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作者：

刘冠琦

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摘要：

目前,碘化造影剂在环境当中被广泛检出且稳定性较高,现行的常规水处理工艺难以对其进行有效去除.一般的高级氧化技术虽然能够氧化碘化造影剂,但其碘代中间产物的形态未知,在后续液氯和氯胺消毒环节具有较高的碘代副产物生成风险.碘代消毒副产物毒性很高,对饮用水水质影响很大,引起了人们的高度重视.碘帕醇是一种应用最广,各类水体中最常被检出的非离子型造影剂.本文采用新型O_3/PMS高级氧化技术对碘帕醇进行去除,并从多方面与传统O_3工艺(O_3和O_3/H_2O_2)进行对比.O_3/PMS技术对碘帕醇具有更好的去除效果;面对复杂的环境背景成分,体系中多样化的氧化物种(O_3,HO·和SO4·-)具有多重降解,风险分散的优势;此外,SO4·-具有较强的脱碘能力,碘酸盐生成量高,对控制碘代消毒副产物的生成具有更好的效果.通过叔丁醇捕获剂实验鉴定了HO·和SO4·-为O_3/PMS体系中的主要活性物种.采用竞争动力学的方法测定了不同氧化物种,即O_3,HO·和SO4·-与碘帕醇的二级反应速率常数(kapp,M-1s-1)分别为0.26,2.58×109和5.18×109M-1s-1.考察了氧化剂投量及一些环境因素(如p H,碳酸根,氯离子和天然有机物等)对O_3/PMS体系降解碘帕醇的影响,并针对不同条件下HO·和SO4·-对碘帕醇降解的贡献率进行了计算,以指示HO·和SO4·-的相对重要性.结果表明,PMS能够大幅度地促进O_3分解与碘帕醇去除速率,并提高了SO4·-贡献率.随p H升高,O_3分解速率与有机物的去除效率均大大提高,SO4·-的贡献率也提高.碳酸盐能够抑制O_3分解和目标物降解,对HO·的捕获作用较强.中性条件下,氯离子对O_3分解影响较小,对HO·捕获较弱,对SO4·-捕获较强.天然有机物能够大幅度地促进O_3分解并提高有机物降解速率,但有机物的最终去除率降低,说明氧化剂总利用效率降低.综合各环境影响因素,在一种实际水体——H市地下水中考察O_3/PMS体系氧化碘帕醇的效能.地下水中背景成分复杂,碳酸盐,氯离子和天然有机物含量较高,能够捕获大量HO·和SO4·-,导致体系中有机物降解受到抑制.由地下水中自由基贡献率,推测CO_3·-对碘帕醇有一定降解作用,但不如HO·和SO4·-与碘帕醇的作用强.O_3体系中氧化脱落的碘全部以碘酸盐(IO_3-)形式稳定存在.相同条件下,O_3/PMS体系中碘帕醇去除率和碘酸盐生成量最大.碘帕醇分子结构及空间位阻较大,需要先氧化长链结构才能攻击到直接连在苯环上的碘,因此碘帕醇去除率越高,脱碘率越高.O_3,HO·和SO4·-氧化碘帕醇主要包括酰胺断键成羧基,酰胺,氨基,碘取代,氨基氧化成硝基,羟基氧化成醛基等途径.SO4·-更易通过电子转移反应使碘帕醇产物发生碘取代脱碘,HO·通过加成反应发生碘取代作用较弱,生成的脱碘产物较少.与传统O_3工艺相比,O_3/PMS对碘帕醇去除率最高;对比不同体系脱碘率及产物,发现SO4·-的脱碘能力最强,对碘帕醇的脱碘效果最好,碘酸盐生成量最大,O_3次之,HO·最差,表明O_3/PMS工艺对控制碘代消毒副产物的生成具有更好的效果.

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关键词：

高级氧化；臭氧；单过硫酸盐；造影剂；碘帕醇

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1017.739034