臭氧、臭氧/过氧化氢技术去除水中两种农药类内分泌干扰物质研究

论文摘要

从20世纪末到本世纪初，一类长期存在却一直不为公众所关注的污染物质—内分泌干扰物（Endocrine Disrupting Chemicals，EDCs），逐渐成为环境科学研究领域中的热点问题。目前已被证实的EDCs已有70余种，其中农药及其代谢物占60％以上。近年来，不断有农药类内分泌干扰物在地下水或地表水中检出的报道，甚至包括一些已经禁止使用的农药种类，常规水处理工艺难以有效去除，因此研究去除此类污染物的手段和方法具有重要意义。本文在综述内分泌干扰物的来源、种类、危害和主要降解途径的基础上，摸索了臭氧、臭氧／过氧化氢降解水中灭多威和莠去津两种目标内分泌干扰物的最佳工艺条件及水质条件对降解效果的影响规律；进行两种目标化合物的降解动力学研究，探讨了臭氧和臭氧／过氧化氢体系中，直接氧化和间接氧化的作用；对两种化合物的降解产物进行了分析，提出了两种化合物可能的降解途径。具体研究内容及结论如下：（1）研究了H2O2投量、pH值、温度和有机物初始浓度等条件对灭多威和莠去津去除效果的影响。灭多威浓度为3mg／l时，臭氧投量30mg／l，室温（25℃），pH值为9.0左右条件下，灭多威的去除率最高可接近90％；莠去津浓度为2mg／l时，臭氧投量为7.5mg／l，过氧化氢与臭氧摩尔比为0.75，室温（26℃），pH值为7.5～8.5条件下，莠去津的去除率最高可达96.4％；随初始浓度的增大，两种化合物的去除率均降低，但绝对去除量有大幅度提高；（2）相同条件下，自来水本底（未调节溶液pH值）灭多威的去除率较纯水中升高了约12％；随腐殖酸和碳酸氢根浓度的增大，其对灭多威去除的抑制作用增强，当腐殖酸浓度增加到10mg／l时灭多威的去除率仅为38.6％，碳酸氢根浓度为2.4mmol／l时，灭多威的去除率为68.4％，下降约20％；（3）自来水本底（末调节溶液pH值，过氧化氢与臭氧摩尔比为0.6），其它试验条件相同，莠去津的去除率较纯水中升高了约5％；腐殖酸在低浓度（0.5mg／l）时，莠去津去除率较未加入腐殖酸的86.1％略微升高到87.2％，当腐殖酸浓度达到5mg／l时，莠去津的去除率仅为30.2％；碳酸氢根浓度为2.4mmol／l时，莠去津的去除率下降至73.8％；（4）通过投加自由基抑制剂叔丁醇和进行苯酚竞争反应，研究了臭氧、臭氧／过氧化氢氧化的直接和间接反应动力学，得出总反应动力学。结果表明：直接氧化是降解灭多威的主要步骤，其间接氧化反应占总氧化反应的比例仅为15.8％；间接氧化是降解莠去津的主要步骤，其间接氧化所占比例为95.8％；（5）综合HPLC、IC、GC-MS和LC-MS对灭多威和莠去津的氧化产物的分析，推测灭多威大部分可能降解成硝酸盐、二氧化碳和水；莠去津的主要降解产物为脱异丙基莠去津、脱乙基莠去津和脱氯莠去津，并提出了其为臭氧过氧化氢系统降解的可能途径。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 内分泌干扰物概述
• 1.1.1 内分泌干扰物的来源和种类
• 1.1.2 内分泌干扰物的危害
• 1.2 水中内分泌干扰物常用去除方法
• 1.2.1 物理方法
• 1.2.2 化学方法
• 1.2.3 生物方法
• 1.3 臭氧氧化技术
• 1.3.1 臭氧氧化机理
• 1.3.2 臭氧化技术在去除农药类内分泌干扰物方面的应用
• 1.4 臭氧/过氧化氢高级氧化技术
• 1.4.1 臭氧/过氧化氢氧化机理
• 1.4.2 臭氧化技术在去除农药类内分泌干扰物方面的应用
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 材料与方法
• 2.1 实验试剂与仪器
• 2.1.1 试剂
• 2.1.2 仪器
• 2.2 实验装置与流程
• 2.2.1 装置
• 2.2.2 流程
• 2.3 分析方法
• 2.3.1 灭多威
• 2.3.2 莠去津
• 2.3.3 臭氧
• 2.3.4 过氧化氢
• 2.3.5 酸碱度
• 2.3.6 腐殖酸
• 2.3.7 离子浓度
• 2.3.8 氧化产物
• 3 臭氧氧化灭多威影响因素分析
• 3.1 反应条件对灭多威去除的影响
• 3.1.1 臭氧/过氧化氢的影响
• 3.1.2 体系pH值的影响
• 3.1.3 体系温度的影响
• 3.2 灭多威不同初始浓度的影响
• 3.3 不同水质的影响
• 3.3.1 自来水的影响
• 3.3.2 腐殖质的影响
• 3.3.3 自由基抑制剂的影响
• 3.4 本章小结
• 4 臭氧氧化灭多威反应动力学及机理
• 4.1 反应动力学
• 4.1.1 直接氧化动力学分析
• 4.1.2 总反应动力学分析
• 4.2 产物分析
• 4.2.1 HPLC分析
• 4.2.2 IC分析
• 4.2.3 GC-MS分析
• 4.2.4 LC-MS分析
• 4.2.5 可能降解途径
• 4.3 本章小结
• 5 臭氧/过氧化氢氧化莠去津影响因素分析
• 5.1 反应条件对莠去津去除的影响
• 5.1.1 臭氧/过氧化氢的影响
• 5.1.2 体系pH值的影响
• 5.1.3 体系温度的影响
• 5.2 莠去津不同初始浓度的影响
• 5.3 不同水质的影响
• 5.3.1 自来水的影响
• 5.3.2 腐殖质的影响
• 5.3.3 自由基抑制剂的影响
• 5.4 本章小结
• 6 臭氧/过氧化氢氧化莠去津反应动力学及机理
• 6.1 反应动力学
• 6.1.1 直接氧化动力学
• 6.1.2 总反应动力学
• 6.2 产物分析
• 6.2.1 HPLC分析
• 6.2.2 IC分析
• 6.2.3 GC-MS分析
• 6.2.4 LC-MS分析
• 6.2.5 可能降解途径
• 6.3 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文