【摘 要】
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近年来,药品和个人护理用品(Pharmaceuticals and Personal Care Products,PPCPs)作为一类新兴污染物,其导致的环境污染问题受到了科研工作者的广泛关注;如何有效控制PPCPs污染已成为水污染控制领域的研究热点与难点。以PPCPs抗癫痫类药物卡马西平(Carbamazepine,CBZ)为例,CBZ在我国多个省份的河流湖泊等环境水体中均有检出。基于活化过硫酸
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近年来,药品和个人护理用品(Pharmaceuticals and Personal Care Products,PPCPs)作为一类新兴污染物,其导致的环境污染问题受到了科研工作者的广泛关注;如何有效控制PPCPs污染已成为水污染控制领域的研究热点与难点。以PPCPs抗癫痫类药物卡马西平(Carbamazepine,CBZ)为例,CBZ在我国多个省份的河流湖泊等环境水体中均有检出。基于活化过硫酸盐产生硫酸根自由基(SO4·-)的新型高级氧化技术,因其氧化能力强、反应不受pH影响、氧化剂稳定性好等优点,在难降解有机污染物的去除方面获得广泛的研究。因此,本研究首先通过一步水热法制备了氧化锰八面体-活性炭纤维(OMS-2@ACF),采用多种表征技术分析了OMS-2@ACF的理化结构;其次,以CBZ为目标污染物,开展了OMS-2@ACF+UV/PMS和OMS-2@ACF+UV/PMS耦合序批式污泥反应器(Sequencing Batch Reactor,SBR)两个体系降解CBZ的研究。最后,探讨了OMS-2@ACF对SBR系统稳定性的影响,主要结果如下:(1)在OMS-2@ACF+UV/PMS体系中,CBZ(20 mg/L)的降解率为98.1%,矿化率为53.3%,高于传统的UV/PMS体系。通过自由基淬灭实验和电子顺磁共振(Electron Paramagnetic Resonance,EPR)捕获反应体系中的自由基,确定该体系的活性物种为SO4·-、O2·-、~1O2和·OH。通过反应前后催化剂x射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)结果分析可知,反应过程存在Mn2+-Mn3+-Mn4+之间的氧化还原反应;该材料经过5次循环重复实验,CBZ的去除率约为62%,且浸出的Mn离子浓度低于0.2 mg/L。(2)在OMS-2@ACF+UV/PMS耦合SBR体系中,该体系降解CBZ和COD的去除率分别为98.6%和73.1%,与单独的SBR工艺处理相比,CBZ和COD的去除率分别提高了94.1%和45%。通过高通量测序技术(High-throughput Sequencing)分析可知,该体系对菌群多样性影响较小,且索氏菌属(Thauera)、单螺菌属(Simplicispira)、毛球菌属(Trichococcus)和丛毛单胞菌属(Comamonas)是降解CBZ的优势菌属。(3)OMS-2@ACF对SBR体系处理COD和CBZ具有促进作用,且随着OMS-2@ACF(0.05-1 g/L)浓度的提升去除率逐渐升高,同时污泥沉降性能、混合液悬浮固体浓度(MLSS)、混合液挥发性悬浮固体浓度(MLVSS)也逐渐增大;而OMS-2@ACF对SBR体系中污泥的构成未发现明显影响。
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