论文部分内容阅读
近年来由于抗生素的广泛使用甚至滥用,导致大量原药及其衍生物通过各种方式进入水环境,诱导环境中抗药菌的产生,对人体健康和生态安全造成巨大威胁,引起了社会各界的广泛关注。磺胺类抗生素因其良好的抗菌作用占据了较大市场份额,其所带来的环境污染问题逐渐成为近年的研究热点。由于这种抗生素具有生物难降解性,常规的水处理工艺(生物处理)很难将其有效去除,因此开发出高效深度矿化这类有机物的工艺就显尤为重要。电化学高级氧化技术能产生高活性羟基自由基,可以无选择氧化有机物,是处理抗生素废水的理想选择。但这种技术处理成本相对较高,影响其实际应用。太阳光是一种绿色能源,本论文提出利用实际太阳光作为能源和驱动力,采用光伏电池助太阳光电芬顿工艺处理水中磺胺类抗生素物质,实现污染物完全矿化,目前关于利用这种方法处理水中抗生素有机污染物还鲜有报道。本文以用量较大的磺胺甲恶唑(sulfamethoxazole,SMX)为研究对象,以四种不同比表面积活性炭纤维(Activated carbon fiber, ACF)为阴极,探讨了在模拟太阳光氙灯和实际太阳光条件下不同氧化处理SMX过程中的降解过程,具体工作如下：(1)首先研究了ACF对SMX的吸附性能,结果表明ACF比表面积影响其吸附能力,比表面积越大,吸附能力越强。通过对四种比表面积ACF-1000、ACF-1300、ACF-1500及ACF-1800吸附200mg/L SMX溶液多次吸附实验,吸附能力顺序为ACF1000<ACF1300<ACF1500<ACF1800。论文还对不同氧化过程对ACF的再生行为进行了研究。(2)研究了在模拟太阳光氙灯条件下光电芬顿(Xe-PEF)降解SMX过程。以RuO2/Ti为阳极,ACF为阴极,研究结果表明,Xe-PEF过程可以深度矿化SMX,在最优条件pH=3.0,0.36A,O2流量60mL/min时,TOC去除率达到73.3%,远高于阳极氧化(AO)12.6%,电化学产生H2O2(AO-H2O2)18.6%, Xe-AO-H2O237.4%,电芬顿(EF)39.5%。而在光伏电池助实际太阳光条件下光电芬顿(SPEF)也可以深度矿化SMX,在最优条件pH=3.0,0.36A, Fe2+1.0mM,O2流量60mL/min时,TOC去除率达到63.6%。UV-Vis结果表明Xe-PEF和SPEF均可以彻底破坏SMX分子,其分子中的有机氮经降解后生成氨氮离子。(3)论文还研究了不同波长紫外光如UVA、UVB、UVC照射下的光电芬顿过程对SMX的降解效果对比,UVA-PEF过程TOC去除率为45%, UVB-PEF过程TOC去除率为52.5%, UVC-PEF过程TOC去除率为56.4%。探讨了初始SMX浓度、pH、电流强度、Fe2+浓度、气体氛围等参数对Xe-PEF和SPEF降解过程影响。(4)论文还研究了金刚石薄膜阳极强化光电芬顿(Xe-BDD-PEF)降解SMX过程。以BDD为阳极,ACF为阴极,研究结果表明,Xe-BDD-PEF过程可以深度矿化SMX,在最优条件pH=3.0,0.36A,Fe2+1.0mM,O2流量60mL/min时,TOC去除率达到89.9%。研究结果表明光电芬顿是一种高效处理难降解有机物的工艺,而利用光伏电池的太阳光电芬顿是一种高效低耗的水处理工艺,易于设备化,并且可以通过采用催化阳极如BDD电极实现有机污染物的完全矿化。