【摘 要】
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药物和个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)作为一种新兴污染物,频繁地在水源中被检出,对生态系统和人体健康构成威胁。本文采用基于紫外(Ultraviolet C,UVC)的高级氧化工艺来降解典型PPCPs,包括四环素(Tetracycline,TC)和卡马西平(Carbamazepine,CBZ),对其降解性能、影响因素、降解机
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药物和个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products,PPCPs)作为一种新兴污染物,频繁地在水源中被检出,对生态系统和人体健康构成威胁。本文采用基于紫外(Ultraviolet C,UVC)的高级氧化工艺来降解典型PPCPs,包括四环素(Tetracycline,TC)和卡马西平(Carbamazepine,CBZ),对其降解性能、影响因素、降解机理、产物毒性和经济性进行了研究。对UVC和UVC/过硫酸盐(Persulfate,PS)工艺去除TC进行了系统的对比研究。在UVC和UVC/PS工艺中,TC的降解均符合拟一级动力学。UVC和氧化剂的联合使用有利于TC的降解,且降解效果遵循UVC/PS>UVC/过硫酸氢钾>UVC。硫酸根自由基(SO4-·)和羟基自由基(·OH)是UVC/PS体系中产生的主要自由基。根据竞争动力学,测算了TC与·OH和SO4-·反应的二级速率常数以及UVC光解、·OH和SO4-·对TC降解的贡献。在UVC和UVC/PS系统中,p H值的上升有利于TC的降解。不同的水质因素在TC降解中起到自由基敏化剂、自由基淬灭剂和光吸收剂的作用。天然有机物(NOM)和CO32-/HCO3-促进了TC在UVC辐照下的光解,但在UVC/PS系统中呈现出相反的作用。Cl-起到抑制作用而NO3-在UVC和UVC/PS工艺中都促进了TC的降解。TC在UVC/PS工艺中的降解机制可以分为羟基化、脱甲基、脱羰基、光环化、脱水和C-N键的断裂。在UVC辐照和UVC/PS预处理后,二氯乙酸和三氯乙酸的生成量减少,三氯甲烷的生成量增加。UVC和PS的组合可以显著降低TC降解的单位能耗。除超纯水外,实际水体中的TC在UVC/PS工艺中也有较好的去除效果。单独UVC辐照对CBZ的降解作用不明显,加入氧化剂后,效果明显上升,遵循UVC/氯>UVC/PS。SO4-·和·OH是UVC/PS体系中CBZ降解的主要自由基,RCS和·OH是UVC/氯工艺中降解CBZ的主要活性物质,采用探针法测定了CBZ与·OH、SO4-·和Cl·反应的二级速率常数以及不同自由基的贡献。在两个工艺中,CBZ的降解均符合拟一级动力学,增加氧化剂浓度以及升高水温有利于降解,增加CBZ浓度反而减缓了降解速率。共存物质干扰CBZ的降解并发生自由基之间的转化,NOM、SO42-和CO32-/HCO3-起到抑制作用,而NO3-促进了CBZ的降解。NH4+在UVC/氯工艺中起到抑制作用,而在UVC/PS体系中无明显影响。Cl-在UVC/PS体系中起到促进作用,在UVC/氯工艺中起双重作用。p H影响氯光解的量子产率以及·OH和RCS的生成,UVC/氯工艺中CBZ降解受p H值影响更大。在UVC/PS和UVC/氯系统中分别鉴定出12和14种CBZ氧化中间产物,SO4-·、RCS和·OH易于对CBZ分子中C=C进行攻击,主要生成羟基化CBZ、环氧化CBZ、吡啶类醛和酮等中间产物。综合考虑工艺的电能效率、氧化剂成本和影响因素,UVC/氯工艺更为经济有效,但是在消毒副产物(Disinfection by-products,DBPs)控制和CBZ降解产物毒性方面,UVC/PS工艺更为安全。UVC/PS和UVC/氯工艺均为有应用前景的水处理技术,但在应用时对DBPs的控制方面还需要进一步研究。
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