基于过硫酸盐的高级氧化工艺修复有机污染土壤的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化工艺(sulfate radicals based-advanced oxidation processes, SR-AOPs)因其高效、经济且环境友好等特点,在有机污染土壤的修复领域受到越来越多的关注. SR-AOPs的原理是通过活化过硫酸盐(S₂O₈^2-,PS)产生以硫酸根自由基(SO₄·^-)为主的活性氧自由基将有机污染物氧化成CO₂、H₂O和无害或危害较小的化学物质.本文概述了影响SR-AOPs修复污染土壤的因素,重点总结了SR-AOPs在总石油烃(TPHs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、农药等污染土壤修复中的应用,分析了污染物特征、过硫酸盐和活化剂用量、土壤与溶液比等对污染物去除效率的影响,并讨论了SR-AOPs处理对土壤生态的影响.结果表明：活化方式、pH、土壤含水量、土壤有机质等因素会影响SR-AOPs对污染土壤的修复效果.热活化、微波活化、超声波活化、碱活化、基于铁基催化剂活化等...     

锰基氧化物活化过硫酸盐降解水中有机污染物的研究进展

近年来,基于硫酸根自由基（SO₄·-）的新型高级氧化技术研发及其在水污染控制和土壤修复方面的应用备受关注.锰基氧化物因其结构性质多变、自然丰度高、环境友好等优势,被广泛应用于活化过氧一硫酸盐（PMS）和过氧二硫酸盐（PDS）处理难降解有机污染物.该文对可活化PMS/PDS的锰基氧化物的类型、结构特征、合成方法及影响反应活性的因素等进行了介绍,重点对不同锰基催化剂活化PMS/PDS的反应机理进行了讨论,并对未来的研究和发展进行了展望,旨在为拓展锰基矿物材料环境应用和阐明过硫酸盐活化机制提供重要参考.结果表明:活化产生的SO₄·-和羟基自由基（·OH）对污染物的降解起关键作用.SO₄·-具有较高的稳定性和氧化性,在降解过程中发挥主导作用.复合型锰基氧化物相较于单一锰基氧化物表现出更优的催化反应活性.PMS和PDS活化的反应机理存在显著差异:前者通过Mn（Ⅳ）与Mn（Ⅲ）之间的氧化还原循环,先生成SO₅·-再产生SO₄·-,而后者是通过氧化还原反应相继生成S₂O₈·-及SO₄·-.此外,MnO₂活化PDS还存在仅生成单态氧的非自由基反应机理.现阶段锰基氧化物活化PDS的相关研究仍比较匮乏,值得未来进一步深入研究.锰基材料活化PDS/PMS产生的活泼中间体Mn（Ⅲ）的鉴定及对污染物降解的贡献仍需更多直接的试验证据.      

活化方式对过硫酸盐强化剩余污泥发酵的影响

对比考察了二价铁（Fe²⁺）、零价铁（ZVI）、超声波（US）3种活化方式对过硫酸盐（S₂O₈^2-）预处理剩余污泥的溶胞性能,并研究其对污泥厌氧发酵产酸进程的促进效能.结果表明,相对比未预处理污泥,S₂O₈^2-能够明显促进剩余污泥溶胞和发酵产酸进程;同时,活化后的S₂O₈^2-预处理效果明显优于未活化预处理实验组,其中S₂O₈^2-+Fe²⁺预处理体系的促进作用最为明显.Fe²⁺、ZVI和US活化S₂O₈^2-的3组溶胞率分别为42.6%、36.5%和32.9%,相比未活化实验组（22.3%）提高了10.6%～20.3%;3组活化体系最大挥发酸浓度分别为8052,6613,4996mg COD/L,而未活化组仅为3296mg COD/L.此外,不同方式活化S₂O₈^2-预处理对溶解性有机物溶出及挥发酸组分分布也有一定影响.从环境和经济角度来看,S₂O₈^2-+Fe²⁺体系对促进污泥发酵进程具有更大意义.     

基于地下水中四环素去除的缓释剂构建及其性能

为了有效去除地下水中抗生素等有机污染物,本文首次提出有序介孔氧化锰（O-MnO_x）为活性催化剂和过硫酸钠（Na₂S₂O₈）为氧化剂制备活化过硫酸钠缓释剂,并将其用于地下水中四环素的降解修复过程.通过有序O-MnO_x与H₂O₂和Na₂S₂O₈构建的两种类芬顿催化反应体系,明确了O-MnO_x对过硫酸钠的活化及其对水中四环素优异的降解性能.以O-MnO_x与Na₂S₂O₈为活性组分制备的缓释剂在地下水中可以缓慢释放过硫酸根离子.缓释剂中O-MnO_x加入比例增加,其释放性能减弱,而Na₂S₂O₈加入比例减少,过硫酸根释放速率就会加快.O-MnO_x可以活化过硫酸根溶...     

SO32-活化S2O82-降解偶氮染料废水的机制研究

为深度处理偶氮染料废水,以甲基橙（MO）为目标污染物,研究了亚硫酸盐活化过硫酸盐产活性物种的新型高级氧化处理方法,并对活化机制、氧化机理及动力学理论进行分析.通过对SO₃^2-/S₂O₈^2-,S₂O₈^2-,SO₃^2-3种体系进行降解对比和ESR等技术表征对比,发现亚硫酸盐能显著活化过硫酸根产生硫酸根自由基,其能氧化破坏MO偶氮双键形成的共轭体系,有较好的脱色降解效果.考察了亚硫酸盐和过硫酸盐摩尔比、过硫酸盐投加量、初始pH值对降解效果的影响,结果表明当初始pH值为3.0,摩尔比1：1,投加量为20.0mmol/L、反应时间在300min下对MO降解率能达到96.1%,进一步发现该体系对初始pH值的适应范围较广（3.0~11.0）.基于Box-behnken设计的响应面模拟和方差分析得到了可达显著水平的二次响应曲面模型,影响因子对MO降解的贡献排序为：过硫酸盐投加量 > 初始pH值 > 摩尔比.初始MO浓度动力学分析发现不同初始浓度下对MO的降解过程遵循准二级反应动力学规律,反应动力学常数从1.8212×10^-4~2.4649×10^-4min^-1.另一方面发现升高反应温度可以促进体系对MO的降解,根据不同温度下活化过程的反应速率常数的阿累尼乌斯准二级反应的活化能计算结果（E_a=44.9kJ/mol）,发现其相比常规金属活化方式较低,因此该体系对有毒有害的工业有机废水处理有潜在的商业应用价值.     

化学氧化法修复TPH污染土壤的效果比较及工艺研究

以TPH污染土壤为研究对象,研究了不同化学氧化体系对TPH污染土壤的修复效果及影响因素。研究表明:Fenton、类Fenton及碱活化过硫酸盐3个体系都对TPH污染土壤有较好的修复效果。柠檬酸的加入改善了Fenton体系的催化作用,类Fenton体系降解效果最佳。TPH在类Fenton及碱活化过硫酸盐体系中的降解符合准一级反应动力学,提高H₂O₂、柠檬酸和过硫酸盐的浓度均有利于TPH的降解。强化混合、分次投加氧化剂及减小土壤粒径均可以提高TPH的降解效率,节约氧化剂用量。类Fenton体系中有效成分主要为·OH,碱活化过硫酸盐体系中除了·OH外,还存在SO₄-·或O₂-·等的作用,因此氧化剂利用率较高。     

预处理方式对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响

为了探究氧化与还原预处理对氧化-还原联合技术修复硝基苯污染地下水的影响,选取2,4-DNT（2,4-二硝基甲苯）为研究对象,构建过硫酸盐/铁炭修复技术体系,分别设置2个试验槽,一个试验槽以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理,另一个试验槽以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理,对比研究构建的氧化-还原联合系统中不同氧化与还原预处理方式对2,4-DNT去除机制的影响.结果表明:①过硫酸盐氧化材料填充位置显著影响试验槽pH和ORP（氧化还原电位）的变化,在运行周期5 PV（PV为孔隙体积,1 PV时间约为4 h）内,pH可显著增至11左右,ORP值达到最高.②在运行周期5 PV内,氧化填充层S₂O₈2-浓度和还原填充层Fe2+浓度均显著降低.③在运行周期5 PV内,随运行周期的增加,以过硫酸盐作为氧化预处理联合以铁炭作为还原后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除效果显著降低,以铁炭作为还原预处理联合以过硫酸盐作为氧化后处理的协同技术体系对2,4-DNT的去除率维持在100%.④通过液相-质谱联用技术,识别构建的氧化-还原联合技术体系内2,4-DNT降解的主要中间产物,同时结合铁炭微电解还原机制和过硫酸盐氧化机制提出了2,4-DNT协同处理机制及其可能的降解路径.研究显示,还原预处理更有利于氧化-还原联合技术对地下水中2,4-DNT的去除,可为有效处理硝基苯化合物污染地下水提供理论支撑.      

NZVI/Na2S2O8/超声复合法降解污染土壤PCB-29

多氯联苯（polychlorinated biphenyls,PCBs）是一类具有高毒性、难降解的有机化合物,为了研发土壤中多氯联苯（PCBs）污染物高效处理技术,本研究采用PCBs中的2,4,5-三氯联苯（PCB-29）作为研究对象,以纳米零价铁（NZVI）活化Na₂S₂O₈,再辅以超声氧化对土壤中PCB-29进行降解试验,结果表明,NZVI/Na₂S₂O₈/超声复合法对污染土壤中PCB-29具有很好的去除效果,降解反应时间为1h时,去除率最高可达86.37%;NZVI/Na₂S₂O₈/超声复合法对PCB-29最佳降解条件为土壤初始pH值为5.0,Na₂S₂O₈浓度为12mmol/L,Na₂S₂O₈/NZVI物质的量比1：1.     

Fe3O4活化过硫酸盐体系同步去除诺氟沙星和铅

采用Fe₃O₄活化过硫酸盐（PS）同步去除水中的NOR （诺氟沙星）和Pb （II）.探讨了Fe₃O₄投加量、PS浓度、初始pH值和Pb （II）浓度对NOR降解的影响.结果表明,NOR的降解符合伪一级反应动力学,在温度为30℃、NOR初始浓度为5.0mg/L、Pb （II）浓度为1.0mg/L、Fe₃O₄投加量为2.0g/L、PS浓度为1.5mmol/L、初始pH值为7.0的条件下,反应120min后,NOR降解率达90.2%,Pb （II）去除率为99.5%.自由基淬灭实验证实,硫酸根自由基（SO₄^-·）是NOR降解的主要自由基.通过LC-MS分析结果推测了NOR可能的降解路径和中间产物.Fe₃O₄活化PS高级氧化工艺可作为一种同步去除有机污染物和重金属的工艺.     

MBBR及UVC高级氧化技术深度处理典型医药品微污染物效能

研究了移动床生物膜反应器(MBBR)对废水中6种典型医药品微污染物的生化去除特性,对比探究了短波紫外光(UVC)活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺在连续流模式下对MBBR生化出水中残余目标医药品的深度处理效能。结果显示:MBBR能有效降解避蚊胺、吉非罗齐和布洛芬,其平均降解速率分别为835.5,889.2,653.3μg/(L·d),但难以有效去除卡马西平、克罗米通和甲氧苄啶。目标医药品微污染物对MBBR中有机碳源去除和氨氮的硝化过程影响较小。高通量基因测序结果表明:MBBR中的优势菌群包括变形菌门(65.6%)、浮霉菌门(14.8%)、拟杆菌门(7.4%)和绿弯菌门(4.2%);优势菌属包括生丝微菌属(31.6%)、甲基娇养杆菌属(10.7%)、SMIA02(9.6%)和OLB12(4.9%)。UVC活化H₂O₂、HSO-₅和S₂O2-₈工艺能够有效降解MBBR出水中残余的目标医药品微污染物,在氧化剂浓度为1.0 mmol/L的条件下,目标医药品去除率达到92.7%~99.4%。与UVC/H₂O₂工艺相比,UVC/S₂O2-₈和UVC/HSO-₅工艺对目标医药品微污染物的去除具有更明显的选择性。     

过硫酸盐缓释材料释放性能及机理

采用过硫酸钾、水泥、砂和水按照一定配比均匀混和后,于立方体模具中成型制备过硫酸盐缓释材料(A₁、A₂、A₃、A₄),参照欧盟标准化组织制定的NEN 7375水槽试验方法,分8个阶段更换浸取液连续浸泡缓释材料,考察过硫酸盐缓释材料的释放性能,并初步探讨其缓释机理. 结果表明:过硫酸盐缓释材料在浸泡初期释放速率较大,短时间内释放速率迅速降低,之后缓慢降低;4种配比缓释材料的过硫酸盐释放特性均满足二级动力学方程;砂的含量水平是影响过硫酸盐释放特性的主要因素之一,砂含量较高的A₄材料的传质阻力小,传质系数(K)为58.11mg/(d·g),释放过硫酸钾的速率较快;砂含量低的A₁、A₂材料传质阻力大,传质系数分别为14.59、17.11mg/(d·g),过硫酸钾释放速率较慢. 该研究中过硫酸盐缓释材料最长释放时间可达159.08~501.44d,能够有效实现有效组分过硫酸盐的缓慢释放. 总体上,浸泡初期释放机理表现为标准扩散过程,后期为损耗扩散过程.      

邻苯二甲酸二丁酯降解过程的单体同位素分析

研究对比了邻苯二甲酸二丁酯（DBP）在不同降解过程（水解、UV/H₂O₂光解、直接光解、过硫酸钾光氧化）中的碳、氢同位素组成变化、分馏特征及二维同位素（Δδ²H-Δδ¹³C）的相关性.水解反应中DBP分子产生了显著的碳同位素分馏,未发现氢同位素分馏,而且碳同位素富集因子ε_C为（-2.7±0.4）‰,表明DBP水解时发生C-O键断裂,氢原子不参与反应.而UV/H₂O₂光解和直接光解反应（pH值分别为2、7和10）中,DBP分子呈现了相似的二维同位素相关性Λ值[（9±2）~（11±2）],推测经历了相同的反应过程.过硫酸钾光氧化降解时,明显偏大的Λ值（31±3）说明反应可能发生C-H键断裂.结果表明：二维单体同位素分析（2D-CSIA）技术可以有效区分DBP的水解、光解、光氧化3种不同类型的降解过程,有助于分析其降解路径.     

非均相活化剂磁性纳米CoFe2O4的制备及其活性评价

采用溶胶-凝胶法制备了磁性纳米铁酸钴（CoFe₂O₄）固体颗粒，并采用扫描电镜（SEM），X射线衍射仪（XRD），傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）和振动样品磁强计对样品进行表征分析.以磁性纳米CoFe₂O₄颗粒活化过硫酸盐氧化去除水中四环素为探针反应，评价CoFe₂O₄颗粒的活化性能.结果表明，600℃焙烧温度下制备出的固体颗粒，其活性较高，颗粒表面金属离子浸出率较低；优化温度下制备的CoFe₂O₄颗粒在较宽的pH值范围（4.4~9.0）内均具有较高活性；控制实验条件PDS₀ 1g/L，CoFe₂O₄ 1g/L，TCH₀ 50mg/L，20℃，pH₀ 4.4，反应4h后TCH去除率达到82.0%.CoFe₂O₄颗粒循环重复利用10次后仍保持较高的活性和结构稳定性，而且因其特殊的磁性能便于回收利用.     

UV/O3-Na2S2O8处理活性炭再生冷凝废水效能及机理

过热蒸汽法再生活性炭的过程中会产生大量含难降解有机物的冷凝废水,为去除冷凝废水中难降解COD,提高可生化性,采用紫外/臭氧活化过硫酸盐（UV/O₃-Na₂S₂O₈）氧化体系对活性炭再生冷凝废水进行处理,考察了O₃投加量、初始pH和Na₂S₂O₈投加量等因素对有机物处理效能的影响,并采用红外光谱、紫外-可见光谱和三维荧光等表征手段探究了冷凝废水处理过程中的变化机理。结果表明:当O₃投加量为30 mg/L,pH值为9.0,Na₂S₂O₈投加量为0.4 g/L时,在120 min内对冷凝废水的COD去除率达到82.1%,色度（CN）去除率达到86.3%。冷凝废水可生化性得到提高,BOD₅/COD值由0.17提升至0.46。由冷凝废水溶解性有机物（DOM）的表征可知,DOM中的腐殖质和发色基团被持续氧化,芳构化程度降低,色氨酸类有机物得到有效去除。结论表明,UV/O₃-Na₂S₂O₈氧化体系可有效去除冷凝废水中的难降解有机物。     

HSO3-强化Fe3+/S2O82-降解水中双氯芬酸

采用HSO₃^-强化Fe³⁺/S₂O₈^2-降解水中双氯芬酸（DCF）,考察了溶液初始pH值,Fe³⁺、HSO₃^-和S₂O₈^2-用量,溶解氧对HSO₃^-/Fe³⁺/S₂O₈^2-体系降解DCF的影响;通过自由基淬灭实验,识别了体系中主要的活性物种;最后,探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化路径.结果表明：HSO₃^-可以明显促进Fe³⁺/S₂O₈^2-对DCF的降解,初始pH 4.0时,DCF降解效果最佳.DCF的降解速率随Fe³⁺或S₂O₈^2-浓度的增大而增大;适量增加HSO₃^-浓度可提高DCF的降解,而过量的HSO₃^-对DCF降解有一定抑制作用.在通入氮气条件下,DCF去除率仅下降10.4%,无明显的抑制作用.自由基抑制实验表明,该体系含有SO₄^·-、HO^·和SO₅^·-3种活性自由基,其对DCF降解的贡献率分别为83.0%、12.8%和4.3%.在HSO₃^-/Fe³⁺/S₂O₈^2-降解DCF的反应中共检测出4种产物,据此提出DCF可能的转化路径为：羟基化、脱羧基、脱水和甲酰化反应.