论文部分内容阅读
抗生素滥用引起的环境污染已成为我国乃至全球面临的重大环境问题之一。其中抗生素左氧氟沙星(Levofloxacin,LVX)在氟喹诺酮类药品中使用率最高,药物残留严重超标,因此高效降解LVX具有重要意义。本论文采用电化学高级氧化技术之一的电芬顿过程(electro-Fenton,EF)对目标物LVX进行降解,从实现LVX完全降解(部分矿化)及完全矿化两个角度出发,考察了LVX在EF体系中的降解过程及反应机理,优化了系统反应条件,考察了体系可生化性变化,检测了降解中间产物,进而提出了LVX在EF过程中的降解历程。同时研究了LVX与金属离子Fe2+/Fe3+的螯合现象及其对EF和金刚石阳极(Boron-doped diamond electrode,BDD)强化EF过程降解LVX效能的影响,主要结果如下：(1)以降低处理成本为目的,利用EF提高可生化性研究：确定了EF处理LVX的最佳反应条件,即I=0.36 A,pH=3.0,Fe2+浓度1.00 mM及通入背景气体100mL min-1O2。在最佳条件下处理500 mL初始浓度为200 mg-L-1的LVX溶液,电解360min后溶液TOC去除率为61.0%。EF处理LVX 360 min后,体系的BOD5/COD值从初始LVX的0增加至0.24,溶液可生化性明显改善。继续处理到480,600和720 min后,溶液BOD5/COD值增加至0.32,0.41和0.55,表明溶液已易生化降解,可以利用低成本生化处理方法进行深度处理。EF对LVX的降解行为符合准一级反应动力学,表观速率常数为2.37×10-2min-1。通过UPLC-QTOF-MS/MS系统检测到LVX的8种降解中间产物,利用HPLC检测到3种有机酸,并使用IC检测到F、NO3-、NH4+等无机产物,在此基础上提出了LVX在EF体系中可能的降解历程。(2)以确定有机物螯合行为对降解效能影响为目标,考察LVX与Fe2+/Fe3+螯合机理及其对EF降解机制影响：研究表明LVX会与Fe3+发生螯合反应,最佳螯合比为[LVX]:[Fe3+]=2:1。在相同Fe2+或Fe3+浓度条件下,以Fe3+为催化剂的EF体系对LVX溶液的TOC去除率更高,说明Fe3+与LVX的螯合有利于EF对LVX废水的处理效果。EF降解过程中铁的转化规律研究表明,ACF阴极能有效还原Fe3+,维持溶液中Fe2+浓度,保持EF反应的持续高效进行。(3)以实现完全矿化为目的,利用BDD强化EF过程高效矿化LVX研究：在I=0.36A, pH=3.0, Fe2+ 1.00 mM及通入100mL min-1O2的最佳条件下,利用BDD-EF处理60 min就可实现200 mg-L-1 LVX完全降解,处理360 min后TOC去除率达到92%,说明BDD-EF既可快速去除目标污染物,又可快速实现目标物及其中间产物的矿化。检测到LVX在BDD-EF降解过程中生成了5种中间产物,3种有机酸及3种无机离子,并以此提出了LVX在BDD-EF体系中完全矿化路径。(4)以筛选最优处理工艺为目的,对比分析了LVX在RuO2/Tri-AO(Anodic oxidation)、EF、BDD-AO及BDD-EF四个过程中的降解效果及作用机理：结果表明各体系对LVX的降解速率：BDD-AO<RuO2/Ti-AO<EF<BDD-EF；而矿化效果：RuO2/Ti-AO<EF<BDD-AO<BDD-EF,经360 min处理后,各体系TOC去除率分别为14.6%,79.4%,90.9%和92.0%。RuO2/Ti-AO体系中不产生H2O2和·OH,其他体系均有H202和·OH生成,电解120 min时生成H202浓度分别为215.3 μM(AO-H202).237.3 μM(BDD-AO)和515.3 μM(BDD-AO-H202),’OH浓度分别为78.0 μM(EF).85.8 μM(BDD-AO)和147.9 μM(BDD-EF),说明BDD的引入可以显著提高H202和·OH的产率,在BDD-EF体系中,BDD与ACF电极存在协同作用,体系氧化能力大于单独BDD与单独ACF作用的简单相加。