UV-O3降解水中新興微污染物的特性與機理研究.pdf

1、在工業(yè)迅速發(fā)展和人們生活水平普遍提高的今天,水環(huán)境污染受到了越來越多的關(guān)注,尤其是飲用水的衛(wèi)生和安全問題。然而,傳統(tǒng)的給水處理工藝對于近年來微污染水源中出現(xiàn)的一些新興有機污染物如醫(yī)藥品和個人護理品(PPCPs)、內(nèi)分泌干擾物(ECDs)和微囊藻毒素(MCs)等的處理能力有限,很難將其降解。另外,加強和推廣污水的再生利用即中水回用是緩解我國水資源短缺壓力的有效方法。而這兩者均需要有效的深度處理技術(shù)來支撐。因此,研究簡單、易行、經(jīng)濟的可用于

2、飲用水及中水回用的深度處理技術(shù)是非常必要和有意義的,而臭氧和紫外聯(lián)用技術(shù)(UV/O3)正是可選的技術(shù)之一。
　　本文運用濃度去除率和生物毒性去除率兩種評價指標對單獨臭氧氧化工藝(O3)、紫外輻射工藝(UV)和臭氧與紫外聯(lián)用工藝(UV/O3)降解幾種典型的新興有機物污染物的效能進行了評價和比較。并且考察了水質(zhì)條件和操作參數(shù)對三種工藝降解污染物的效能的影響。同時,運用LC-TOF/MS和離子色譜等分析手段對降解過程中形成的中間產(chǎn)物進行

3、了分析并提出了可能的降解途徑。最后,基于非穩(wěn)態(tài)的羥基自由基的假設(shè)結(jié)合半經(jīng)驗?zāi)Ｐ瓦\用matlab建立了模擬天然水體本底的UV/O3降解有機污染物的動力學(xué)模型。
　　臭氧化對目標污染物(磺胺甲基異惡唑(SMX)、佳樂麝香(HHCB)、雙酚A(BPA)、微囊藻毒素LR(MC-LR))的濃度去除效果均令人滿意,20min的去除率都能達到90％以上,二級反應(yīng)速率常數(shù)在102～106M-1·s-1數(shù)量級范圍。而UV工藝僅僅對于光解活性較好的S

4、MX和MC-LR(ФSMX=0.0263mol·Einstein-1,ФMC-LR=0.041mol·Einstein-1)的去除效果較好。而對于HHCB和BPA,由于量子產(chǎn)率和(或)吸光效率的低下導(dǎo)致二者20min的濃度去除率低于20%。
　　提高臭氧或紫外投量能夠強化有機污染物的去除,而增加有機污染物的初始濃度則會導(dǎo)致降解效能的下降,這本質(zhì)上是投配比(即臭氧或紫外投量與有機污染物的濃度比)決定了有機污染物的降解效能。對于O3工

5、藝,溶液的pH值能通過兩方面影響有機污染的降解效能:一是pH的改變能夠影響臭氧的直接反應(yīng)和間接反應(yīng)的貢獻大小;二是pH的改變能夠影響有機污染的離解狀態(tài)從而影響其與臭氧分子的反應(yīng)活性,尤其是那些與臭氧直接反應(yīng)活性很高的有機物。對于UV工藝,pH值主要通過要影響有機物的離解狀態(tài)進而影響其光解活性。重碳酸離子作為廣為接受的羥基自由基捕獲劑,其對臭氧氧化有機污染物的效能的影響分為兩種情況:對于與臭氧反應(yīng)活性相對較高的SMX、BPA和MC-LR,

6、0～8mM的重碳酸根離子有利于水中臭氧殘留的穩(wěn)定,從而在一定程度上促進了三者的降解,而對于與臭氧反應(yīng)活性相對較弱的HHCB,同樣濃度范圍的重碳酸根離子對其降解表現(xiàn)出了一定的抑制作用。重碳酸根離子的存在對四種目標有機物的UV降解基本上沒有什么影響。當水體中存在0～5mg·L-1的腐植酸時,其對四種目標有機物的臭氧氧化降解過程同樣分為兩種情況,對于與臭氧反應(yīng)活性相對較高的SMX、BPA和MC-LR,腐植酸對他們的降解均表現(xiàn)除了不同程度的抑制

7、作用;而對于與臭氧具有中等反應(yīng)活性的HHCB,低濃度范圍的腐植酸對其降解具有一定的促進作用,高濃度水平的腐植酸則表現(xiàn)出抑制作用。至于UV降解過程,考察濃度范圍的腐植酸對四種目標有機物的降解均表現(xiàn)出了強化作用。操作參數(shù)和水質(zhì)條件對UV/O3工藝的影響類似于O3工藝,但UV/O3工藝抗水質(zhì)波動的能力更強。需要說明的是,在考察的pH值范圍(5.0～9.0)內(nèi),中性條件下的降解效能最好,這一點非常有利于其實際應(yīng)用。
　　使用大型蚤活動抑制

8、試驗、費希爾弧菌毒性試驗、酵母菌雌激素篩選測試(YES)和蛋白磷酸酶(PP2A)活性抑制試驗等毒性評價手段對四種目標有機物在O3、UV、和UV/O3降解過程中的生物毒性進行了考察。通過對TOC去除率的考察和中間產(chǎn)物的定性分析,發(fā)現(xiàn)O3和UV降解有機污染物的過程中產(chǎn)生了大量的中間產(chǎn)物,而這些產(chǎn)物部分保留或完全保留了母體分子的中的某些官能團結(jié)構(gòu)。這些中間產(chǎn)物的積累導(dǎo)致了在O3和UV降解有機污染物的過程中,濃度去除和毒性去除之間出現(xiàn)了偏離。而