF (Russian: ПНДФ) 14.1:2.258-10 Methodology for performing anion mass concentration measurements. C (in Russian).
GOST (Russian: ГОСТ) 51797-2001. Drinking water. Method for determining the content of petroleum products, Moscow: Gosstandart of Russia. 2001. Moscow. 16 p. (In Russian).
Marchenko Z. Photometric determination of elements. M.: Mir. 1971. 501 p. (in Russian).
