论文题目: 微污染水中微囊藻毒素的脱除技术研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 环境科学
作者: 乔瑞平
导师: 庄源益
关键词: 微囊藻毒素,降解,动力学,动力学模型,高级氧化技术,均相光氧化,试剂氧化,多相光催化氧化,混凝,高锰酸钾,微污染水
文献来源: 南开大学
发表年度: 2005
论文摘要: 微囊藻毒素是水体富营养化藻类中产生的一类肝脏毒素,是潜在的肿瘤促进剂,而且具有化学稳定性,不能被常规饮用水处理工艺有效地脱除。高级氧化技术是以羟基自由基（·OH）为主要氧化剂的水处理技术,在适当的条件下,可以将污染物矿化为水、二氧化碳和无机盐。高级氧化技术为微污染水中微囊藻毒素的降解指明了方向。为了研究微囊藻毒素的降解技术,首先优化了从实验室培养的铜绿微囊藻中提取微囊藻毒素的程序,并建立了固相萃取和高效液相色谱（SPE-HPLC）富集和分析微囊藻毒素的方法。本文以广泛存在的微囊藻毒素MC-LR、MC-RR 为研究目标,采用了均相高级氧化技术如UV/H2O2光氧化和Fenton 试剂氧化、非均相高级氧化技术如UV/TiO2-Fe3+光催化氧化、常规混凝与Fenton 试剂氧化联用技术以及高锰酸钾氧化技术等,研究了微囊藻毒素的降解行为。研究结果表明,UV/H2O2光氧化能有效地降解微囊藻毒素,·OH 氧化和UV光分解是微囊藻毒素降解的直接原因;藻毒素的降解经历了异构化、·OH 对共轭二烯和肽键的亲电加成、ADDA 和肽环断裂、有机中间体的进一步降解等过程,降解过程能近似用准一级动力学方程描述;根据UV 光分解、H2O-2 和·OH 氧化微囊藻毒素的原理和稳态近似法,建立了UV/H2O2光氧化降解藻毒素的动力学模型,能很好地解释溶液中H2O2、HO-2 、CO-3 、HCO-3 等对藻毒素降解的影响;对比实验表明UV 光分解对藻毒素有一定的降解作用,而H2O2氧化藻毒素的效率很低。UV/H2O2 光氧化体系中,UV 和H-2O2氧化去除藻毒素具有协同作用,H2O2 在UV 照射下产生的·OH 对藻毒素有很强的氧化能力;UV/H2O2 光氧化过程中溶液pH 值的变化,说明藻毒素并不是直接被矿化为CO2、H2O 和其它无机小分子物质,而是经历了一系列中间产物,由大分子逐渐变为小分子物质;藻毒素的降解效率与其起始浓度、pH 值、H2O2浓度、光照强度及反应时间等有关。藻毒素起始浓度的增加会显著减小其降解速率。在中性和弱碱性条件下,藻毒素的降解速率较快。在较低的H2O2浓度范围(0～1 mmol·L-1</sup>内,H2O2浓度的增加可以显著地提高藻毒素的降解速率,MC-LR、MC-RR 降解的总表观速率常数kobs与H2O2 浓度的关系可分别表示为: kobs = 0.0378CH2O20.2115（MC-LR） 、kobs = 0.0512C(H2O20.1467（MC-RR）。H2O2 浓度较高时,会明显抑制藻毒素的降解。光照强度的增大能促进藻毒素的降解,但是二者之间并没有直接的正比关系。最佳实验条件下,起始浓度为0.20 mg/L 的MC-LR 和0.72mg/L 的MC-RR 溶液的去除效率分别可以达到80.8%和94.8%。Fenton 试剂也能有效地氧化微囊藻毒素,但氧化机理与UV/H2O2光氧化有所差异。反应初始阶段,大部分微囊藻毒素得到降解,降解过程与准一级动力学有很好的相关性,然后进入一个相对缓和的氧化过程;藻毒素的降解效率与
论文目录:
第一章 前言
1.1 研究背景
1.2 藻毒素的结构、毒理学及环境行为
1.2.1 藻毒素的结构组成
1.2.2 藻毒素的毒理学
1.2.3 藻毒素的环境行为
1.3 藻毒素的检测方法
1.3.1 生物毒理检测法
1.3.2 化学分析法
1.4 脱除藻毒素的水处理技术研究进展
1.4.1 物理方法
1.4.1.1 混凝沉淀
1.4.1.2 膜分离
1.4.1.3 活性炭吸附
1.4.1.4 气浮法
1.4.1.5 砂滤
1.4.2 一般化学氧化方法
1.4.2.1 氯化
1.4.2.2 高锰酸钾氧化
1.4.2.3 二氧化氯氧化
1.4.2.4 高铁酸盐氧化
1.4.2.5 臭氧氧化
1.4.3 生物方法
1.4.4 高级氧化技术
1.4.4.1 多相光催化氧化
1.4.4.2 均相光氧化
1.4.4.3 Fenton 试剂及类Fenton 试剂氧化
1.5 本论文研究的主要内容和意义
第二章 微囊藻毒素的提取和分析方法
2.1 实验仪器和试剂
2.1.1 实验仪器
2.1.2 实验试剂
2.2 铜绿微囊藻的培养
2.3 微囊藻毒素的提取
2.3.1 超声震荡次数对藻毒素提取率的影响
2.3.2 水浴加热预处理
2.3.3 pH 值对固相萃取富集藻毒素的影响
2.3.4 固相萃取淋洗条件的考察
2.4 藻毒素分析方法的建立
2.4.1 流动相的选择
2.4.2 HPLC 分析藻毒素线性关系的考察
2.4.3 藻毒素的定性和定量分析方法
2.4.4 精密度和加标回收率实验
2.5 本章小结
第三章 UV/H_20_2 均相光氧化降解微囊藻毒素
3.1 实验仪器和试剂
3.2 均相UV/H_20_2光氧化降解藻毒素实验
3.2.1 反应时间对UV/H_20_2 光氧化藻毒素的影响
3.2.2 H_20_2 浓度对UV/H_20_2 光氧化藻毒素的影响
3.2.3 pH 值对UV/H_20_2光氧化藻毒素的影响
3.2.4 UV 光强对UV/H_20_2 光氧化藻毒素的影响
3.2.5 藻毒素起始浓度对UV/H_20_2 光氧化效率的影响
3.2.6 UV/H_20_2 光氧化、UV 光分解、H_20_2 氧化藻毒素的比较
3.3 UV/H_20_2 光氧化降解藻毒素的动力学模型
3.3.1 UV 光分解作用
3.3.2 H_20_2 的氧化作用
3.3.3.O H 的氧化作用
3.4 动力学模型的实验验证
3.5 UV/H_20_2 光氧化降解藻毒素的机理研究
3.6 本章小结
第四章 Fenton 试剂氧化降解微囊藻毒素
4.1 实验仪器和试剂
4.2 Fenton 试剂氧化降解微囊藻毒素实验
4.2.1 反应时间对Fenton 试剂氧化藻毒素的影响
4.2.2 H_20_2 起始浓度对Fenton 试剂氧化藻毒素的影响
4.2.3 溶液初始pH 值对Fenton 试剂氧化藻毒素的影响
4.2.4 Fe~(2+)的浓度对Fenton 试剂氧化藻毒素的影响
4.2.5 藻毒素初始浓度对Fenton 试剂氧化藻毒素的影响
4.2.6 不同的Fenton 试剂氧化体系对氧化藻毒素的影响
4.3 Fenton 试剂氧化降解藻毒素的机理分析
4.4 本章小结
第五章 UV/Ti0_2-Fe~(~(3+))多相光催化氧化降解微囊藻毒素
5.1 实验仪器和试剂
5.2 光催化剂Ti0_2 及Ti0_2-Fe~(3+)的制备方法
5.3 UV/Ti0_2-Fe~(3+)多相光催化氧化降解藻毒素实验
5.3.1 反应时间对 UV/Ti0_2-Fe~(3+)光催化氧化藻毒素的影响
5.3.2 溶液初始pH 值对UV/Ti0_2-Fe~(3+)光催化氧化藻毒素的影响
5.3.3 Ti0_2-Fe~(3+)的添加量对光催化氧化藻毒素的影响
5.3.4 光强对 UV/Ti0_2-Fe~(3+)光催化氧化藻毒素的影响
5.3.5 藻毒素初始浓度对UV/Ti0_2-Fe~(3+)光催化氧化藻毒素的影响
5.3.6 多相光催化氧化与UV 光分解对藻毒素的去除效果比较
5.4 UV/Ti0_2-Fe~(3+)光催化氧化藻毒素的动力学
5.5 本章小结
第六章 混凝工艺与 Fenton 试剂联用去除微囊藻毒素
6.1 实验仪器和试剂
6.2 分析方法
6.3 FeC13 混凝实验结果与讨论
6.3.1 pH 值对FeCl_3 混凝效果的影响
6.3.2 FeCl_3 的添加量对混凝效果的影响
6.3.3 Fenton 试剂对混凝后溶液中藻毒素的去除效果
6.3.4 类Fenton 试剂对混凝后溶液中藻毒素的去除效果
6.4 本章小结
第七章 高锰酸钾氧化与活性炭联用去除微囊藻毒素
7.1 实验仪器和试剂
7.2 高锰酸钾氧化去除溶解性藻毒素实验
7.2.1 反应时间对高锰酸钾氧化去除藻毒素的影响
7.2.2 高锰酸钾剂量对氧化去除藻毒素的影响
7.3 高锰酸钾氧化后粉末活性炭对微囊藻毒素的吸附
7.4 高锰酸钾氧化降解微囊藻毒素机理
7.5 本章小结
第八章 结论与工作建议
8.1 结论
8.2 工作建议
本论文的主要创新点
参考文献
攻读博士期间发表的论文和参加的科研项目
致谢
发布时间: 2005-10-11
参考文献
- [1].新型磁性吸附树脂的合成及其对水体中微污染有机物的净化研究[D]. 周庆.南京大学2012
- [2].聚合十三铝混凝与纳米二氧化铈光催化氧化联用处理微污染水的研究[D]. 李小忠.南京理工大学2006
- [3].粉末活性炭/膜组合工艺处理低温微污染水的效能[D]. 马聪.哈尔滨工业大学2013
- [4].人工湿地预处理引黄水库水的试验研究[D]. 修春海.哈尔滨工业大学2010
相关论文
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- [2].二氧化氯去除水中微囊藻毒素及氧化动力学的研究[D]. 季颖.哈尔滨工业大学2007
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