UV-O3降解水中新興微污染物的特性與機(jī)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(lái)越多的關(guān)注,尤其是飲用水的衛(wèi)生和安全問(wèn)題。然而,傳統(tǒng)的給水處理工藝對(duì)于近年來(lái)微污染水源中出現(xiàn)的一些新興有機(jī)污染物如醫(yī)藥品和個(gè)人護(hù)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(qiáng)和推廣污水的再生利用即中水回用是緩解我國(guó)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(lái)支撐。因此,研究簡(jiǎn)單、易行、經(jīng)濟(jì)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(yùn)用濃度去除率和生物毒性去除率兩種評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)單獨(dú)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(jī)物污染物的效能進(jìn)行了評(píng)價(jià)和比較。并且考察了水質(zhì)條件和操作參數(shù)對(duì)三種工藝降解污染物的效能的影響。同時(shí),運(yùn)用LC-TOF/MS和離子色譜等分析手段對(duì)降解過(guò)程中形成的中間產(chǎn)物進(jìn)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(yàn)?zāi)Ｐ瓦\(yùn)用matlab建立了模擬天然水體本底的UV/O3降解有機(jī)污染物的動(dòng)力學(xué)模型。
　　臭氧化對(duì)目標(biāo)污染物(磺胺甲基異惡唑(SMX)、佳樂(lè)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(dá)到90％以上,二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)在102～106M-1·s-1數(shù)量級(jí)范圍。而UV工藝僅僅對(duì)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(duì)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(qiáng)化有機(jī)污染物的去除,而增加有機(jī)污染物的初始濃度則會(huì)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(jī)污染物的濃度比)決定了有機(jī)污染物的降解效能。對(duì)于O3工

5、藝,溶液的pH值能通過(guò)兩方面影響有機(jī)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(xiàn)大小;二是pH的改變能夠影響有機(jī)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(jī)物。對(duì)于UV工藝,pH值主要通過(guò)要影響有機(jī)物的離解狀態(tài)進(jìn)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(duì)臭氧氧化有機(jī)污染物的效能的影響分為兩種情況:對(duì)于與臭氧反應(yīng)活性相對(duì)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(jìn)了三者的降解,而對(duì)于與臭氧反應(yīng)活性相對(duì)較弱的HHCB,同樣濃度范圍的重碳酸根離子對(duì)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(duì)四種目標(biāo)有機(jī)物的UV降解基本上沒(méi)有什么影響。當(dāng)水體中存在0～5mg·L-1的腐植酸時(shí),其對(duì)四種目標(biāo)有機(jī)物的臭氧氧化降解過(guò)程同樣分為兩種情況,對(duì)于與臭氧反應(yīng)活性相對(duì)較高的SMX、BPA和MC-LR,腐植酸對(duì)他們的降解均表現(xiàn)除了不同程度的抑制

7、作用;而對(duì)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(duì)其降解具有一定的促進(jìn)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(guò)程,考察濃度范圍的腐植酸對(duì)四種目標(biāo)有機(jī)物的降解均表現(xiàn)出了強(qiáng)化作用。操作參數(shù)和水質(zhì)條件對(duì)UV/O3工藝的影響類似于O3工藝,但UV/O3工藝抗水質(zhì)波動(dòng)的能力更強(qiáng)。需要說(shuō)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(diǎn)非常有利于其實(shí)際應(yīng)用。
　　使用大型蚤活動(dòng)抑制

8、試驗(yàn)、費(fèi)希爾弧菌毒性試驗(yàn)、酵母菌雌激素篩選測(cè)試(YES)和蛋白磷酸酶(PP2A)活性抑制試驗(yàn)等毒性評(píng)價(jià)手段對(duì)四種目標(biāo)有機(jī)物在O3、UV、和UV/O3降解過(guò)程中的生物毒性進(jìn)行了考察。通過(guò)對(duì)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(jī)污染物的過(guò)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(tuán)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(jī)污染物的過(guò)程中,濃度去除和毒性去除之間出現(xiàn)了偏離。而