紫外过硫酸盐体系中二级出水有机物转化及机理研究

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随着我国城镇化水平的提高及工业化进程的不断推进,城市生活污水和工业废水的排放量不断增加,目前国内污水处理厂多使用生物法对其进行处理,二级出水中仍含有部分难以被生物降解的有机物,如果没有经过处理就直接排放,会导致水体的富营养化,对人体和生态环境造成威胁。因此,研究能高效去除水中有机物的技术很有必要。本文以北方某污水处理厂二级出水有机物(Ef OM)为研究对象,研究了紫外过硫酸盐高级氧化技术对Ef OM的处理效能及影响因素,探究了EfOM的降解机理及体系中卤代副产物的产生情况,同时对紫外体系中活性氧自由基的产生进行了探究。主要研究内容和结果如下:(1)采用紫外/过一硫酸盐(UV/PMS)技术对二级出水有机物进行深度处理,证明UV和PMS之间有协同作用,研究了PMS浓度及初始pH对有机物去除效果的影响。在PMS浓度为5 mmol/L,初始pH为7时去除效果最好,对UV254和COD的去除率分别为86.2%和57.7%。结合EPR图谱和自由基淬灭实验发现,UV/PMS体系中能产生大量的羟基自由基(·OH)和硫酸根自由基(SO4·-)。利用紫外可见光谱、三维荧光和同步荧光光谱等多种检测手段研究发现,UV/PMS体系能彻底去除二级出水有机物中的类腐殖酸和类富里酸物质,使得二级出水的芳香度降低。由于二级出水中含有部分卤素离子,自由基与氯离子反应生成的活性氯可与二级出水中的有机物发生反应生成卤代副产物,其中三氯甲烷和卤乙酸类物质生成较多。当Cl-和Br-同时存在时,以溴代副产物为主。(2)采用紫外/过二硫酸盐(UV/PDS)技术对二级出水有机物进行深度处理,证明UV和PDS之间有协同作用,研究了PDS浓度及初始pH对有机物去除效果的影响。当PDS浓度为1 mmol/L,初始pH为7时去除效果最好,对UV254和COD的去除率分别为95.9%和59.0%。结合EPR图谱和自由基淬灭实验发现,UV/PDS体系中能产生大量的SO4·-和·OH。利用紫外可见光谱、三维荧光和同步荧光光谱等多种分析测试手段研究发现,UV/PDS体系能够使二级出水有机物中的类腐殖酸和类富里酸得到彻底去除,使得二级出水的芳香度降低。由于二级出水中含有Cl-,其与自由基反应生成的活性氯与有机物反应后可生成卤代副产物,其中三氯甲烷和卤乙酸类物质生成较多。当Cl-和Br-同时存在时,以溴代副产物为主。与UV/PMS体系相比,大部分卤代副产物的产生量大幅度减少。(3)采用电子顺磁共振技术证明了在紫外照射下二级出水中有单线态氧(~1O2)、羟基自由基(·OH)和超氧自由基(O2·-)的产生。利用糠醇(FFA)、香豆素(COU)和4-氯-7-硝基苯并呋喃(NBD-Cl)分别作为~1O2、·OH、O2·-的捕获剂,验证了紫外照射下活性氧的产生。当pH为7时,在紫外照射下产生的单线态氧浓度为2.5×10-13mol/L。在中性条件下Ef OM产生~1O2的速率最快,在酸性条件下~1O2的产生速率最慢。当pH为3时,反应中几乎没有O2·-的产生。当pH为11时,O2·-的产生量比pH为7时多。
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