多相芬顿对微量污染物和条件致病菌的控制研究
发布时间：2020-12-11 03:49
多相芬顿高级氧化技术是现阶段水处理技术发展的一种重要饮用水处理技术,该工艺技术具有反应条件简单温和、不产生各种副产物、对PH的响应范围窄等多种优点。本文是建立在中试规模上,对多相芬顿高级氧化技术去除天然有机物、微量污染物和微生物的效果进行实验考查。以密云水库流入水厂的混合水源作为研究对象,中试实验中主体的研究工艺流程为混凝-沉淀-砂滤-多相芬顿高级氧化-生物活性炭;对照流程为混凝-沉淀-砂滤-臭氧杀菌-生物活性炭。具体实验研究结果如下:（1）将中试规模的臭氧活性炭工艺与多相芬顿活性炭工艺进行比较,以研究多相芬顿活性炭工艺对微生物（条件致病菌）的控制效果。中试测试分析了出水中溶解性有机碳（DOC）、三维荧光、实时定量聚合酶反应（QPCR）、胞外多聚物（EPS）和基因测序的含量和性质,并对废水进行了部分消毒,研究不同过程消毒后对微生物的防治效果。结果表明,多相芬顿活性炭可将DOC的浓度控制在1.29±0.3mg·L-1,可去除大部分微生物代谢产物,富里酸和色氨酸。但是,芬顿活性炭对微生物（条件致病菌）的控制作用有限,臭氧活性炭在消毒后效果最好,而砂滤效果最差。多相芬顿...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
均相Cu-有机配合物Fenton系统涉及的主要反应机制[14]
螦l掺入二氧化硅载体会增加含氧的表面基团，加快了H2O2的分解和产生·OH的速度[17]。在Deng等的研究中提出了一种Fe泡沫作为悬浮在TPP电解质中的非均相催化剂。Fe-泡沫被腐蚀，从而向电解质中提供Fe2+离子，从而形成Fe2+-TPP配合物，使用Pt阳极和加有O2的GDE阴极供入H2O2，使用200mL的1.40mM（132mg·L-1）苯酚的空气饱和溶液在0.050MTPP中进行，能够有效提高对有机污染物的降解效果[18]。根据这一研究，该作者在后面的文章中探索了类似的异质EF系统，但是具有镍铁泡沫阴极，能够从溶解的O2生成H2O2并通过腐蚀释放Fe2+离子。图1-2说明了在该电解系统中发生的，以大量生成·OH的反应，包括化学腐蚀，阴极保护和H2O2产生的途径[19]。图1-2使用Pt阳极和Pt/Ni-Fe泡沫阴极用三聚磷酸盐（TPP）进行异质电芬顿处理的反应机理示意图[20]Fig1-2Sketchofthereactionmechanismproposedfortheheterogeneouselectro-Fentontreatmentwithtripolyphosphate(TPP)usingaPtanodeandaPt/Ni-Fefoamcathode.随着研究人员对多相芬顿反应越来越深入的研究，光芬顿催化反应由于其副产物铁渣的产生量很少、对难降解的有机物有更好的降解效果而越来越受到人们的关注。紫外线或可见光与常规芬顿工艺的结合可以增强催化剂的催化能力，提高有机污染物的降解
1绪论5效率，并减少铁泥的产生。相比较于常规的芬顿处理工艺，光芬顿催化反应的本质是通过利用光提供的能量来加速Fe3+还原为Fe2+[21-22]。Fe2+与H2O2迅速反应生成Fe3+，在PH为2.8-3.5时其主要以[FeOH)]2+的形式存在[23-24]。在光照射下，[FeOH)]2+经过金属电荷转移激发，再生Fe2+，催化H2O2分解并产生额外的·OH，降解有机污染物。除此之外，也有研究表明H2O2会直接光解产生·OH用于降解有机污染物[25]。因此，Fe2+和光的协同催化作用可以产生更多的·OH，从而可以增强光芬顿过程中的氧化效率。光芬顿催化机理如图1-3所示。图1-3光芬顿过程反应机理[25]Fig1-3Reactionmechanismforthephoto-Fentonprocess多相芬顿反应多种多样，许多芬顿氧化技术都已经投入中试或者实际应用。同时，芬顿反应的机理能够指导芬顿催化剂的合成。目前，常见用于研究和应用的催化剂种类有很多：包括金属氧化物形成的催化剂（FeOOH[26-29]、Fe3O4[30]、CeO2[31-34]、Al2O3[35-37]和TiO2[38-40]）、非金属类催化剂（活性炭填充材料[41-42]、分子筛选器[43-46]、蜂窝陶瓷填充材料[47-48]等）、金属改性金属氧化物（Cu、Ru、Pr、Co、Fe等负载到Al2O3、TiO2和CeO2等[49-52]）和金属改性非金属氧化物（比如常见的金属离子负载到活性炭、SiO2等[53,54]）等。根据以上描述的催化剂材料衍生出的各种催化氧化技术许多都已经投入实际应用，在水处理工艺上大量生产。ElenaRommozzi等人[55]研究了太阳能对水中的大肠杆菌进行太阳（SODIS）和光芬顿消毒过程中离子（碳酸氢盐、氯化物、硝酸盐和亚硝酸盐）和天然有机物（NOM）的有害影响和有益影响。发现部分离子有助于光芬顿的进行，他们会促进光芬顿反应产生更多的·OH，而这时的羟基自由基更多的是以离子的形式存在。具体的机理是?
【参考文献】：
硕士论文
[1]多相芬顿技术在饮用水处理中的中试研究[D]. 张堯.华北水利水电大学 2019
本文编号：2909855
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
均相Cu-有机配合物Fenton系统涉及的主要反应机制[14]
螦l掺入二氧化硅载体会增加含氧的表面基团，加快了H2O2的分解和产生·OH的速度[17]。在Deng等的研究中提出了一种Fe泡沫作为悬浮在TPP电解质中的非均相催化剂。Fe-泡沫被腐蚀，从而向电解质中提供Fe2+离子，从而形成Fe2+-TPP配合物，使用Pt阳极和加有O2的GDE阴极供入H2O2，使用200mL的1.40mM（132mg·L-1）苯酚的空气饱和溶液在0.050MTPP中进行，能够有效提高对有机污染物的降解效果[18]。根据这一研究，该作者在后面的文章中探索了类似的异质EF系统，但是具有镍铁泡沫阴极，能够从溶解的O2生成H2O2并通过腐蚀释放Fe2+离子。图1-2说明了在该电解系统中发生的，以大量生成·OH的反应，包括化学腐蚀，阴极保护和H2O2产生的途径[19]。图1-2使用Pt阳极和Pt/Ni-Fe泡沫阴极用三聚磷酸盐（TPP）进行异质电芬顿处理的反应机理示意图[20]Fig1-2Sketchofthereactionmechanismproposedfortheheterogeneouselectro-Fentontreatmentwithtripolyphosphate(TPP)usingaPtanodeandaPt/Ni-Fefoamcathode.随着研究人员对多相芬顿反应越来越深入的研究，光芬顿催化反应由于其副产物铁渣的产生量很少、对难降解的有机物有更好的降解效果而越来越受到人们的关注。紫外线或可见光与常规芬顿工艺的结合可以增强催化剂的催化能力，提高有机污染物的降解
1绪论5效率，并减少铁泥的产生。相比较于常规的芬顿处理工艺，光芬顿催化反应的本质是通过利用光提供的能量来加速Fe3+还原为Fe2+[21-22]。Fe2+与H2O2迅速反应生成Fe3+，在PH为2.8-3.5时其主要以[FeOH)]2+的形式存在[23-24]。在光照射下，[FeOH)]2+经过金属电荷转移激发，再生Fe2+，催化H2O2分解并产生额外的·OH，降解有机污染物。除此之外，也有研究表明H2O2会直接光解产生·OH用于降解有机污染物[25]。因此，Fe2+和光的协同催化作用可以产生更多的·OH，从而可以增强光芬顿过程中的氧化效率。光芬顿催化机理如图1-3所示。图1-3光芬顿过程反应机理[25]Fig1-3Reactionmechanismforthephoto-Fentonprocess多相芬顿反应多种多样，许多芬顿氧化技术都已经投入中试或者实际应用。同时，芬顿反应的机理能够指导芬顿催化剂的合成。目前，常见用于研究和应用的催化剂种类有很多：包括金属氧化物形成的催化剂（FeOOH[26-29]、Fe3O4[30]、CeO2[31-34]、Al2O3[35-37]和TiO2[38-40]）、非金属类催化剂（活性炭填充材料[41-42]、分子筛选器[43-46]、蜂窝陶瓷填充材料[47-48]等）、金属改性金属氧化物（Cu、Ru、Pr、Co、Fe等负载到Al2O3、TiO2和CeO2等[49-52]）和金属改性非金属氧化物（比如常见的金属离子负载到活性炭、SiO2等[53,54]）等。根据以上描述的催化剂材料衍生出的各种催化氧化技术许多都已经投入实际应用，在水处理工艺上大量生产。ElenaRommozzi等人[55]研究了太阳能对水中的大肠杆菌进行太阳（SODIS）和光芬顿消毒过程中离子（碳酸氢盐、氯化物、硝酸盐和亚硝酸盐）和天然有机物（NOM）的有害影响和有益影响。发现部分离子有助于光芬顿的进行，他们会促进光芬顿反应产生更多的·OH，而这时的羟基自由基更多的是以离子的形式存在。具体的机理是?
【参考文献】：
硕士论文
[1]多相芬顿技术在饮用水处理中的中试研究[D]. 张堯.华北水利水电大学 2019
本文编号：2909855
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/2909855.html
