亚硫酸氢根活化高锰酸根氧化富里酸对消毒副产物生成势的影响

来源:本站2019-06-1496 次

亚硫酸氢根活化高锰酸根氧化富里酸对消毒副产物生成势的影响

亚硫酸氢根活化高锰酸根氧化富里酸对消毒副产物生成势的影响

饮用水消毒是20世纪公共卫生的主要进步之一,然而自20世纪70年代以来,人们已经认识到氯化消毒剂可以与水中的天然有机物(NOM)反应形成消毒副产物(DBPs)(;;),常见的DBPs,如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、溴酸盐,以及“新兴”DBPs等引起了人们的广泛关注().饮用水中较常检出的THMs共有4种,即三氯甲烷(TCM)、二氯一溴甲烷(BDCM)、一氯二溴甲烷(DBCM)和三溴甲烷(TBM),当原水中不含溴离子时,TCM为主要成分,此外,TCM会通过非遗传毒性作用诱导动物产生肿瘤,致癌机制包括再生细胞分化和细胞毒性().卤乙腈(HANs)作为一类新兴含氮类DBPs,其细胞毒性和基因毒性比HAAs高出两个数量级,其中二氯乙腈(DCAN)已被确认为具有致畸、致癌、致突变性(;),且卤代乙腈中二氯乙腈生成量通常最高.DBPs会直接影响饮用水的感官性状,增加水体的嗅、味,部分DBPs具有“三致”作用,长期饮用氯化消毒水与消化及泌尿系统癌变风险呈正相关性(;).流行病学研究结果表明慢性暴露于DBPs下,患上膀胱癌的风险会增加,对健康产生不良影响(;).NOM是自然界广泛存在的大分子有机物,由动植物在循环过程中腐烂分解所成,腐殖酸(HA)和富里酸(FA)是NOM的主要成分.与HA相比,FA具有较小的分子量和更多的含氧官能团(),且FA的溶解性和移动性较强,对某些土壤的淋溶和淀积有很大作用.NOM具有复杂的有机结构和活性基团,会与水中的其它有机污染物发生反应,或与金属离子发生络合、螯合等反应,不仅干扰污染物的有效去除而且容易生成毒性更大的副产物(;;;;).为了探究NOM的特性与DBPs生成势之间的关系,一些替代参数已广泛用于量化NOM反应性在DBPs形成中的作用(),例如A254(NOM在254nm处的吸光度)和SUVA254(特征紫外吸光度,即A254与溶解性有机碳(DOC)的比值).根据SUVA254可初步比较水中有机物的芳香化程度和分子量大小().Korshin和Roccaro等研究发现基于差分吸收光谱272nm处的吸光度(-A272)与总有机卤素(TOX)和不同氯剂量、反应时间和温度下DBPs的形成具有很强的相关性.不同的水源,NOM的性质也存在较大的差异,因此需找到有效的手段对NOM的特性进行分析,进而将其去除以改善水质.常用的NOM的表征技术有:DOC的测定、分子量分布、吸光度以及三维荧光光谱(3D-EEM).水处理过程中通常采用化学预氧化技术对DBPs的前驱物如NOM进行控制.化学预氧化可降低胶体表面静电斥力,促进胶体脱稳,提高混凝效果,从而有助于NOM的去除.高锰酸钾(PM)于1659年被Glauber发现,并在20世纪初用于水处理过程.作为一种传统的预氧化剂,其储存运输简单安全,在氧化降解有机物过程中不会产生有毒、有害的卤代副产物,其最终还原产物为环境友好难溶于水的MnO2,可通过重力作用沉淀分离,且MnO2还可以通过吸附、氧化、助凝等作用与PM协同去除污染物().但PM氧化作用较温和,针对污染物的氧化速率较慢而且无法去除难降解有机污染物.此外,PM的水溶液为紫红色,实际应用中为了避免水体色度的增加,投加浓度会比较低.为了提高对有机物的吸附及氧化能力,目前已将PM与其它药剂联合使用,通过复合药剂的协同作用强化污染物的去除.近年来,为了提高PM对某些污染物氧化能力,诸多关于PM氧化污染物的动力学研究相继展开(;).孙波等在探究PM氧化动力学的过程中发现,在投加一定浓度的亚硫酸氢钠(BS)作为PM的猝灭剂时不但没有终止PM氧化污染物,反而发现污染物的浓度瞬间降低,之后通过时间分辨三维紫外光谱、电子顺磁共振波谱、络合剂影响以及pH变化等实验证实BS活化PM原位生成了水解态的Mn(Ⅲ).研究发现PM/BS体系可在毫秒级时间尺度内降解有机污染物,且氧化能力极强,能够去除单独PM无法氧化的有机污染物,其氧化速率是传统方法的几万到上百万倍(),然而PM/BS氧化工艺对水中NOM的影响尚未有报道.PM/BS体系主要是通过产生Mn(Ⅲ)及氧硫自由基等强氧化性中间产物对有机物如FA进行降解,其氧化大量有机污染物所需的接触时间极短,有望在水处理过程中强化降解微量污染物.PM/BS体系所需的试剂对于工程规模较为实用的,其形成的最终产物是SO42-,Mn2+和MnO2,锰的产物都可以在常规水处理工艺中得到进一步控制(;;).PM/BS体系反应的主要过程如下所示:。

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