紫外-氯復(fù)合工藝對(duì)典型PPCPs類(lèi)污染物的去除及副產(chǎn)物生成控制的研究.pdf

1、藥品和個(gè)人護(hù)理品(pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)是一類(lèi)新興的微污染物，在飲用水水源及其他水體中頻頻被檢出，由于PPCPs的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)，水體中PPCPs類(lèi)污染物越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
　　PPCPs一般具有很強(qiáng)的極性、難揮發(fā)，常規(guī)處理工藝中的混凝、沉淀和過(guò)濾單元對(duì)PPCPs的去除非常有限，水源水中存在的PPCPs會(huì)穿透濾池進(jìn)入消毒環(huán)節(jié)，紫外、氯作為常用的消毒劑被廣

2、泛應(yīng)用于水廠消毒中，水處理中的氯等消毒劑與PPCPs通過(guò)物理化學(xué)反應(yīng)有可能轉(zhuǎn)化成非受控新型消毒副產(chǎn)物，進(jìn)而對(duì)水質(zhì)安全造成威脅。本文以典型PPCPs類(lèi)污染物雙氯芬酸鈉(diclofenac sodium，DS)為研究對(duì)象，采用化學(xué)分析和生物測(cè)定等手段，考察了紫外、氯以及紫外與氯聯(lián)用等消毒工藝對(duì)DS的去除效果和降解機(jī)制，以期為飲用水安全提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。
　　采用UV/ClO2復(fù)合消毒體系，對(duì)比考察了DS在單獨(dú)UV、單獨(dú)ClO2

3、和UV/ClO2體系中的去除性能，研究了DS的去除機(jī)制及影響因素，探討了OH和O2-等自由基的貢獻(xiàn)率，評(píng)估了降解過(guò)程中溶液的急性毒性和遺傳毒性變化，對(duì)比了投加方式對(duì)UV/ClO2消毒體系的影響，分析了UV/ClO2在實(shí)際應(yīng)用中的可能性。
　　結(jié)果表明，UV與ClO2聯(lián)合可以產(chǎn)生協(xié)同作用，UV/ClO2能夠有效去除水體中的DS，且DS在單獨(dú)UV輻照、ClO2和UV/ClO2中的降解反應(yīng)均符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，在23℃、pH=6.

4、82，二氧化氯投加量為0.3mg L-1條件下550μg L-1的DS在UV/ClO2體系中的擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)常數(shù)為0.02963s-1，分別是單獨(dú)UV輻照和單獨(dú)ClO2作用的41倍和1.88倍;DS降解的過(guò)程中起主要作用的是二氧化氯和OH，OH的貢獻(xiàn)率為18.6％，O2-的貢獻(xiàn)率為5.4％;實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，ClO2投加量由0增加至0.4mg L-1時(shí)，擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)常數(shù)由0.00072s-1增加至0.0403s-1;在pH值4.50-8.5

5、0范圍內(nèi)，pH值對(duì)UV/ClO2體系的影響不大;腐殖酸對(duì)DS的降解有明顯抑制作用，當(dāng)腐殖酸濃度增加到7mg L-1時(shí)10min的去除率由100％降低到70％;重碳酸根對(duì)UV/ClO2消毒體系的影響較小;與多次投加二氧化氯相比，紫外燈作用下一次性投加二氧化氯的效果較好;降解過(guò)程中DS會(huì)產(chǎn)生毒性大于母體污染物的中間產(chǎn)物，單獨(dú)UV輻照和二氧化氯氧化DS溶液過(guò)程中溶液的毒性效應(yīng)一直很強(qiáng)，而經(jīng)過(guò)UV/ClO2處理不僅能夠有效的降解DS，同時(shí)溶液中

6、非受控副產(chǎn)物的毒性也得到有效控制，達(dá)到保證飲用水安全的目的;研究澄清池出水中DS的去除時(shí)，降解規(guī)律沒(méi)有發(fā)生明顯的改變，當(dāng)DS含量為550μg L-1，pH=6.8，初始ClO2濃度0.4mg L-1時(shí)，10min時(shí)的去除率能夠達(dá)到95％。
　　采用UV/NaClO復(fù)合工藝對(duì)DS的去除反應(yīng)進(jìn)行了研究，并對(duì)比考察了單獨(dú)UV輻照、單獨(dú)NaClO消毒和UV/NaClO復(fù)合工藝的處理效果，探討了反應(yīng)過(guò)程中OH和O2-等自由基的貢獻(xiàn)值，考察了

7、NaClO投加量、pH值、腐殖酸、重碳酸根和投加方式等主要因素對(duì)DS去除的影響，評(píng)估了反應(yīng)過(guò)程中DS溶液的毒性變化，分析了UV/NaClO在實(shí)際應(yīng)用中的可能性，對(duì)DS的降解路徑進(jìn)行了合理的推測(cè)。
　　結(jié)果表明，UV/NaClO也能夠有效降解水體中的DS，反應(yīng)過(guò)程符合擬一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)特征，單獨(dú)UV輻照、單獨(dú)NaClO和UV/NaClO的擬一級(jí)速率常數(shù)分別為0.0331min-1、0.00075min-1和0.0721min-1;與U

8、V/ClO2體系有所不同，羥基自由基(OH)是UV/NaClO體系降解DS的過(guò)程中的主要自由基，O2-的對(duì)反應(yīng)也有促進(jìn)作用，OH和O2-對(duì)DS降解的貢獻(xiàn)率分別為44.43％和16.10％;實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)NaClO投加量從0mg L-1增加至7mg L-1，擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)由0.0331min-1增大至0.1248min-1;pH值對(duì)UV/NaClO體系有顯著影響，隨著pH值的升高擬一級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)逐漸減小，反應(yīng)過(guò)程減緩，pH值由5.0升高

9、到8.0，擬一級(jí)速率常數(shù)隨之由0.0797min-1減小到0.0445min-1;腐殖酸和重碳酸根對(duì)DS的去除有顯著的抑制作用，當(dāng)腐殖酸含量達(dá)到7mg L-1，重碳酸根濃度達(dá)到100mg L-1時(shí)DS去除效果分別降低了69％和24％;實(shí)驗(yàn)中紫外燈作用下一次性投加NaClO相比多次投加的方式效果更好，且并未觀察到大量自由基共存會(huì)發(fā)生相互淬滅的現(xiàn)象;UV/NaClO消毒體系處理DS溶液過(guò)程中急性毒性經(jīng)歷增減波動(dòng)后最終低于初始溶液的毒性，遺傳

10、毒性經(jīng)歷了先增大后減小的過(guò)程，最終溶液無(wú)明顯毒性效應(yīng);當(dāng)溫度為23℃，澄清池出水中DS含量為550μg L-1，pH=6.8，初始自由氯濃度7mg L-1時(shí)，75min內(nèi)的去除率也能夠達(dá)到99％，DS的降解規(guī)律和趨勢(shì)沒(méi)有發(fā)生明顯的改變;DS在UV/NaClO體系中的降解過(guò)程，主要發(fā)生氯代反應(yīng)、羥基化反應(yīng)和自由基的間接氧化作用，主要的中間產(chǎn)物有1-(2，6-二氯苯基)-1，3-二氫-2H-吲哚-2-酮，1，3-二氫-2H-吲哚-2-酮，2