紫外微臭氧工艺降解水中持久性有机物的研究

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水体中的有机污染物的去除是我国环境治理的重要方向之一。其中内分泌干扰物能对人体累积产生极大的生理危害,且通过传统的水处理工艺难以去除。  本文研究了紫外-微臭氧工艺(UV/microO3)对水中内分泌干扰物的去除。本工艺利用紫外汞灯的辐射作用产生低浓度的臭氧,产生的臭氧和紫外共同作用去除水中的有机污染物,因而在反应过程中无需向系统中提供臭氧。实验对比了UV/O3、UV/microO3、UV/空气和UV四种工艺对去除2-氯-4-硝基苯胺的去除效果,和UV/O3、UV/microO3、UV/空气和O3四种工艺对雌酮(E1)和17α-乙炔雌二醇(EE2)两种有机物的去除效果。针对以上三种有机物探究了UV/microO3工艺去除有机物的影响因素和化学动力学原理。  在UV/O3、UV/microO3、UV/空气和UV四种工艺去除2-氯-4-硝基苯胺的对比实验中,UV/O3工艺对污染物的去除率最高,UV/microO3的去除效果低于UV/O3但高于UV/空气和UV工艺。UV/O3对2-氯-4-硝基苯胺的去除率最高可达到93.42%,UV/microO3工艺对2-氯-4-硝基苯胺的去除率最高可达78.77%,去除率可以维持在70%以上。UV/O3、 UV/microO3、UV/空气和O3四种工艺对E1的去除率在反应进行60min时都为100%。对于EE2的去除,UV/O3和O3的氧化能力强于UV/microO3,UV/microO3工艺的去除率最高可达88.59%,而前两者的去除率为100%。但UV/O3和O3工艺中,O3的浓度约为2~4mg/L;在UV/microO3中,臭氧浓度仅为0.7-0.8mg/L。  对于2-氯-4-硝基苯胺,各种影响因素的研究结果为:调节溶液初始pH值分别为3、4、5、6、7、8、9、10,在pH值约为7时去除率最大。调节溶液初始浓度分别为0.25mg/L、0.5mg/L、1.25mg/L、2.5mg/L、3mg/L、3.5mg/L,去除率先升高在下降,在1.25mg/L时达到最大值。加入叔丁醇对降解起抑制作用。  对于雌酮和17α-乙炔雌二醇,调节溶液初始pH值分别为3、4、5、6、7、8、9、10左右,UV/microO3工艺对E1的去除速率依次升高,即增加初始pH值有利于反应。调节溶液初始浓度分别为1 mg/L、2mg/L、3mg/L,UV/microO3工艺对E1的去除速率依次降低,即低初始浓度有利于UV/microO3对有机物的去除。加入叔丁醇对UV/microO3降解起抑制作用。对于水体中的无机阴阳离子,碳酸盐对两种有机物的去除有明显的抑制作用,Fe2+对降解有促进作用,Cu2+的加入起抑制作用。  实验结果表明,可用拟一级动力学反应ln(C/C0)=-kt来描述UV/microO3工艺去除机污染物的反应过程,其中反应速率常数k与反应条件有关,如溶液初始pH值,污染物初始浓度,体系中除目标有机物以外的其他有机物浓度。  UV/microO3的优势在于节能和节约成本,UV/microO3工艺中不需要单独的臭氧制备设备,因此在目标有机物浓度较低或者处理水量较小时UV/microO3工艺有很高的实用性。
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