UV/H2O2和UV/TiO2高级氧化法降解典型PPCPs的研究

来源 :北京建筑大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:changjian200910
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近年来在我国的河流、土壤中检测到了多种药品和个人护理用品(Pharmaceutical and Personal Care Products,简称PPCPs),含量分别达到了μg/L和mg/kg级别。虽然PPCPs是微污染物,但是其对生态环境的影响具有叠加放大效应,PPCPs能够在生物体内累积,影响其正常生命活动,如会造成细菌耐药性和改变微生态动植物的基因。大量的研究表明饮用水常规处理工艺和生活污水常规处理工艺对PPCPs的去除存在着较大的局限性,深度处理方法相对于常规水处理方法对PPCPs有较高的去除率,然而深度处理方法应用最广泛的活性炭吸附、膜处理和高级氧化法都有各自的优缺点。其中高级氧化法通过·OH的氧化作用能将PPCPs大分子转化小分子化合物,甚至彻底矿化,相对于活性炭吸附和膜处理两种方法高级氧化法对PPCPs的处理更为彻底。本文选取了高级氧化法中常用的UV/H2O2和UV/TiO2两种方法,磺胺甲噁唑(Sulfamethoxazole,简称SMX)和环丙沙星(Ciprofloxacin,CIP)为目标污染物,讨论了UV/H2O2和UV/TiO2两种方法分别对SMX和CIP的降解效果。研究了H2O2投加量、TiO2投加量、反应溶液初始p H值、叔丁醇投加量、不同的阴离子和金属阳离子对SMX和CIP降解效果的影响,测定了两种方法在降解SMX和CIP过程中总有机碳TOC(total organic carbon)的去除情况,并对UV/H2O2和UV/TiO2两种方法进行了对比研究。UV/H2O2能有效的去除水中的SMX和CIP,且降解过程都符合伪一级动力学模型,当SMX和CIP初始浓度为100μg/L,确定的H2O2的最佳投加量为10 mmol/L;随着SMX和CIP初始质量浓度增加,UV/H2O2降解SMX和CIP的速率常数均逐渐降低;反应溶液初始p H值分别为3和7时,UV/H2O2对SMX和CIP的降解效果最好;在UV/H2O2对SMX和CIP的降解过程中,SMX和CIP的降解既有UV的直接降解作用也有UV和H2O2共同生成的·OH的氧化作用;在反应溶液中投加5种阴离子后均降低了UV/H2O2对SMX和CIP的降解效果,此时SMX和CIP的速率常数大小顺序为:kNO3->kSO42->kCl->kCO32->kHCO3-,其中CO32-和HCO3-对降解效果的抑制最为明显;在反应溶液中投加金属阳离子后抑制了UV/H2O2对CIP的降解效果,CIP的速率常数大小顺序为:kCa2+>kMg2+>kCu2+,其中Cu2+对降解效果的抑制最为明显;在UV/H2O2对SMX的降解过程中,TOC的去除率均随着反应溶液初始p H值的升高而降低,在UV/H2O2对CIP的降解过程中,反应溶液初始p H值对TOC的去除率无明显影响;通过对SMX和CIP分子结构的分析可知,在UV/H2O2分别对SMX和CIP的降解过程中,SMX的异恶唑环N-O键和磺酰胺键的变化难于CIP中脱氟作用和哌嗪环的转化。UV/TiO2降解SMX和CIP的过程都符合伪一级动力学模型,当SMX和CIP初始浓度为100μg/L,确定的TiO2最佳投加量为1 mg/L;随着SMX和CIP初始质量浓度增加,UV/TiO2降解SMX和CIP的速率常数均逐渐降低;当反应溶液初始p H值为3时,UV/TiO2对SMX的降解效果最好;当反应溶液初始p H值为7时,UV/TiO2对CIP的降解效果最好;在UV/TiO2对SMX和CIP的降解过程中,SMX和CIP的降解主要是UV直接降解和空穴直接氧化作用,UV和TiO2共同生成的·OH的氧化作用只是很少一部分;在反应溶液中投加5种阴离子后均降低了UV/TiO2对SMX和CIP的降解效果,此时SMX和CIP的速率常数大小顺序为:k(NO3->kSO42->kCl->kCO32->kHCO3-,其中CO32-和HCO3-对降解效果的抑制最为明显;在反应溶液中投加金属阳离子后抑制了UV/TiO2对CIP的降解效果,CIP的速率常数大小顺序为:kCa2+>kMg2+>kCu2+,其中Cu2+对降解效果的抑制最为明显;在UV/TiO2对SMX的降解过程中,TOC的去除率均随着反应溶液初始p H值的升高而降低;在UV/TiO2对CIP的降解过程中,TOC的去除率均随着反应溶液初始p H值的升高而升高。在UV/H2O2和UV/TiO2分别对SMX和CIP的降解过程中TOC去除的主要原因是·OH的氧化作用。在本研究中UV/H2O2和UV/TiO2两种工艺对SMX和CIP具有较好的去除效果,且SMX和CIP的去除效果会受到水中各种因素的影响,所得实验数据可以为采用高级氧化法处理PPCPs废水的实际应用提供借鉴。
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