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新兴污染物主要包括药物和个人护理用品(PPCPs)、内分泌干扰物(EDCs)、表面活性剂、塑化剂及其它工业添加剂等。虽然新兴污染物在水环境中的存在浓度非常低,而且大多数新兴污染物没有在相关法律法规中列出,但是新兴污染物会对水生生物造成急慢性中毒、内分泌干扰、生物积累等多种影响。传统饮用水处理工艺对于新兴污染物的去除效率很低,在某些情况下甚至没有去除效果,因此,有必要对传统饮用水处理技术进行强化。本文构建了混凝与吸附、酶催化氧化等组合的复合工艺,研究并探讨了其工艺可去除原理以及组合工艺之间的协同去除机制。此外,水体中的天然有机物(NOM)和悬浮性固体(SS)等在新兴污染物的去除过程中存在着复杂的相互作用,因此,本研究明确了NOM和SS在对新兴污染物去除效果和降解过程的影响,以推动新兴污染物去除工艺原理的建立与学科的发展。 本研究选取了碳纳米管(CNT)和超细粉末活性炭(SPAC)作为研究对象,并对比了普通粉末活性炭(PAC)和颗粒活性炭(GAC),研究了其对水杨酸、布洛芬和双氯芬酸这三种典型的新兴污染物的吸附效果。研究发现,比较四种吸附剂对污染物的去除效果,基本上呈现出SPAC>PAC>GAC>CNT的趋势。在不同污染物之间,对双氯芬酸(DCF)的吸附容量最大。从污染物的性质中可以看出,DCF的辛醇-水分配系数(logKow)在三种污染物中最高,疏水性更强。DCF因为具有更强的疏水性,因此更有可能受到水的排斥而趋向于界面,克服水膜的阻力,提高了吸附效率。溶液中的天然有机物(NOM)会对新兴污染物的吸附造成不利影响。由于NOM的粒径较大,更容易被大孔径的CNT吸附,因而溶液中NOM浓度变化对CNT的影响更大。 在对吸附法去除新兴污染物研究的基础上,本研究进一步采用一步法制备了同时具有混凝及吸附性能的复配碳材料混凝剂,确定了最佳反应时间及吸附剂与混凝剂的配比。研究表明,复配混凝剂相比起吸附剂和混凝剂单独使用时,对新兴污染物的去除效果均有显著提升。SPAC和CNT在与PACl复配后,吸附容量最高提升了5倍以上;同时碳材料还可以在絮凝过程中起到架桥的作用,从而能够提高絮凝剂的去除效率。NOM会产生竞争性吸附作用,并且会导致脱稳的胶粒复稳以及絮体颗粒粒径的降低,所以对ECs的去除有不利的影响。高pH值对形成大絮体颗粒有利,新兴污染物更易被大絮体颗粒吸附和卷扫,所以新兴污染物的去除率随pH升高而提高。三种新兴污染物的去除率基本上表现出SALA<IBP<DCF的趋势,这一趋势和污染物的疏水性呈正相关,说明污染物的疏水性在吸附和混凝工艺中起到非常重要的作用。 本研究考察了过氧化酶对新兴污染物的去除效果,研究中选用了一种典型的内分泌干扰物双酚A(BPA)作为研究对象。研究结果表明,在不同的反应条件下,HA对过氧化酶催化降解BPA反应的影响表现出了促进和抑制两种截然不同的作用。一方面,BPA降解过程中产生的酚基自由基是导致过氧化酶失活的主要原因之一,而HA可以与酚基自由基反应,从而缓解酶失活速率。另一方面,腐殖酸作为酶促反应的反竞争抑制剂会对BPA的去除起到负面作用。腐殖酸对酶促反应去除BPA的影响取决于两个因素,即HA本身的浓度和过氧化酶的投加量。当酶浓度较低时(≤50 u/L),过氧化酶的活性是决定酶促反应进行的主要因素,投加适量的腐殖酸可以缓解酶失活,有利于BPA的去除;然而在过氧化酶投加量充足的体系中,酶的活性足够,酶活的影响便不再重要,此时,HA作为反竞争性抑制剂,对BPA的去除起到抑制作用。SS没有参与到BPA的降解过程中,但是SS的存在会阻塞酶的活性位点,从而对BPA的去除有不利影响。 在对过氧化酶催化去除新兴污染物研究的基础上,进一步探讨了过氧化酶催化-有机混凝工艺的协同作用机制。通过磁性分离重复利用制备的HRP@Fe3O4,重复利用五次,对污染物的去除率仍在50%以上。过氧化酶与聚合氯化铝同时投加并加入表面活性剂对污染物的去除效果最好,通过三维荧光的检测结果可以发现,酶催化氧化过程中产生的中间产物可以通过混凝得以去除,解决了酶工艺对污染物去除时矿化度不高的问题。