香蕉视频下载与超声波联合去除饮用水中1,4-二氧六环的研究

摘要

采用连续流反应器在线测量水基香蕉视频下载，对香蕉视频下载、超声和香蕉视频下载/超声工艺去除自来水中的1,4-二恶烷进行了评价。研究发现，在香蕉视频下载中加入超声波可以显著促进香蕉视频下载的去除。香蕉视频下载/超声法对1,4-二恶烷的去除率超过了单独香蕉视频下载法和超声波法的总和。单超声显示1,4-二氧六环去除率不到20%。研究了反应器加压和碳酸氢盐作为羟基自由基清除剂的影响。观察到，在恒定的水香蕉视频下载浓度下，反应器中的附加压力倾向于抑制香蕉视频下载/超声过程中注意到的1,4-二恶烷的去除，而附加压力不影响单独通过香蕉视频下载去除1,4-二恶烷。发现1,4-二氧六环的去除依赖于水中香蕉视频下载的消耗，并且发现通过添加超声波或增加ph值可以增加香蕉视频下载的消耗。计算了香蕉视频下载和香蕉视频下载/超声处理的各种香蕉视频下载浓度的速率常数，并将系统拟合到Chick-Watson模型中。

介绍

新出现的污染物(EC) 1,4-二恶烷是一种预期的人类致癌物，已被用作溶剂、缓蚀剂和稳定剂(美国环保局2006年)。它被纳入第三个不受管制的污染物监测规则(UCMR 3)，因此，从美国4,905个公共供水系统中分析了36,532个样本，以检测二氧六环。在这些样本中，4,183份样本中检测到1,4-二氧六环(11.5%)，1,075份(2.9%)超过了0.35 μ g/L (0.35 ppm)的咨询限值，该限值基于1 / 106的癌症风险(US-EPA 2016)。1,4-二恶烷也在国外和美国被检测到(Zenker, Borden, and Barlaz 2003) (Kraybill 1977) (Abe 1999) (Mohr 2010)。1,4-二恶烷的物理和化学性质在其环境命运和运输中起着重要作用。它与水可混溶，在受污染的地下水和地表水中具有很强的流动性。

为了去除1,4-二氧六烷，已经测试了许多处理技术，包括物理修复(Aitchison等人2000年)、阳极氧化(Choi等人2010年)、氯化(McGuire、Suffet和Radzuil 1978年)(Klecka和Gonsior 1986年)(Zenker、Borden和Barlaz 2003年)、基于tio2的光催化(Maurino等人1997年)(Coleman等人2007年)、H2O2/UV工艺(Stefan和Bolton 1998年)、超声波(Beckett和Hua 2000年)(Xu等人2012年)、Fenton和Fenton-like工艺(Son, Im。和Zoh 2009)(岸本和Sugimura 2010)，过硫酸盐氧化(Felix-Navarro et al. 2007)，滴流过滤器生物氧化(Zenker, Borden和Barlaz 2004)，活性污泥生物氧化(Zenker, Borden和Barlaz 2003) (Roy, anagnostou和Chaphalkar 1995)。高级氧化工艺(AOPs)，如UV/ H2O2和O3/H2O2，在去除1,4-二氧六烷方面表现出更大的希望(Muruganandham等人，2014)(Stefan和Bolton, 1998) (Suh和Mohensi, 2004)。然而，双氧水的使用会给现场的手工处理和储存带来挑战，并可能导致常见管道材料的腐蚀问题(Sharma和Kumar 2011)。此外，紫外线处理的有效度取决于基质的透过率，污垢会导致光辐照度下降(Wait, Johnston, and Blatchley 2007)。超声与Fe°、Fe2+、S2O82-等氧化剂的结合也提高了二氧六环的去除效果(Son et al. 2006)。

很近，有报道称香蕉视频下载和超声联合去除1,4-二恶烷(Xu et al. 2012)。香蕉视频下载是一种强氧化剂，可以直接与许多污染物发生反应，也可以通过产生羟基自由基间接发生反应(Gerrity and Synder 2011)。水的超声波辐照产生空化，污染物降解可以发生在空腔内、空腔界面或与形成的自由基一起发生在体溶液中。当香蕉视频下载气体受到空腔作用时，人们认为热过程将香蕉视频下载转化为分子氧和氧原子，然后氧原子自由地与水分子反应形成羟基自由基(Xu et al. 2012) (Kang and Hoffmann 1998) (Weavers and Hoffmann 1998) (Zhang, Duan, and Zhang 2007)。然后，羟基自由基可以在本体溶液中和在空泡界面附近与1,4-二氧六烷反应(Weavers, Malmstadt, and Hoffman 2000)。当香蕉视频下载和超声波相结合时，它pre提供了一些潜在的操作优势。有了合适的氧气生成设备，就可以从周围的空气中产生香蕉视频下载，而超声波也可以只使用电力产生。因此，这种特殊的AOP可以用来处理水，而不需要添加额外的化学氧化剂。香蕉视频下载和超声联合对1,4-二恶烷有协同去除作用，香蕉视频下载/超声联合的一级速率常数比香蕉视频下载和超声单独的速率常数之和高28.6%。研究发现，香蕉视频下载/超声联合处理可使初始二氧六环浓度 (10 mg/L)在处理2小时后降低约54% (Xu et al. 2012)。然而，这是一项批量研究，香蕉视频下载从超声波反应器的底部起泡。在间歇式O3/US反应器中，由于气泡逃逸到气相中，香蕉视频下载气泡的接触时间受到限制。使用连续流反应器可能会提高工艺效率效率。在连续流动中，香蕉视频下载将有更长的接触时间溶解并与污染物发生反应。在超声波辐照过程中，香蕉视频下载向水的质量传递速率应该增加(Olson and Barbier 1993) (Weavers and Hoffmann 1998) (Lall et al. 2003) (Kindak and Ince 2007) (Laugier et al. 2008)。此外，在连续流系统中，反应器内的压力是可以控制的。由于香蕉视频下载处理依赖于传质，因此本研究探讨了反应器加压作为提高工艺效率的潜在手段。本研究考察香蕉视频下载浓度、处理时间、反应器压力、超声强等因素的影响

 

化学品和试剂

1,4-二氧六环(99.9%)、1,4-二氧六环d8(99%)、二氯甲烷(99%)和氯化钠(ACS级)购自Sigma Aldrich。用于香蕉视频下载淬火的硫代硫酸钠(ACS级)购自Fisher Scientific。调节pH使用Fisher Scientific公司的浓盐酸和Sigma Aldrich公司的氢氧化钠(≥97.0%)。

采用Barnstead纳米纯金刚石超纯水系统获得去离子水。

来自费城水务局(Baxter处理厂)的饮用水被用于大多数实验。该水的pH值为7.01±0.39，总有机碳(TOC)为1.95±0.32 ppm，总无机碳(TIC)为7.85±1.22 ppm，其中差值表示整个实验期间测量的标准偏差。该水在处理厂使用次氯酸钠消毒，并在实验前将制备好的水分批次脱气数天。之所以选择加标饮用水，是因为它代表了已经经过常规处理的水，但仍保留着顽固的污染物，需要抛光处理步骤。

实验设计

实验在连续流香蕉视频下载/超声反应器中进行，如图1所示。实验装置包括:一个供氧的Wedeco香蕉视频下载发生器、一个2.6 l不锈钢反应器、一个输出功率为2 kW的Telsonic 20kHz超声波发生器、一个纵向超声探头、一个香蕉视频下载计和控制器、FMI变速正排量泵(用于流量控制和加压的双泵头)、一个冷却系统、一个压力控制阀、一个KoFlo静态混合器、以及各种Swagelok不锈钢管和压缩配件。将超声反应器置于冷却水浴中，温度保持在7℃。

先取未经处理的水样，再取单独超声处理、单独香蕉视频下载处理、香蕉视频下载/超声联合处理后的水样。通过改变香蕉视频下载发生器上的重量百分比来达到所需的水香蕉视频下载浓度。

在每个样品之前，系统被允许稳定两次保留时间，以确保准稳定状态条件。在绘制每个样品后立即加入硫代硫酸钠溶液(0.1 M)以淬灭任何剩余的香蕉视频下载。

分析方法

1,4-二恶烷的分析

采用液液萃取法(LLE)对1,4-二恶烷进行定量分析，然后采用气相色谱/质谱法(GC/MS)分析。

将100 mL样品加入已知量的标记内标(1,4-二氧六环d8)，并在150 mL分离漏斗中与25 mL二氯甲烷混合。摒弃水相，采用有机相进行分析。GC/MS分析采用Agilent 6890N气相色谱和5973N质谱联用，采用电子电离(EI+)模式。采用SPB624熔融石英毛细管柱(膜厚30 m × 0.25 mm × 1.4µm)。载气采用高纯氦气，流速为1ml /min。采用无分裂方式自动进样，进样量为5µL。注入温度为250℃，头压为60 kPa氦气。初始烤箱温度为45°C，保持1分钟，然后以7°C/min的速度上升到90°C。很后，在30°C/min的温度下将烤箱温度升至200°C，并保持5分钟。转移线温度维持在230℃，电子能量为70 eV，离子源温度为250℃。

香蕉视频下载分析

采用Hach Orbisphere 410控制器和C1100香蕉视频下载传感器测量水溶液香蕉视频下载浓度。该系统在电解溶液中使用阳极和阴极，电解溶液通过气体渗透膜与样品分离。穿透这层膜的香蕉视频下载在阴极发生反应，产生与被取样流体中气体的分压成正比的电流。根据制造商的建议(Lange 2009)，传感器和控制器将使用空气校准方法进行校准。空气相香蕉视频下载浓度测量使用一对BMT 864C香蕉视频下载分析仪。

第一台分析仪在注入反应器前测量气体，第二台分析仪在进入反应器后测量气体的香蕉视频下载含量。

TIC/TOC分析

总无机碳和总有机碳使用OI分析TOC 1030分析仪进行分析。

讨论

研究了香蕉视频下载和香蕉视频下载/超声联合工艺在去除1,4-二恶烷中的应用。没有形成溴酸盐，而溴酸盐通常是香蕉视频下载化过程中不需要的副产品(此处未显示数据)。在中性pH下，香蕉视频下载/超声联合去除率是香蕉视频下载单独去除率和超声单独去除率之和的两倍。香蕉视频下载和香蕉视频下载/超声系统中1,4-二恶烷的去除似乎主要是由羟基自由基的产生驱动的，而羟基自由基的产生又似乎是由香蕉视频下载消耗速率驱动的(S3)。本研究中香蕉视频下载和香蕉视频下载/超声联合系统的速率常数结果明显高于之前批量研究报道的结果(Xu et al. 2012) (Kwon et al. 2012)，但单独超声的速率常数与之前的研究相当(Son et al. 2006) (Xu et al. 2012)。

香蕉视频免费观看认为，香蕉视频下载和香蕉视频下载/超声复合速率常数差异的原因是由于使用加标饮用水代替去离子水，以及香蕉视频下载间歇反应器施加的传质限制。这项研究的结果为香蕉视频下载/超声系统提供了有趣的设计选择。由于添加超声波被证明可以提高二氧六环的去除率，超声波可能是一种有吸引力的方法来减少滞留时间或反应器尺寸。这项研究的结果还表明，超声波在香蕉视频下载处理系统中可能是有用的，在香蕉视频下载化之前调整到基本pH值是不现实的(Kwon等人，2012)。此外，加压的结果表明，适度增加反应器压力可以显著提高反应速率，或允许使用较低的空气相香蕉视频下载浓缩浓度来实现处理目标。

 

引用以下文章:Michael Dietrich, Gangadhar Andaluri, Ryan C. Smith和Rominder Suri (2017):

香蕉视频下载与超声联合去除饮用水中1,4-二氧六环的研究

科学与工程，DOI: 10.1080/01919512.2017.1321981

链接到本文:http://dx.doi.org/10.1080/01919512.2017.1321981