UV/H_2O_2、UV/O_3和O_3体系中自由基产生效率的比较研究

以水杨酸(Salicylic Acid,SA)为模型探针分子,采用高效液相色谱法(HPLC)研究了UV/H2O2、UV/O3和O3等高级氧化工艺的羟基自由基(·OH)产生效率。实验结果表明,在SA初始浓度40mg/L,反应时间10min,氧化剂投加量2mmol/L的条件下,2,5-DHBA和2,3-DHBA为水杨酸与·OH反应的主要中间产物。三种高级氧化工艺中,UV/H2O2体系具有最高的羟基自由基(·OH)产生效率。     

UV/O_3工艺降解水杨酸试验

采用O3、UV和UV/O3三种工艺,降解常见PPCPs物质——水杨酸(Salicylic Acid,SA)的合成废水,比较了不同工艺降解水杨酸的处理效果,并考察了O3浓度、溶液初始pH值等因素对UV/O3工艺降解水杨酸降解效果的影响。试验结果表明:在O3、UV和UV/O3工艺中,水杨酸降解效率由高到低排列依次为:UV/O3>O3>UV,其中UV/O3工艺的降解效率最高;当O3投加量为7 mg/L,水杨酸初始浓度为40 mg/L,溶液初始pH值为4.0,反应15 min时效果最佳,水杨酸可降解97%。此外,在工艺研究的基础上,对于UV/O3工艺降解水杨酸的机理进行初步探索,验证了水杨酸主要羟基化产物为2,5-DHBA和2,3-DHBA,且其浓度呈现先升高后降低的趋势,同时UV/O3体系中捕捉到的·OH的浓度也呈先升高后降低的趋势。     

UV/PS降解水中2,4-二氯苯酚的特性研究

比较采用PS,UV和UV/PS工艺降解2,4-DCP的去除效果及一级动力学常数,研究光解反应中OH·和SO_4·~-的贡献率,计算SO_4·~-与2,4-DCP反应的二级动力学反应常数,考察实际水体中UV/PS光解2,4-DCP的效果,以及两种有效工艺UV和UV/PS经济性计算和比较.结果表明,分别单独采用PS,UV降解,降解率是4%和46.2%,而采用UV/PS去除率高达96.4%,大大提高单独PS系统降解2,4-DCP的效率,表明UV/PS系统可高效去除2,4-DCP.采用PS,UV和UV/PS降解2,4-DCP基本遵循拟一级反应动力学,一级反应动力学常数分别为0.4×10~(-3),6.2×10~(-3)和35.1×10~(-3)min~(-1).光解反应中起主作用的是自由基SO_4·~-.SO_4·~-与2,4-DCP二级动力学反应常数是7.07×109(mol/L)-1s-12,4-DCP在3种实际水体(锡东水厂,西氿水库,横山水库)中降解率比在超纯水中的高.经济计算中UV/PS协同系统的能量利用率最高.     

O3/UV降解含氮杂环化合物喹啉

本研究采用O3/UV工艺降解喹啉溶液,系统地探讨了喹啉初始浓度、反应后置时间、初始p H、HCO-3浓度等因素对降解过程的影响.通过测定降解过程中的中间产物,分析了喹啉的降解机制及途径.结果表明随着喹啉初始浓度增加,反应表观速率常数和去除率都降低;p H(7~9)碱性条件时降解效果最好;HCO-3的存在明显降低了喹啉的去除率,加入100 mg·L-1HCO-3喹啉去除率降低了42.01%;反应后置时间对喹啉的去除率及矿化率基本没有影响.喹啉的降解中间产物主要为8-羟基喹啉、5-羟基喹啉、2(1H)-喹啉酮、2-吡啶甲醛等,喹啉在O3/UV体系中的降解途径主要由羟基自由基(·OH)、O3氧化剂发生的加成反应、取代反应、亲电反应等.     

UV/SPS降解水中三氯生的效能及动力学

采用短波紫外光激活过硫酸钠(UV/SPS)对水中三氯生(TCS)的去除进行了研究,考察了紫外光波长、紫外光强、过硫酸钠(SPS)投加量、pH值和腐殖酸(HA)等因素对TCS去除的影响,计算了自由基(·OH、SO_4~(·-))与TCS的二级反应速率常数及其对TCS去除的贡献值,鉴定了反应中主导自由基,对比了UV254/SPS和UV254/H_2O_2对天然水体中TCS的去除效果,GC/MS分析了TCS降解的中间产物及可能的降解路径.结果表明UV/SPS能有效去除TCS,紫外光波长为254nm,光强为11.5μW·cm-2,SPS浓度为1 mmol·L~(-1)时,100s后初始浓度为275μg·L~(-1)的TCS去除率可达98.15%,TCS降解过程符合拟一级反应动力学方程,其动力学常数K=0.039 2 s~(-1).实验范围内TCS去除的速率常数随紫外光强(I)和SPS投加量的增加而增大,波长对TCS去除影响不显著,中性条件不利于TCS降解,HA对TCS去除具有抑制作用.·OH和SO_4~(·-)与TCS反应速率常数分别为7.62×109L·mol~(-1)·s~(-1)、9.86×109L·mol~(-1)·s~(-1),UV254/SPS中主导自由基为SO_4~(·-),其对TCS去除贡献率为97.63%.UV254/SPS工艺更能有效地去除TCS,其拟一级动力学常数K值是UV254/H_2O_2工艺的4.13倍.TCS降解过程中主要生成了2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)、苯酚等中间产物.     

UV/PMS降解水中罗丹明B的动力学及反应机理

采用紫外(UV)活化过硫酸氢钾(PMS)产生强氧化性硫酸根自由基(SO_4~·-)降解人工染料罗丹明B(RhB).考察了溶液初始p H、氧化剂剂量、RhB初始浓度、天然有机物(NOM)、Fe~(2+)浓度、自由基淬灭剂(甲醇和叔丁醇)及水体中常见阴离子对降解效果的影响,并探测反应体系中生成的无机阳离子及小分子有机酸的种类和浓度.结果表明,降解反应遵循准一级反应动力学,其降解速率受到溶液初始pH的显著影响,当溶液酸性越强或碱性越强时,RhB的降解效果越好,且酸性条件下降解效果优于碱性条件.同时,加大氧化剂剂量及降低底物浓度也会对RhB的降解起促进作用.体系中投加过渡金属Fe~(2+)可显著促进RhB的降解效果,当Fe~(2+)与PMS的浓度比为1∶1时,降解效果最佳.水体中的NO_3~-对RhB的降解有着显著的促进作用,而H_2PO_4~-、C_2O_4~(2-)、Cl~-和NOM则对RhB的降解有抑制作用.采用离子色谱分析了UV/PMS体系降解RhB所产生的NH_4~+,以及甲酸、乳酸、乙酸和草酸,推测RhB在UV/PMS体系中的降解主要是通过共轭结构的破坏、N-位脱乙基并伴有苯环结构的破坏进行的.综合分析表明,UV/PMS工艺可有效运用于罗丹明B污染水体的修复处理过程.     

UV/H2O2降解羟苯甲酮反应动力学及影响因素

有机防晒剂随着日常使用不断进入环境中,成为一类新兴污染物.考察了UV/H2O2工艺对典型有机防晒剂羟苯甲酮(BP-3)的水相光化学降解特征,并对BP-3降解反应的影响因素包括初始BP-3浓度、H2O2浓度、UV光强、共存阳离子和阴离子、叔丁醇和腐殖酸投加量等进行了研究.结果表明,BP-3的降解速率常数随初始BP-3浓度升高而降低,随着H2O2浓度增大而增高,随着UV光强增强而增大;阴离子会在一定程度上降低反应速率,阳离子中Fe3+会产生类芬顿反应,促进生成·OH,对降解反应有显著的促进作用,投加叔丁醇和腐殖酸皆会抑制降解反应进行.采用每一对数减小级电能输入(EEo)指标对UV/H2O2工艺的电能利用效率进行了评价,Fe3+的加入显著减小了EEo.研究不同因素对UV/H2O2工艺降解效果的影响,可对实际工程中采用UV/H2O2去除苯甲酮类有机防晒剂提供参考.     

UV/O3/TiO2耦合工艺降解2,4,6-三氯苯酚

通过构建UV/O₃/TiO₂耦合工艺反应体系,打破了以臭氧为基础的高级氧化技术臭氧利用率低的技术瓶颈,使用电子自旋共振波谱仪和荧光探针法分析了UV/O₃/TiO₂耦合工艺的反应机理,明确了臭氧链式反应产生的O₂在反应体系内自循环利用是提高臭氧利用率的主要原因。以2,4,6-三氯苯酚为目标污染物,通过分析初始浓度、接触时间、pH、催化剂投加量等影响因素,对比UV/O₃、UV/TiO₂工艺的降解效果,显示出UV/O₃/TiO₂耦合工艺的技术优势。在相同条件下,单独UV/TiO₂光催化体系和UV/O₃体系对2,4,6-三氯苯酚模拟配水的TOC矿化率分别为12.65%和51.54%,反应速率常数分别为0.0058,0.1956 min-1,而UV/O₃/TiO₂耦合体系的矿化率达到82.97%,反应速率常数为0.2893 min-1,耦合工艺的臭氧利用率较UV/O₃工艺提高11.7百分点,并且在pH=3~11的较宽范围内有良好的适用性,证明了理论研究结论的正确性。     

UV/H2O2降解水中对乙酰氨基酚的动力学及反应途径

利用UV/H_2O_2间歇式光氧化反应器,考察该工艺降解水溶液中对乙酰氨基酚反应动力学和影响因素.结果表明,UV/H_2O_2可有效降解水溶液中的对乙酰氨基酚,降解过程符合拟一级反应动力学模型(R~2=0.990).通过考察影响反应的因素,如H_2O_2投量、紫外功率、pH值、共存阴离子(HCO_3~-、NO_3~-)浓度,研究结果表明,对乙酰氨基酚的反应速率常数随H_2O_2投量增大而增高,随着UV功率增强而增大;共存阴离子浓度的增加在一定程度上会降低反应速率常数;中性条件是降解体系的最适宜环境,此时的反应速率常数达到最大值.通过气象色谱/质谱(GC/MS)对中间产物的分析推测对乙酰氨基酚降解过程中首先形成了苯酚类物质进而被氧化生成易降解的物质.UV/H_2O_2对对乙酰氨基酚的矿化效果非常显著,在pH 7.0,紫外功率15 W,对乙酰氨基酚浓度42.0 mg·L~(-1),H_2O_2投加量为250.0 mg·L~(-1)时,总有机碳(TOC)去除率达到39%.     

UV/H2O2/微曝气联用工艺矿化内分泌干扰物BPA试验研究

采用UV/H2O2,微曝气工艺对水中内分泌干扰物双酚A(BPA)的降解与矿化进行了试验研究.该工艺是在UV/H2O2的基础上发展起来的一种新工艺,微曝气在UV光照射下产生了一定量的O3,提高了·OH的发生率.本试验研究了UV光强、H2O2投加量以及pH值对BPA矿化速率的影响.结果表明,随着UV光强的增大,BPA的矿化速率呈线性增加;当H2O2投加量由5mg/L增大到20 mg/L时,BPA矿化速率常数k由0.003 2上升到0.025 0;当pH为6.68时,在相同条件下BPA的矿化效果最好.在同一工况条件下,UV/H2O2/微曝气工艺降解BPA的速率远远大于其矿化速率,分析得出在开始反应阶段BPA首先被降解为小分子有机物,随着反应的进一步进行小分子有机物逐步被矿化为无机物.     

UV/Oxone降解水中扑热息痛的效能及影响模型

采用UV、oxone和UV/Oxone3种工艺降解ACE,同时对体系中氧化活性物质种类和贡献率进行鉴别和计算.采用响应面曲线法研究HCO₃^-、Cl^-、NO₃^-、pH值和温度5因素、3水平条件下UV/Oxone对ACE的去除效果的综合影响,并选用3种实际水体作为原水水质背景来评价UV/Oxone降解ACE的实际降解值和模型预测值的差距,最后比较了3种工艺的效能.结果表明UV、oxone、UV/Oxone3种工艺对ACE的去除率分别为2.1%、53.7%和98.3%.活性物质的鉴别实验发现UV激活oxone会产生^·OH、SO₄^·-和活性氯3种活性物质,且对ACE降解的贡献率分别为37.05%、19.22%和43.73%.通过响应面曲线法得到影响降解ACE效果的回归方程式,该回归方程对应的p值小于0.0001,拟合缺失项不显著,校正决定系数R²>0.8,说明该模型可信度高.选用实际水体进行实际降解和模型预测比较时发现实际降解值基本符合模型预测值.最后对两种不同工艺进行效能比较发现在同等时间和降解率的情况,UV/Oxone耗能最低,是一种高效、快速、可行的降解工艺.     

UV-LED/NaClO工艺对水中对乙酰氨基酚的降解

采用NaClO、UV-LED和UV-LED/NaClO工艺去除水中的对乙酰氨基酚（AAP）,考察了NaClO投加量、pH值和腐殖酸（HA）等因素对UV-LED/NaClO工艺去除AAP的影响,研究了UV-LED/NaClO去除AAP过程中OH·、UV-LED、NaClO和氯自由基RCS（Cl·,Cl₂^·-,ClO·）的贡献值,评估了AAP降解过程中溶液急性毒性的变化.结果表明,UV-LED/NaClO可以有效降解.AAP.反应90min后,UV-LED、NaClO和UV-LED/NaClO工艺对AAP的去除率分别为4.42%、93.61%和100%.AAP的降解符合拟一级反应动力学模型（R²=0.9967）.AAP的去除随着NaClO投加量的增大而增加,中性条件有利于AAP的降解,HA对AAP去除具有抑制作用,HCO₃^-和NO₃^-可略微促进AAP的去除.当NaClO投加量为1mg/L,OH·、UV-LED、NaClO和RCS各组分对AAP去除的相对贡献率分别为0.82%、0.66%、33.78%和64.74%,UV-LED/NaClO工艺可以有效的降低溶液的急性毒性.     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

Cu2+强化UV活化过氧乙酸降解水中的双氯芬酸

研究了Cu²⁺强化UV活化过氧乙酸（Cu²⁺/UV/PAA）对水中双氯芬酸（DCF）的降解,考察了pH值、PAA投加量、Cu²⁺投加量、无机阴离子（Cl^-、SO₄^2-、NO₃^-和CO₃^2-）和溶解有机物（DOM）对DCF去除的影响;探讨了DCF在该体系中的降解产物和转化机理.结果表明：UV和Cu²⁺都能活化PAA产生活性自由基促进DCF降解.DCF在Cu²⁺/UV/PAA中的降解遵循准一级动力学,其降解可能归因于直接光解、HO^·氧化和CH₃COO^·、CH₃COOO^·等其它自由基氧化.在pH=3~11范围内,DCF降解的最佳pH=8.5.DCF的降解效率随着PAA投加量的增大而逐渐增高,过量的PAA能与DCF竞争HO^·.Cu²⁺用量的提高也能促进DCF的去除,但是过量的Cu²⁺可生成Cu（OH）₂导致其催化能力下降.由于NO₃^-在UV照射下可以产生HO^·,其对DCF降解有促进作用,且NO₃^-浓度越高,促进作用越明显.不同浓度的Cl^-、SO₄^2-、CO₃^2-和DOM对DCF降解影响较小.在Cu²⁺/UV/PAA降解DCF的过程中,共检测出13种降解产物.根据这些降解产物,提出了DCF可能的转化机理,包括8种不同的反应路径.     

NaClO、UV及UV/NaClO消毒过程中TCC的去除特性及遗传毒性

采用NaClO、UV和UV/NaClO复合消毒等方式研究了三氯卡班（TCC）在消毒过程中的去除特性,考察了3种消毒方式中TCC溶液的遗传毒性变化,鉴定了TCC的降解产物并探讨了其降解机制,以UV/NaClO复合消毒为研究对象,考察了NaClO投加量、TCC初始浓度、溶液pH值和腐殖酸（HA）等因素对TCC去除的影响.结果表明,3种消毒技术对TCC的去除效果依次为UV/NaClO、UV、NaClO.消毒处理不同程度增加了TCC溶液的遗传毒性.LC-MS鉴定出了8种TCC的降解产物,降解途径主要为脱氯、加氯以及·OH/O^·氧化.UV/NaClO复合消毒对TCC的去除率在97%以上;TCC的去除与其初始浓度呈负相关;TCC的去除率随pH值的增大先升高后降低;低浓度的腐殖酸（HA）对TCC的去除有促进作用,高浓度则相反.     

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.     

水中有机物对紫外光催化还原溴酸盐的影响

通过一步水热法制备了 TiO2与TiOF2用于考察不同水质条件下紫外光催化控制还原BrO3-的效率.结果表明,TiO2在纯水中还原BrO3-的效率(120min还原78.5％)显著高于TiOF2(120min还原57.0％).但当体系中存在难降解有机物(莠去津)或天然有机物(腐殖酸)时,TiOF2还原BrO3-的效率则...     

Fe(Ⅵ)/Na2SO3体系降解阿特拉津效能

利用高铁酸钾活化亚硫酸钠(Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系),探究其对阿特拉津(ATZ)的降解效能;鉴别了反应体系主要活性组分,并考察了Na₂SO₃投加量、反应溶液pH值和水质背景成分对ATZ降解效能的影响.结果表明:当Fe(VI)和Na₂SO₃的投加量分别为50和200μmol/L时,反应10s后Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的降解效能达到74.4%,单独Fe(VI)(50μmol/L)和单独Na₂SO₃(200μmol/L)对ATZ的去除率仅为10.2%和7.5%.探针化合物和溶解氧作用等实验证实体系中主要的活性基团为SO₄^·-.在pH=8,Fe(VI)投加量为50μmol/L时,随着Na₂SO₃投加量的增大,Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的去除效率先增大后减小,其中最佳Na₂SO₃投加量为150~200μmol/L.Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系在pH 7~10的范围内,均可以快速降解ATZ.在天然水体中,Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系也可以高效降解ATZ,但是水质背景成分会竞争消耗SO₄^·-,导致Fe(Ⅵ)/Na₂SO₃体系对ATZ的降解效能降低.     

弥河沉积物的反硝化和厌氧氨氧化过程

本研究选取弥河4个站点为研究对象,在不同季节分别采集沉积物样品,测定理化指标,并采用同位素配对技术和分子生物学方法,研究了沉积物中的反硝化和厌氧氨氧化作用及其影响因素.结果表明,弥河沉积物中的反硝化速率变化范围为151.75~2847.86μmol/（m²×h）,厌氧氨氧化速率的变化范围为149.57~2109.17μmol/（m²×h）,厌氧氨氧化在氮去除中的贡献量平均达到56.1%.沉积物中的反硝化细菌以nirK型为主,丰度为0.19×10⁶~5.12×10⁶个/g,主要是α-和β-变形菌门;厌氧氨氧化细菌以hzsA为标记基因的丰度范围是2.58×10²~1.14×10⁴个/g,主要为浮霉菌门的Brocadia属细菌.反硝化速率与沉积物中的TN含量和间隙水PO₄^3-呈正相关关系,厌氧氨氧化作用与沉积物中的TN含量呈正相关,而与沉积物密度呈负相关关系,沉积物的理化指标是决定氮去除速率的主要环境条件.弥河的反硝化和厌氧氨氧化作用明显,对减轻氮超标具有重要意义,合理改变沉积环境是有效提高氮去除速率的可参考方式.     

光助-电解锰渣/H2O2非均相体系氧化降解双酚S

以电解锰渣作为光催化剂构建非均相类光Fenton体系,采用双酚S为模型化合物,研究了该反应体系中双酚S氧化降解的降解机制及影响因素,并建立了·OH的生成速率模型以及溶解性有机质（DOM）影响的预测模型.结果表明,电解锰渣中具有催化效果的铁和锰的质量含量分别为1.49%和2.28%;相比UV、UV/电解锰渣、UV/H₂O₂和电解锰渣/H₂O₂体系,电解锰渣/UV/H₂O₂光Fenton体系对双酚S具有更好的氧化降解效果,双酚S的降解效果与电解锰渣投加量、H₂O₂浓度呈正相关,与pH值、双酚S初始浓度呈负相关;溶液中析出的Fe和Mn的浓度与pH值呈负相关,且电解锰渣/UV/H₂O₂氧化体系反应浸出的共存活性金属组分不利于双酚S降解;电子自旋共振和自由基淬灭实验发现电解锰渣/UV/H₂O₂体系中氧化降解双酚的主要活性物种是·OH.采用异丙醇构建了该体系中·OH的生成速率模型,计算可得·OH的生成速率R·^f_OH在3.22×10^-9~1.1×10^-8mol/（L·s）之间,与硝基苯拟合计算出的R·^f_OH（6.5×10^-9mol/（L·s））一致.双酚S降解效率随着DOM浓度的增加而降低.基于自由基稳态动力学理论建立了DOM存在下电解锰渣/UV/H₂O₂体系中双酚S降解的动力学预测模型,发现模型的预测值与实验值较好符合,说明DOM主要通过淬灭体系中的·OH影响双酚S的降解.