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臭氧處理絮凝膜濃縮物中OBPs的分子特征和形成研究
來源: 發(fā)布時(shí)間:2024-05-29 瀏覽次數(shù):

臭氧處理絮凝膜濃縮物中OBPs的分子特征和形成研究
垃圾滲濾液是在垃圾填埋場和廢物發(fā)電廠(臨時(shí)廢物掩體)處置城市固體廢物所產(chǎn)生的廢水,其中含有高濃度的有機(jī)物質(zhì),其成分復(fù)雜。膜高級處理技術(shù),如納濾(NF)或反滲透(RO)膜,可以在排放前有效地去除垃圾滲濾液中的有機(jī)污染物。
然而,由于膜技術(shù)的濃縮機(jī)制,將不可避免地產(chǎn)生濃縮廢水(即膜濃縮物),其有機(jī)物濃度高于原廢水,通常具有高不飽和度和強(qiáng)芳香性的特點(diǎn)。臭氧(O3)優(yōu)先與高度不飽和和芳香的有機(jī)物反應(yīng),臭氧化越來越多地應(yīng)用于處理膜問題。在實(shí)際工程中,為了減少臭氧化過程的處理負(fù)荷,在臭氧化前對膜濃縮物進(jìn)行了絮凝處理。在絮凝膜濃縮物的臭氧化處理中,發(fā)現(xiàn)O3與溶解的有機(jī)物(DOM)通過羧基化、羥化和去甲基化反應(yīng)產(chǎn)生更多的氧化DOM。新生成的極性含氧副產(chǎn)物可能比其母體污染物毒性更大,并且不易被水環(huán)境中的微生物去除。因此,充分了解絮凝膜濃縮物在O3降解過程中的有機(jī)物組成變化是至關(guān)重要的。
最近的研究表明,臭氧化處理廢水可以產(chǎn)生未知的臭氧化副產(chǎn)物(OBPs)或臭氧化轉(zhuǎn)化產(chǎn)物。臭氧氧化副產(chǎn)物被定義為經(jīng)O3處理后新形成的有機(jī)物。Wang等人報(bào)道obp由大量甲醛、甲基乙二醛和其他醛組成Dabuth等人發(fā)現(xiàn)OBPs具有低分子量(MW)和高氧化態(tài)的化學(xué)特征Phungsai等人發(fā)現(xiàn)臭氧化傾向于與不飽和的CHO有機(jī)物發(fā)生反應(yīng),并在相同的烷基化家族中產(chǎn)生更飽和的obpJennings等人使用在線液相色譜-傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜(FT-ICR MS)直接注射出水有機(jī)物,在污水處理廠經(jīng)過O3處理后的出水中發(fā)現(xiàn)了1500多種不同類型的高極性含氧obp膜濃縮物DOM的分子組成可能與城市垃圾水DOM和天然DOM存在顯著差異。膜濃縮物DOM含有豐富的難降解有機(jī)物,主要由酚類和多環(huán)芳香族化合物等不飽和有機(jī)物組成。由于膜濃縮物DOM的獨(dú)特組成和復(fù)雜性質(zhì),膜濃縮物在O3氧化過程中產(chǎn)生OBPs的分子特征和形成機(jī)制尚不清楚。
除O3外,羥基自由基(•OH, E0 = 2.8 V)具有較強(qiáng)的氧化能力,可作為高級O3氧化工藝(如UV/O3工藝)的主要活性氧。先前的研究發(fā)現(xiàn)O3和•OH都能與高芳香反應(yīng),而•OH與更飽和的有機(jī)物的反應(yīng)速度比O3快得多。
然而,關(guān)于O3單氧化或O3高級氧化處理膜濃縮物時(shí)obp形成的細(xì)節(jié)尚未報(bào)道。因此,當(dāng)存在•OH時(shí),確定•OH是否可以通過在O3反應(yīng)中進(jìn)一步加強(qiáng)羧基化、羥基化和去甲基化來影響obp的形成是很重要的。
膜濃縮物中有機(jī)物的組成是復(fù)雜的,有數(shù)千甚至數(shù)萬種化合物存在。此外,非靶向OBPs具有高極性和低揮發(fā)性的特點(diǎn),因此不適合氣相色譜法或液相色譜法分析,而傳統(tǒng)技術(shù)在OBPs分析中存在更嚴(yán)重的局限性。
傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜可提供超高分辨率,其質(zhì)量分辨率在m/z 200.31下可達(dá)50萬。相對MW測量精度可精確到小十進(jìn)制的5位,并可根據(jù)精確的MW確定分子式,使在分子水平上分離和鑒定高極性含氧化合物成為可能。
本研究的目的是研究垃圾滲濾液絮凝膜濃縮物在有和無•OH增強(qiáng)作用的臭氧化過程中未知OBPs的分子特征和形成機(jī)制。采用ESI FT-ICR質(zhì)譜分析了OBPs的分子組成和化學(xué)性質(zhì),并分析了O3引入U(xiǎn)V增強(qiáng)•OH反應(yīng)(UV/O3工藝)對OBPs的影響。分析了O3工藝下OBPs的形成機(jī)理,并通過構(gòu)建“移除-OBPs”質(zhì)量差網(wǎng)絡(luò)(MDiN)增強(qiáng)了•OH反應(yīng)。此外,通過串聯(lián)質(zhì)譜(MS/ MS)初步鑒定了部分OBPs的化學(xué)結(jié)構(gòu),從而確定了OBPs的常見結(jié)構(gòu)和潛在毒性。本研究的結(jié)果為O3處理絮凝膜濃縮物中OBPs的分子特征和形成機(jī)制提供了深入的認(rèn)識。

儀器:臭氧產(chǎn)生為3S-T3,3g/h臭氧發(fā)生器。

論文全文地址:Molecular Characteristics and Formation Mechanisms of Unknown Ozonation Byproducts during the Treatment of Flocculated Nanofiltration Leachate Concentrates Using O3 and UV/O3 Processes | Environmental Science & Technology (acs.org)