藥物消費(fèi)及制藥行業(yè)的發(fā)展造成了大量有毒藥物污染物進(jìn)入自然環(huán)境。目前,大量研究表明,這類污染物在飲用水、地表水、地下水、污水廠出水以及土壤等環(huán)境介質(zhì)中普遍存在。部分污染物不能通過傳統(tǒng)污水處理工藝去除,因此,需采用高級(jí)處理技術(shù)如高級(jí)氧化技術(shù)(Advanced Oxidation Processes, AOPs)以降低其在環(huán)境中的殘留濃度。AOPs是基于氧化劑和催化劑(或光照條件)的組合,能產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的活性基團(tuán)——羥基自由基(·OH)。 磺胺甲惡唑(Sulfamethoxazole, SMX)是磺胺類抗生素之一,普遍存在于自然環(huán)境中,其濃度在μg L-1水平。本論文比較了超純水及實(shí)際污水體系中ultraviolet (UV)、vacuum ultraviolet (VUV)、UV/H2O2、VUV/H2O2、solar/TiO2、solar/ZnO、O3、O3/H2O2工藝對(duì)磺胺甲惡唑的降解效果,考察了磺胺甲惡唑的初始濃度、溶液初始pH值、陰離子、腐殖酸、自由基清掃劑、溫度、催化劑(TiO2、ZnO)投加量、H202投加量等因素的影響。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,03工藝對(duì)磺胺甲惡唑的去除效果最好,當(dāng)磺胺甲惡唑初始濃度為100 mg L-1,03量為26.5-36.9 mg L-1,反應(yīng)10 min即可完全去除目標(biāo)物質(zhì),且所需時(shí)間隨著初始濃度的降低而縮短。幾種工藝的去除效果排列如下：O3/H2O2 O3 VUV/H2O2 VUV UV/H2O2 UV TiO2 ZnO(未調(diào)pH,T=20℃)。在03、03/H202工藝中,溶液pH值是一個(gè)非常重要的因素,它控制著磺胺甲惡唑的降解機(jī)理(03直接氧化或／和·OH間接氧化)。水中雜質(zhì)如陰離子、腐殖酸因其不同的本質(zhì)特性及濃度對(duì)磺胺甲惡唑的臭氧化過程起著或促進(jìn)或抑制的作用。 超純水中磺胺甲惡唑(10 mg L-1)經(jīng)UV照射30 min后可被完全去除,且過程遵循偽一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型,反應(yīng)速率常數(shù)為0.170-0.932 min-1(初始濃度為1.0-10 mg L-1)。酸性(pH=2.0-5.5)條件有利于磺胺甲惡唑的光降解。低濃度的Cr-、SO42-、NO3-(三者均為1.0 mM)及腐殖酸(5 mg L-1)也可略微促進(jìn)磺胺甲惡唑的降解。而低濃度HC03-(1.0 mM)及高濃度腐殖酸(20、50、100 mg L-1)可嚴(yán)重抑制磺胺甲惡唑的去除過程。實(shí)際污水廠出水中初始濃度為10 mg L-1的磺胺甲惡唑經(jīng)UV照射60 min后可被完全去除。然而,即使延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至8 h,總有機(jī)碳(Total Organic carbon, TOC)仍很難被降解。 UV/H2O2、VUV、VUV/H2O2工藝以·OH間接氧化為主的方式降解磺胺甲惡唑,而UV工藝則通過直接光解作用去除磺胺甲惡唑。通過自由基猝滅試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),VUV工藝中,除了·OH,還存在其他活性基團(tuán),對(duì)磺胺甲惡唑的去除起到了一定的作用。添加20 mg L-1腐殖酸嚴(yán)重抑制了磺胺甲惡唑的降解過程,同樣,NO3-、HCO3- (0.1 mol L-1)的存在也起到了抑制作用(除了UV工藝)。與超純水體系相比,實(shí)際污水廠出水的復(fù)雜水質(zhì)導(dǎo)致磺胺甲惡唑的降解速率降低了1.7-3.6倍。 在考察溫度(T1(9.0-11.5℃)、T2(19.0-21.0℃)、T3(29.0-30.0℃))對(duì)UV/H2O2降解磺胺甲惡唑過程的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),降解速率常數(shù)隨著溫度的升高而增大。超純水體系中,當(dāng)磺胺甲惡唑初始濃度為10 mg L-1,反應(yīng)溫度為T3(29.0-30.0℃),pH為5.5、7.0時(shí),完全去除所需反應(yīng)時(shí)間分別為10 min、30min,反應(yīng)速率常數(shù)分別為0.588、0.241min-1。通過對(duì)比經(jīng)處理水樣和產(chǎn)物標(biāo)樣在HPLC中的保留時(shí)間發(fā)現(xiàn),磺胺甲惡唑的降解產(chǎn)物并沒有因加入H2O2而有所改變,主要產(chǎn)物有對(duì)氨基苯磺酸、順丁烯二酸、反丁烯二酸和羥基化磺胺甲惡唑。TOC很難被降解,磺胺甲惡唑基本沒有發(fā)生礦化。三個(gè)溫度條件(T1、T2、T3)下,反應(yīng)30 mmin后,磺胺甲惡唑的去除率分別為80%、90%、99%。 在只有光照或只存在催化劑而無光照條件下,磺胺甲惡唑均不發(fā)生降解。當(dāng)磺胺甲惡唑初始濃度為10 mg L-1,催化劑投加量為0.2-2.0 g L-1, solar/TiO2、solar/ZnO工藝完全去除氯貝酸所需時(shí)間分別為120 mmin、180 min。添加腐殖酸(20 mg/L)、H2O2(10、50、100 mg L-1)及陰離子(1 mM、0.1M)均抑制了磺胺甲惡唑的光催化降解過程。與超純水體系相比,污水廠出水的復(fù)雜水質(zhì)導(dǎo)致磺胺甲惡唑在solar/TiO2、solar/ZnO工藝中的降解速率常數(shù)分別降低了2.8、2.2倍。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2011
【中圖分類】：X703.1
【文章目錄】：
ABSTRACT
摘要
LIST OF TABLES
LIST OF FIGURES
Chapter 1.Introduction
    1.1 Introduction
    1.2 Research outline
Chapter 2. Literature review
    2.1 Introduction
    2.2 PPCPs consumption
    2.3 Sources and occurrence of PPCPs in the environment
        2.3.1 Sources
        2.3.2 Occurrence
    2.4 PPCPs removal performance in drinking water treatment plants（DWTPs）and STPs
        2.4.1 PPCPs Removal in DWTPs
        2.4.2 PPCPs removal in STPs
        2.4.3 Hydrolysis and photolysis of PPCPs
        2.4.4 Advanced oxidation processes（AOPs）
    References
Chapter 3. Photodegradation of sulfamethoxazole under UV-light irradiation at 254 nm
    3.1 Introduction
    3.2 Materials and methods
        3.2.1. Chemicals
        3.2.2 Experimental set-up
        3.2.3 Analyses
    3.3 Kinetic model
    3.4 Results and discussion
        3.4.1 Effects of initial SMX concentration on SMX removal
        3.4.2 Effect of initial pH on SMX removal
        3.4.3 Effect of various anions on SMX removal
        3.4.4 Effect of DOM on SMX removal
        3.4.5 SMX degradation performance in STP effluent
        3.4.6 Total organic carbon（TOC）removal
    3.5 Conclusions
    References
Chapter 4.Photodegradation of sulfamethoxazole applying UV- and VUV-based processes
    4.1 Introduction
    4.2 Experimental sections
        4.2.1 Chemicals
        4.2.2 Experimental set-up
        4.2.3 Analyses
    4.3 Pseudo-First-Order kinetic Model
    4.4 Results and discussion
        4.4.1 SMX degradation performances
2O₂ and VUV/H₂O₂ processes'>        4.4.2 Effects of solution constituents on SMX degradation in UV, VUV, UV/H₂O₂ and VUV/H₂O₂ processes
2O₂, and VUV/H₂O₂ processes'>        4.4.3 Removal of SMX in STP effluent under UV, VUV, UV/H₂O₂, and VUV/H₂O₂ processes
    4.5 Conclusion
    References
2- and ZnO-assisted photodegradation of sulfamethoxazole in aqueous solution under sunlight:Effect of operational parameters'>Chapter 5. TiO₂- and ZnO-assisted photodegradation of sulfamethoxazole in aqueous solution under sunlight:Effect of operational parameters
    5.1 Introduction
    5.2 Materials and methods
        5.2.1 Reagents
        5.2.2 Irradiation procedure
        5.2.3 Analytical methods
    5.3 Results and discussion
        5.3.1 Influence of solar irradiation and catalyst particles
2 and ZnO concentrations'>        5.3.2 Influence of TiO₂ and ZnO concentrations
2O₂'>        5.3.3 Influence of H₂O2

        5.3.4 Influence of common water constituents on SMX degradation
        5.3.5 Intermediates investigation
        5.3.6 SMX degradation in STP effluent
    5.4 Conclusion
    References
2O₂ process'>Chapter 6. The effect of temperature on sulfamethoxazole degradation in UV/H₂O₂ process
    6.1 Introduction
    6.2 Methods
        6.2.1 Chemicals and analytical methods
        6.2.2 Experimental procedure
    6.3 Kinetic model
    6.4 Results and discussion
2O₂ process'>        6.4.1 Effects of reaction temperature on SMX degradation in UV/H₂O₂ process
        6.4.2 Intermediates investigation
        6.4.3 Effects of solution constituents
        6.4.4 Removal of SMX in a real STP effluent
    6.5 Conclusion
    References
3 and O₃/H₂O₂ processes'>Chapter 7. Sulfamethoxazole treatment by O₃ and O₃/H₂O₂ processes
    7.1 Introduction
    7.2 Experimental section
        7.2.1 Chemicals
        7.2.2 The ozone reactor
        7.2.3 Analytical methods
    7.3 Results and discussion
        7.3.1 Effect of initial SMX concentration
        7.3.2 Effect of initial pH
        7.3.3 Effect of water constituents
        7.3.4 Effect of TBA
2O₂ in O₃/H₂O₂ process'>        7.3.5 Effect of H₂O₂ in O₃/H₂O₂ process
3/H₂O₂ process'>        7.3.6 Effect of pH in O₃/H₂O₂ process
    7.4 Conclusion
    References
Chapter 8 Comparison of SMX removal performances by various processes
    8.1 SMX removal efficiency
    8.2 Solution pH influence
    8.3 Hydrogen peroxide influence
    8.4 TBA test
    8.5 Influence of anions
    8.6 Influence of HA
    8.7 TOC removal and intermediates products
    8.8 Degradation in STP effluent
    8.9 Conclusions
    References
Chapter 9 Conclusions and Recommendation
    9.1 Conclusion
    9.2 Recommendations
    9.3 Limitations of the research
    9.4 Novelty of the Research
Published works
Acknowledgements

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳湘萍;姚江華;;生活飲用水管網(wǎng)中水質(zhì)影響因素的研究[J];環(huán)境科學(xué)與管理;2007年10期

2 汪昆平;JUNJI Hirotsuji;;Advanced oxidation processes of decomposing dichloroacetic acid and trichloroacetic acid in water[J];Journal of Chongqing University(English Edition);2008年03期

3 羅進(jìn)飛;于洪鋒;李洪;李鑫鋼;;五氯苯酚光催化降解的影響因素分析[J];化工進(jìn)展;2009年05期

4 于洪鋒;李鑫鋼;羅進(jìn)飛;高國(guó)華;李洪;;環(huán)狀液-固光催化反應(yīng)器內(nèi)流場(chǎng)模擬[J];化工進(jìn)展;2009年S2期

5 魏麗芳;鄭先君;魏永杰;黃娟;魏明寶;;鉑摻雜二氧化鈦的制備及光催化乳酸制氫的研究[J];環(huán)境化學(xué);2011年05期

6 宋存義;汪翠萍;李暉;;污水處理中幾種去除藥物及個(gè)人護(hù)理用品方法的機(jī)理及效果比較[J];環(huán)境工程學(xué)報(bào);2009年11期

7 ;Oxidative removal of acetaminophen using zero valent aluminum-acid system:Efficacy,influencing factors,and reaction mechanism[J];Journal of Environmental Sciences;2012年02期

8 周鴻;陳超;張曉健;;某市常規(guī)水處理工藝對(duì)消毒副產(chǎn)物前體物的去除[J];環(huán)境與健康雜志;2006年05期

9 HERRMANN Jean Marie;;Environmental photocatalysis:Perspectives for China[J];Science China(Chemistry);2010年09期

10 ;Rapid determination of pharmaceuticals from multiple therapeutic classes in wastewater by solid-phase extraction and ultra-performance liquid chromatography tandem mass spectrometry[J];Chinese Science Bulletin;2009年24期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前4條

1 林一歆;水中Parabens的二氧化鈦光催化降解研究[D];武漢大學(xué);2009年

2 李海彥;離子摻雜TiO_2納米材料的光電性質(zhì)及光催化活性研究[D];吉林大學(xué);2011年

3 陸鋼;光纖傳導(dǎo)紫外消毒工藝及其效能研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

4 趙宇俠;量子點(diǎn)與Cu~（2+）對(duì)L02細(xì)胞與細(xì)菌的聯(lián)合毒性及機(jī)理研究[D];華東理工大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉金燕;水體系中鹵乙酸的生成特征與降解方法研究[D];中國(guó)海洋大學(xué);2010年

2 楊娜;復(fù)合可見光光催化劑的制備及其性能研究[D];河南大學(xué);2011年

3 王萬領(lǐng);復(fù)合可見光光催化劑的制備及其性能研究[D];河南大學(xué);2011年

4 蔣寶芳;負(fù)載型改性納米TiO_2光催化處理水中染料的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

5 龐丹丹;高強(qiáng)光光催化的性能研究及應(yīng)用[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 鄒俐;臭氧接觸池優(yōu)化集成研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

7 陳海波;碳納米管-二氧化鈦納米復(fù)合材料的制備及其光催化降解PPCPs的研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2011年

8 楊嘉;震后重建期高微生物污染原水的分布氯消毒處理技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

9 張欣;碳納米材料對(duì)磺胺甲惡唑的吸附機(jī)理研究[D];昆明理工大學(xué);2011年

10 樓林潔;飲用水中亞硝胺類消毒副產(chǎn)物的形成過程及影響因素[D];浙江大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2851063

boshi