強(qiáng)電離放電降解飲用水中突發(fā)性氮雜環(huán)化合污染物研究.pdf

1、近年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化水平不斷提升，我國(guó)已進(jìn)入重大突發(fā)性水污染事故的高發(fā)期，突發(fā)性飲用水污染事件的發(fā)生，特別是突發(fā)性有機(jī)物污染給人民群眾的日常生產(chǎn)生活造成了極其惡劣的影響。氮雜環(huán)化合物是一種廣泛應(yīng)用于制藥、煉焦、農(nóng)藥、印染、石化等領(lǐng)域的重要化工材料，該類化合物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、水溶性好、具有致畸致癌性，一旦進(jìn)入水體對(duì)生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因此，開(kāi)發(fā)出一種高效、快捷、綠色的針對(duì)氮雜環(huán)化合物突發(fā)性污染的水處理技術(shù)對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和飲用水安全的

2、保障具有十分重要的意義。
　　本文以飲用水中氮雜環(huán)化合污染物代表型化合物吡啶和喹啉作為目標(biāo)物，采用一套強(qiáng)電離放電一體化水處理系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行降解研究，考察了各種影響因素對(duì)飲用水中氮雜環(huán)化合物去除效果的影響，并利用高效液相色譜(HPLC)、液質(zhì)聯(lián)用(LC-MS)、離子色譜(IC)等檢測(cè)手段對(duì)其中間產(chǎn)物和最終產(chǎn)物進(jìn)行分析，探討了氮雜環(huán)化合物的降解機(jī)理和降解途徑。
　　本文的主要研究成果如下：
　?。?）采用介質(zhì)阻擋強(qiáng)電離放電一

3、體化1.2t/h處理水量的中試實(shí)驗(yàn)設(shè)備，以O(shè)2作為電離介質(zhì)，規(guī)?；a(chǎn)生高濃度的活性粒子，使水中的有機(jī)污染物得到有效降解。通過(guò)驗(yàn)證活性粒子羥基自由基、過(guò)氧化氫和臭氧的存在和有機(jī)物降解過(guò)程中起到的作用；并考察了活性粒子產(chǎn)量與設(shè)備輸入電壓兩者之間的關(guān)系，隨著電壓的升高，臭氧濃度逐漸增加。本試驗(yàn)研究為突發(fā)性環(huán)境污染物應(yīng)急處理提供了一種新的思路。
　　（2）通過(guò)考察電壓、初始濃度、pH值、無(wú)機(jī)離子、抑制劑等影響因素對(duì)吡啶降解效果的影響，確定

4、各因素條件下活性粒子對(duì)吡啶的降解規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在水循環(huán)泵流量為800L/h、氧氣流量為5L/min等條件下，隨著輸入電壓的提高，吡啶的降解率逐漸升高；隨著初始濃度的增加，飲用水中吡啶的降解率逐漸降低；pH值對(duì)吡啶的降解效果影響較大，在中性條件下降解效果最好，降解率能夠達(dá)到94.8％；自由基抑制劑和水中的無(wú)機(jī)離子 CO32-或 HCO3-能夠抑制羥基自由基的產(chǎn)生，NO3-和Cl-對(duì)降解速率的影響不明顯。
　?。?）采用HPLC

5、、LC-MS、IC等分析手段對(duì)吡啶降解機(jī)理進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明，吡啶與活性粒子會(huì)發(fā)生親電取代、脫氫加成等反應(yīng)，生成的中間產(chǎn)物為3-羥基吡啶、2,3-二羥基吡啶、反丁烯二酸和草酸等，最后吡啶被完全降解為CO2和H2O，吡啶環(huán)中N元素最終形成了NO3-。動(dòng)力學(xué)分析驗(yàn)證了強(qiáng)電離放電水處理系統(tǒng)產(chǎn)生的活性粒子降解吡啶的過(guò)程符合反應(yīng)動(dòng)力學(xué)一級(jí)反應(yīng)，相關(guān)系數(shù)R2=0.9929，且20mg/L吡啶溶液與活性粒子之間的反應(yīng)速率為0.0524min-1。

6、
　?。?）通過(guò)考察電壓、初始濃度、pH值、無(wú)機(jī)離子、抑制劑等影響因素對(duì)喹啉降解效果的影響，明確了各因素條件下活性粒子對(duì)喹啉的降解規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著輸入電壓的升高，喹啉的降解率也逐漸升高；喹啉在中性條件下，具有較好的降解效果，堿性條件下，喹啉的降解效果優(yōu)于酸性條件下；隨著喹啉初始濃度的升高，喹啉降解率逐漸降低；無(wú)機(jī)離子中Cl-和NO3-對(duì)活性粒子氧化喹啉的過(guò)程影響較小，而CO32-和HCO3-兩種粒子對(duì)喹啉的降解率影響較大。

7、加入30mg/L叔丁醇后，喹啉的降解率由原來(lái)87.27%.降低到59.67%，說(shuō)明了叔丁醇能夠抑制活性粒子羥基自由基的產(chǎn)生。
　　（5）基于活性物質(zhì)氧化特性和吡啶降解機(jī)理研究，推導(dǎo)得出喹啉降解機(jī)理和途徑：首先喹啉發(fā)生脫氫加成反應(yīng)，生成5-羥基喹啉或8-羥基喹啉，繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生5，8二羥基喹啉，苯環(huán)開(kāi)環(huán)后，生成草酸和2，3-二甲酸吡啶。2，3-二甲基吡啶容易發(fā)生脫羧反應(yīng)，形成了2-甲酸吡啶或3-甲酸吡啶。羥基取代現(xiàn)有的羧基形成羥基吡啶