高级氧化技术对典型精神活性物质的降解机理研究

来源 :中国矿业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:hellstone
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本研究在调查了北京市某污水处理厂中13种精神活性物质的浓度水平与负荷量变化的基础上,筛选出去除率较低的氯胺酮(KET)和检出浓度较高的甲基苯丙胺(METH)作为目标污染物,系统地研究了紫外活化双氧水(UV/H2O2)、UV活化过硫酸盐(UV/PS)、UV联合Fe2+活化H2O2或PS(UV/Fe2+-H2O2/PS)高级氧化技术降解METH与KET的效与RQ()1对研总究出了水北中京精市神某活污性水物能ME,T采H用的高降效解液产相物色,谱探-电讨喷了处质理进厂行中风雾K质ET谱与联M险13用E仪评种估T(H)H的P神结活果性表物明质L降C-解ES机I-理MS与,路分径析的13赋种存不主同要氧结化论体如系下中精特神征活,性并物运质用在风:KE总险进熵?T¨水与总出水中均能检出,总质量浓度平均值分别为2395.10和63.59 ng/L,其中EPH(麻黄碱)分别占比93.9%和67.9%,其次为COD(可待因)与METH(甲基苯丙胺)。KET的去除率最低(18.9%),其他精神活性物质的去除主要发生在二级生物处理与三级处理(超滤膜与UV消毒)阶段。污水处理厂总出水中精神活性物质的生态风险均较低(RQ<0.10),但总出水中残留精神活性物质对受纳河流生态系统产生的长期混合效应不容忽视。(2)对比了UV、H2O2与UV/H2O2对KET和METH的降解效能,分别考察了H2O2投加量、初始pH以及常见水体背景成分(HCO3-、Cl-、NO3-、HA)对UV/H2O2降解KET和METH动力学的影响。结果表明,单独UV、H2O2(200μM)对KET与METH基本没有去除效果,UV/H2O2联合具有较强的协同效应,在120和60 min内KET和METH(100μg/L)降解99%以上,且降解过程均符合准一级动力学模型(R2>0.99)。通过竞争动力学计算出?OH与KET和METH的双分子速率常数分别为4.43×109和7.91×109 M-1·s-1。准一级反应速率常数kobs随着H2O2投加量的增加而提高,HCO3-、Cl-、NO3-、HA均显著抑制了KET与METH的降解,其中Cl-对KET降解的影响较小。通过UPLC-MS/MS鉴定了METH在UV/H2O2体系中的7种反应中间产物,并推测了可能的降解路径。(3)研究了UV/PS体系对KET和METH的降解效果与降解路径,结果表明,在pH为7、PS投加量分别为500和200μM时,UV/PS均能在30 min内完全降解100μg/L的KET与METH,降解过程均符合准一级动力学模型(R2>0.99)。自由基捕获实验表明反应体系中同时存在SO4-?与?OH,两者与KET的双分子反应速率常数分别为3.76×109和4.43×109 M-1 s-1,与METH的双分子反应速率常数分别为3.29×109和7.91×109M-1 s-1。HCO3-促进KET的降解而抑制METH的降解,Cl-对KET的降解起双重作用,NO3-和HA均显著抑制目标物的降解。通过UPLC-MS/MS鉴定了KET和METH在UV/PS体系中的6种反应中间产物,分析了其中的降解机制并推测可能的降解路径。(4)研究了UV/Fe2+-H2O2/PS体系对METH的降解效果与降解路径,结果表明,UV/Fe2+-H2O2/PS对METH的去除率达97%以上,降解过程均符合准一级动力学模型(R2>0.99),kobs随着H2O2/PS投加量的增加而提高,Fe2+投加量对METH表现为低促髙抑现象,HCO3-、NO3-和HA均抑制METH的降解,Cl-对METH降解起双重作用。自由基捕获实验表明UV/Fe2+-H2O2体系中同时存在?OH与?O2H,UV/Fe2+-PS体系中同时存在SO4-?和?OH。通过UPLC-MS/MS鉴定了METH在UV/Fe2+-H2O2/PS体系中的反应中间产物,揭示了降解过程中羟基化、开环和亲电取代等作用机制。(5)对比系列高级氧化体系对KET与METH的降解效果,发现UV-H2O2/PS体系中的kobs在中性条件下达到最高(pH为7),UV/Fe2+-H2O2/PS体系中的kobs在酸性且Fe2+与H2O2/PS摩尔比为1的条件下达到最高(pH为3,5)。基于竞争动力学实验,揭示了离子态的KET、METH与?OH、SO4-?的双分子反应速率高于分子态的。该论文有图64幅,表24个,参考文献284篇。
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