洛克沙胂在厌氧生物和化学处理过程中的降解转化机理研究

发布时间：2018-03-20 22:39

本文选题：洛克沙胂　切入点：厌氧降解　出处：《合肥工业大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：洛克沙胂(3-硝基-4-羟基苯胂酸),因其能抵抗畜禽疾病、促进畜禽生长和提高饲养效率,被长期用作饲料添加剂,广泛应用于畜禽养殖业。但是洛克沙胂在畜禽体内几乎不被代谢,绝大部分通过粪便和尿液被排泄出来,由于其迁移性好,水溶性高,进入环境将造成水体砷污染。本论文针对有机砷处理问题,研究了洛克沙胂对厌氧消化系统的影响及其降解转化机理,分析了UV/H_2O_2和UV/S_2O_8~(2-)对洛克沙胂的降解动力学及其机制,以及臭氧降解洛克沙胂的动力学和机制。论文研究的主要内容和结论如下:1.研究了洛克沙胂对上流式厌氧污泥床(upflow anerobic sludge blanket,UASB)反应器运行状态的影响及其降解转化机理。将添加洛克沙胂的合成废水持续通入UASB反应器培养260 d。在添加25.00 mg·L~(-1)洛克沙胂培养87 d后,反应器内产甲烷菌活性受到强烈抑制,挥发性脂肪酸累积,pH下降。降低进水洛克沙胂浓度至13.20 mg·L~(-1)无法解除抑制。分析水样砷形态,检测到反应器内水样中含有三价无机砷(As(III))、五价无机砷(As(V))、一甲基砷、二甲基砷、4-羟基-3-氨基苯胂酸和另外一种未知的有机砷化合物,据此推导了洛克沙胂在UASB反应器内可能的降解转化途径。物料平衡分析结果表明进水总砷的60%—70%随出水排出,30%—40%沉积在反应器内。本实验结果表明当利用UASB反应器处理被有机砷污染的废水时,应注意反应器运行状态的稳定性,关注反应器出水和污泥中残留砷以防止砷污染扩散。2.研究了UV/H_2O_2和UV/S_2O_8~(2-)降解洛克沙胂的动力学和机理。应用竞争动力学方法测定了洛克沙胂与羟基自由基(OH·)和硫酸根自由基(SO4·-)反应的二阶动力学常数,考察了多种因素对洛克沙胂在UV/H_2O_2和UV/S_2O_8~(2-)中降解的影响并分析了无机砷产物。pH=7.0时,洛克沙胂与OH·反应的二阶动力学常数为(2.84±0.02)×109 L·mol~(-1)·s~(-1),大约是与SO4·-反应的二阶动力学常数的10倍((2.63±0.31)×108 L·mol~(-1)·s~(-1))。HCO3-/CO32-对UV/H_2O_2和UV/S_2O_8~(2-)体系降解洛克沙胂几乎没有影响;腐殖酸对洛克沙胂的降解有抑制作用,且对UV/S_2O_8~(2-)降解洛克沙胂抑制作用更强;Cl-对UV/H_2O_2降解洛克沙胂几乎不产生影响,但对UV/S_2O_8~(2-)降解洛克沙胂有明显的促进作用。两种氧化体系中,As(V)都是洛克沙胂降解后的主要无机砷产物,洛克沙胂最终可完全矿化,且UV/S_2O_8~(2-)对洛克沙胂的矿化效率较高。3.研究了臭氧氧化降解洛克沙胂的动力学和机理。运用竞争动力学模型研究了洛克沙胂与臭氧分子以及OH·反应的二阶动力学常数,分析了洛克沙胂臭氧化降解的主要影响因素和降解机理。pH=7.0时,洛克沙胂与臭氧分子反应的二阶动力学常数为(1.70±0.09)×105 L·mol~(-1)·s~(-1),与OH·反应的二阶速率常数为(2.96±0.20)×109L·mol~(-1)·s~(-1)。洛克沙胂臭氧化降解受洛克沙胂初始浓度、pH、腐殖酸和Cl-的影响,溶液pH的提高并不总是有利于洛克沙胂的降解。对自然水体中洛克沙胂臭氧化降解过程建立数学模型,结果表明自然水体中洛克沙胂臭氧化降解主要是臭氧分子直接氧化的作用,OH·间接氧化几乎没有贡献。洛克沙胂臭氧化降解的无机砷产物主要是As(V)。根据超高效液相色谱—飞行时间质谱仪检测到的产物和生成的离子,推导了洛克沙胂臭氧化降解可能的途径。
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【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X713

【参考文献】