VUV/亚硫酸盐协同降解水中消毒副产物效能与机理研究

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消毒工艺在有效抑制致病微生物的风险的同时,常常伴随着消毒副产物的产生。基于消毒副产物广泛存在及对人体的危害,去除消毒过程中产生的消毒副产物(DBPs)具有现实意义。一氯乙酸常在氯消毒过程中生成,溴酸盐常在臭氧消毒过程中生成,一氯乙酸在常规处理工艺中存在去除率低、毒性增加等问题,溴酸盐基本无法氧化去除。高级还原技术具有极大的优势,通过使用活化技术,在还原剂的帮助下生成e-aq、H·等还原性自由基,高效还原目标污染物。本课题提出真空紫外/亚硫酸盐体系(VUV/sulfite),可高效降解水中多种DBPs。以一氯乙酸与溴酸盐为目标污染物,研究VUV/亚硫酸盐体系降解水中DBPs的效能与机理。结果表明,VUV/亚硫酸盐体系可以高效降解水中DBPs,在p H=9.0,25℃,亚硫酸盐浓度1 m M条件下,一氯乙酸降解速率达13.08μM/min,溴酸盐降解速率达6.36μM/min。考察了溶液p H、亚硫酸盐浓度、目标污染物初始浓度、共存物质等因素对VUV/亚硫酸盐体系降解一氯乙酸及溴酸盐效能的影响。随着反应体系p H、亚硫酸盐浓度、温度、循环流量的增加,目标污染物的降解速率增加;而目标污染物初始浓度增加,其降解速率呈下降趋势。Cl-、HCO3-、NO3-、腐植酸等共存物质抑制了VUV/亚硫酸盐体系对一氯乙酸及溴酸盐降解。自来水中一氯乙酸、溴酸盐降解速率比纯水中低。VUV/亚硫酸盐体系降解水中DBPs以还原反应为主,e-aq是降解过程中最重要活性物种。对于一氯乙酸的降解,其与e-aq反应速率k=1.9×10~9 M-1 s-1,VUV辐照水产生的·OH也对一氯乙酸降解有一定的贡献,·OH的氧化作用为一氯乙酸的矿化提供可能,这弥补了还原体系的缺点,为高级氧化-还原体系。对于溴酸盐的降解,其与e-aq反应速率k=3.7×10~9 M-1 s-1,还原反应占主导,·OH体现一定的抑制。考察了多种卤乙酸在VUV/亚硫酸盐体系降解及脱卤的效能。7种卤乙酸的降解速率及脱卤速率均呈现Br>Cl>>F的规律;从卤化程度来看,降解速率及脱卤速率均三卤代>二卤代>一卤代,但氯取代乙酸除外,其反应速率为一卤代>二卤代>三卤代,这主要是因为紫外直接光解对卤乙酸的降解起了重要作用。另外,提出VUV/亚硫酸盐体系中各自由基的生成与转化途径,并解析了一氯乙酸、溴酸盐的降解路径。一氯乙酸主要被脱卤转化为乙酸,乙酸被·OH等自由基断裂C-C键,生成甲酸,最终可转化为CO2。溴酸盐则依次被还原脱氧为Br O2-,Br O-和无毒或低毒Br-。因此VUV/亚硫酸盐体系在降解DBPs同时,可以有效降低其毒性。总而言之,VUV/亚硫酸盐体系对卤乙酸、溴酸盐等消毒副产物的去除具有良好去除的效果,具有一定实际应用的价值。
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