新書推薦：
《
2025年《咬文嚼字》合订本（平）
》
售價：NT$
435
《
土地：对所有权的渴求如何塑造现代世界
》
售價：NT$
374
《
维特根斯坦论美学、伦理学、心理学与人类学
》
售價：NT$
319
《
清代社会性别规范（2025年费正清奖，晚期帝制中国性别跨越故事诸相）
》
售價：NT$
484
《
以学堂保国粹：清末存古学堂的兴办进程
》
售價：NT$
539
《
宋时飞花
》
售價：NT$
347
《
从农牧之争到陆海分流 陆海书系地缘政治
》
售價：NT$
347
《
常用中药材及饮片验收标准图谱
》
售價：NT$
1010
|
| 內容簡介： |
|
《高级氧化技术与新污染物控制》聚焦高级氧化技术在水体微量新污染物治理中的核心科学与技术难题，以自由基驱动的高效氧化体系为主线，系统阐述高稳定性新污染物的降解机理与转化路径、副产物生成调控、工艺优化、实际水体中的技术适用性与风险控制，旨在为水污染控制领域提供理论支撑与创新解决方案。《高级氧化技术与新污染物控制》主要内容涵盖高级氧化技术的基本原理、实验及理论研究方法，以及典型高级氧化技术降解去除新污染物的动力学和机理研究等。
|
| 目錄：
|
|
目录前言第1章 绪论 11.1 研究背景 11.1.1 水体污染现状 11.1.2 水体中的新污染物 21.2 高级氧化技术 31.2.1 基于OH的高级氧化技术 41.2.2 基于*的高级氧化技术 71.2.3 基于RCS的高级氧化技术 101.3 研究目的与主要内容 121.3.1 研究目的 121.3.2 主要内容 13第2章 研究材料与方法 152.1 样品的采集与制备 152.1.1 实际废水的采集和EfOM的提取 152.1.2 催化剂的制备 152.2 光化学装置和操作步骤 152.2.1 光化学装置介绍 152.2.2 催化反应与光化学实验操作 162.3 分析测试方法 172.3.1 有机物的检测 172.3.2 活性物种的测定 202.3.3 阴阳离子及小分子有机酸的检测 212.3.4 DOM/EfOM的表征 222.3.5 毒性评估 23第3章 基于羟基自由基的高级氧化技术 253.1 UV/H2O2体系降解典型新污染物的动力学 263.2 降解过程影响因素 273.2.1 氧化剂浓度的影响 273.2.2 pH的影响 293.2.3 水中常见阴离子的影响 303.2.4 EfOM的影响 343.3 自由基的贡献 353.3.1 不同氧化剂浓度下OH的作用 353.3.2 不同pH下OH的作用 353.4 目标污染物的反应路径 373.4.1 中间产物鉴定 373.4.2 降解路径的探讨 413.5 降解产物的毒性评估 433.5.1 费氏弧菌毒性测试 433.5.2 ECOSAR软件毒性分析 443.6 实际水体的应用与经济效益分析 463.6.1 实际水体应用 463.6.2 经济效益分析 473.7 本章小结 48第4章 基于硫酸根自由基的高级氧化体系 504.1 CuFe2O4非均相催化剂效能评估与工艺参数的优化 524.1.1 CuFe2O4非均相催化剂效能评估 524.1.2 工艺参数的优化 534.2 关键水环境因素对降解效能的影响 564.2.1 常见无机阴离子的作用 564.2.2 溶解性有机物的作用 584.3 非均相催化剂活化单过硫酸盐的机理 594.3.1 活性自由基种类的鉴定及催化机理 594.3.2 矿化度和低分子量产物的演化 614.4 催化剂稳定性与回收性能评估 624.5 硫酸根自由基氧化体系中溴代副产物生成机制与调控 644.5.1 NOM 与模型化合物的特性 644.5.2 NOM组分的溴代特性 674.5.3 模型化合物生成TOBr和Br-DBPs的机制 724.5.4 含溴水体在SR-AOP中的副产物生成及环境风险分析 754.6 本章小结 76第5章 基于含氯自由基的紫外/氯高级氧化技术 785.1 新污染物降解效能评估 795.2 自由基贡献量化与主控因子识别 825.3 DOM对紫外/氯体系的影响机制 865.3.1 DOM的选择和特性 865.3.2 DOM的性质对体系的抑制机制 875.4 DOM转化生成有机氯代副产物的特性 905.4.1 单*氯化和预紫外-氯化 905.4.2 紫外/氯高级氧化处理 925.5 提高处理效率与控制副产物生成的策略 985.6 本章小结 99第6章 紫外/氯高级氧化技术在污水深度处理中的应用 1016.1 目标污染物的降解动力学 1026.2 活性物种的贡献 1056.3 水体背景成分对体系的影响规律 1076.3.1 阴离子的影响 1076.3.2 模拟EfOM中的自由基化学行为 1086.4 实际污水深度处理中的技术适应性分析 1126.5 毒性演化规律及风险控制策略 1146.6 本章小结 121第7章 紫外/氯高级氧化技术对出水有机质的影响与毒性评估 1227.1 EfOM组分的特征 1237.1.1 EfOM组分的化学结构特征 1237.1.2 利用FT-ICR MS分析EfOM的特征 1247.2 EfOM在紫外/氯体系处理中的转化特征 1297.2.1 EfOM分子组成的转化 1297.2.2 EfOM中含氯化合物的转化 1317.3 氯化副产物转化生成特征 1317.3.1 共有化合物 1327.3.2 特有化合物 1347.3.3 仅有化合物 1377.4 前体物追踪 1387.5 转化产物的毒性评估 1387.6 本章小结 142第8章 总结与展望 1448.1 总结 1448.2 展望 147参考文献 149
|
| 內容試閱：
|
|
第1章绪论 1.1研究背景 1.1.1水体污染现状 城市水资源短缺和水污染是我国城市*重要的环境问题之一，水资源短缺促进了污水再生与循环利用的进程。为加快推进污水资源化利用，促进解决水资源短缺、水环境污染、水生态损害问题，推动高质量发展、可持续发展，2021年1月，国家发展改革委、科技部等10部门印发的《关于推进污水资源化利用的指导意见》提出：到2025年，全国地级及以上缺水城市再生水利用率达到25%以上，京津冀地区达到35%以上；到2035年，形成系统、安全、环保、经济的污水资源化利用格局。据2017年统计，我国城市各类污(废)水年排放总量近700亿t，是城市水环境的主要污染源，也是一种来源稳定、具有潜在利用价值的可再生资源[1]。再生水利用的关键在于水质安全保障。*久辉、赵进才、任南琪等院士指出，现行再生水即使达到回用标准，其中仍含有一定的病原微生物和有毒有害化学污染物，这些污染物对生态系统的潜在风险不容忽视[1]。持久性有机污染物、内分泌干扰物、药物及个人护理品(pharmaceuticals and personal care products，PPCPs)等微量有毒有害新污染物不断被发现，给再生水水质安全保障带来新的挑战。城市污水再生与循环利用过程中，污染物的去除与转化、再生水循环过程的生态风险控制，是近年来广泛受到关注的关键问题。 现有污水再生工艺通常仅针对常规污染物的进一步削减，缺乏对消毒抗性病原微生物、抗生素抗性菌等高风险微生物，内分泌干扰物、药物及个人护理品等新污染物的有效去除，在污水处理过程中还可能无意中产生一些副产物，随再生水回用进入环境介质，在下游环境增加和传播扩散[2-5]。已有1000多种新污染物在再生水中被频繁检出，尽管它们的检出浓度仅在纳克每升至微克每升的水平，但化学性质稳定且易生物积累，可造成内分泌干扰、生殖和发育毒性、神经毒性、致畸、致癌等多种毒性作用，具有潜在的生态和健康威胁性[6-8]。市政污水厂出水作为新污染物的主要排放源和污水再生水源，与水环境质量息息相关，必须严格控制这些污染物的排放，因此开展污水深度处理技术的研究具有重要意义。 1.1.2水体中的新污染物 新污染物(emerging contaminants，ECs)一般是指具有生物毒性、环境持久性、生物累积性等特征的有毒有害化学物质，尚未有相关的环境管理政策法规或排放控制标准，但根据其检出频率及潜在健康风险评估，有可能被纳入管制对象的物质。这些物质并不一定是新的物质，可以是天然或合成存在的物质，也可以是原本就长期存在却因为浓度低而被忽视、在环境中不受监控，因其潜在的生态和健康危害在近期才被关注和研究的物质。目前国际上广泛关注的新污染物主要有四大类，即持久性有机污染物、内分泌干扰物、抗生素和微塑料。新污染物的来源主要有以下几个： (1)工业废水：工业生产中会使用大量的化学材料，其中一些工业原料未经有效处理就随工业废水排入自然水体，生产过程中的化学品及其副产品也随废水排入自然水体。 (2)农业、畜牧业和水产养殖业的径流：现代农业、畜牧业和水产养殖业在生产和养殖过程中使用过量的杀虫剂、农药和抗生素，防止作物产生疾病和促进动物生长。农药在环境中有较强的持久性，过量的抗生素没有被动物完全消耗和分解，因此会以原始分子形式或代谢物的形式释放到环境中。 (3)垃圾填埋场渗滤液：垃圾的组成成分极其复杂，如果垃圾在填埋过程中没有得到适当的处理，就会发生渗滤液泄漏，导致大量不可降解的有机污染物进入土壤和水体。 (4)家庭和医院污水：我国人口众多，且严格使用抗生素的观念还不够完善，在预防和对抗疾病的过程中，滥用抗生素的现象源源不断。未被人体吸收的药物和家庭常用的个人护理品等新污染物通过城市排水网到达污水厂，传统的污水处理手段难以去除这些物质，最终进入自然水体中。环境中新污染物的代表性来源和途径如图1-1所示[9]。 随着近些年检测分析技术逐渐提升，人们不断在地表水、地下水和海洋等水体中检测到PPCPs、阻燃剂、全氟辛磺酸、微塑料等一些低浓度的新污染物。这些新污染物主要来源于工业生产、市政(处理后/未处理)、农业种植及畜禽养殖等领域的废水排放。其中，市政污水处理厂是水环境新污染物的*要贡献者，排放量最大。废水中特定的新污染物有25～200种化合物，随着技术产业的不断发展，这个数字还处于逐年上升阶段。虽然一般水基质中检测到的新污染物浓度仅在纳克每升至微克每升水平，但所处基质和化学性质多样化，导致其具有较强的生态毒理性、生物累积性、持久性和长距离的迁移能力[10]。近年研究发现，新污染物的中间转化产物往往要比母体的毒性强得多，长期蓄积在自然环境中可对生物体产生严重的内分泌干扰、激素干扰、遗传毒性和免疫毒性等潜在危害[7-8]。 图1-1环境中新污染物的代表性来源和途径[9] 受新污染物自身复杂性条件的约束，世界各国新污染物的检测及去除机制并不完善。随着新污染物危害性信息对大众的公开，建立快速高效的新污染物去除体系已被推上21世纪环境问题的风口浪尖，成为近年来水环境化学领域热度较高的研究方向之一。2022年5月，国务院办公厅印发《新污染物治理行动方案》，推进新污染物治理工作，减少新污染物的排放。 各种各样的新污染物已成为全球普遍存在的污染物，大多数物质难以采用传统水处理工艺如沉淀、过滤、吸附、生物过程等彻底去除，通过废水排放释放到环境中，导致废水处理厂的出水成为环境中新污染物的主要来源。通常采用膜滤法、活性炭吸附法、臭氧化和高级氧化技术(advanced oxidation process，AOP)等深度处理工艺来去除水中的各种新污染物。随着科学技术的发展，高级氧化技术的出现和应用为解决这一问题提供了可行和有效的选择。 1.2高级氧化技术 高级氧化技术是一种常见的化学处理工艺，是一类通过物理、化学或生物化学手段活化或催化产生的高活性氧化物种(如羟基自由基、硫酸根自由基、含氯自由基等)，高效降解水体、气体或土壤中难生物降解的有机污染物、病原微生物或无机污染物的环境修复技术。其核心机制是利用强氧化物种对污染物进行无选择性攻击，通过电子转移、氢提取或加成反应，将大分子污染物分解为小分子中间产物，最终矿化为二氧化碳、水和无机离子，或转化为低毒/无毒物质。AOP具有反应速率快、非选择性氧化、二次污染小、有可能降低污染物毒性等优点，在一定条件下，可以氧化生物抗性、毒性和顽固性微污染物，是一种绿色、经济和有效的污染控制和预防方法，已经在工业废水深度处理和微污染物去除等实际水污染治理场景中实现应用。根据自由基种类，研究比较广泛的三类高级氧化技术是基于羟基自由基(？OH)的高级氧化技术、基于硫酸根自由基(SO？4.)的高级氧化技术和基于含氯自由基(reactive chlorine species，RCS)的高级氧化技术。 1.2.1基于？OH的高级氧化技术 OH是*早用于高级氧化的自由基，基本无二次污染，具有很强的氧化性，氧化还原电位在酸性条件下可达2.8V，在碱性条件下可达1.55V，能与水中大部分有机化合物发生非选择性反应[11]，二级反应速率常数为108～1010L/(mol？s)[12]。？OH以夺氢反应、加成反应、电子转移3种机制(前两种更易发生)与有机物作用，将其分解为小分子或矿化为CO2、H2O及无机盐，实现高效去污。按照？OH的产生方式，可以分为芬顿(Fenton)氧化法、臭氧(O3)氧化法和光化学氧化法等。 (1)Fenton氧化法：1894年，英国人Fenton发现在Fe2+/H2O2体系内酒石酸可以被迅速氧化，后来人们将Fe2+/H2O2体系称为Fenton体系，以此为纪念[13]。Fenton氧化法主要利用Fe2+来活化H2O2快速产生？OH，进而降解污染物[式(1-1)～式(1-7)]。 Fenton氧化法特别适用于处理传统化学技术或生物法难以降解的有机废水，但此方法在实际应用中存在一些局限性。该体系对溶液pH的要求严格，过低的pH会促进H2O2形成氢氧化氧鎓离子(HO+)，提高其稳定性，降低其与Fe2+的反应活性；高pH则会导致Fe3+沉淀为不溶性配32合物，减少Fe2+的再生，终止反应。因此，Fenton反应通常控制pH为3左右，轻微的pH变化都会显著影响反应效率。低pH限制了其在废水处理中的应用，且酸化和中和过程增加了经济成本，同时提高了溶液的盐度和生成铁泥，在硫化物或氰化物存在时可能释放有毒气体。此外，体系中的？OH会通过多种反应被消耗，因此需要实验确定Fe2+与H2O2的最佳物质的量之比。 为了突破上述限制，学者进行了大量研究，对Fenton反应进行改性，提出了多种类Fenton反应，利用铁的氧化物、改性铁氧化物、零价铁及改性零价铁等作为催化剂，在加快？OH产生速率的同时拓宽反应的pH适用范围，提高了对污染物的降解效率。例如，向体系中加入螯合剂使其在高pH时与Fe3+/Fe2+形成配合物，保持可溶性，从而促进氧化物种的产生；引入紫外线(UV)或可见光(Vis)，形成光-Fenton体系，提高Fe2+在碱性或中性溶液中？OH的生产力；采用电-Fenton技术，实现原位阴极生产H2O2，从而避免其运输、储存和处理产生的潜在风险，同时Fe3+可在阴极上被连续还原为Fe2+，在快速降解有机污染物的同时减少污泥产量；使用Fe3+羧酸盐替代Fe2+作为光敏剂，增强在太阳紫外光区的吸收能力，达到更高的光解量子产率，生成活性氧物种(reactive oxygen species，ROS)，如？OH、HO2？、O？2.等[14]；用具有高消毒性能和*特化学结构的过氧乙酸(PAA，化学式CH3COOOH)代替H2O2，PAA中更长的O—O键断裂时所需能量更低，有利于ROS的形成，同时可以使水体得到更好的消毒效果[15]。上述类Fenton体系不同程度地降低了实际运营和维护成本，增强了体系的可行性和处理效能。 (2)O3氧化法：O3本身具有较高的氧化能力(氧化还原电位2.07V)，可直接有选择性地对一些分子结构简单的新污染物进行氧化降解。在一定条件下，可以通过多相或均相催化手段强化O3分解生成？OH，以高效降解难生物降解有机污染物。近些年，O3/H2O2和UV/O3等联合氧化技术被广泛研究应用，外加氧化剂和UV的存在使得？OH产率更高。在O3/H2O2体系中，H2O2可与溶解在水中的O3直接反应生成？OH或解离生成HO2.和H+，之后HO2.可与O3进一步反应生成？OH[式(1-8)～式(1-11)]。在紫外线的照射下，？OH的产率可进一步提高[式(1-12)]。相比而言，O3与UV的结合在产生？OH的同时[式(1-12)和式(1-13)]，不会造成化学污泥等二次污染，且反应过程易于控制。 李彦博等[16]采用O3、UV和UV/O3三种工艺分别对水中水杨酸进行降解，结果发现，在UV/O3体系下水杨酸降解得*快，特定条件下15min可以降解97%，并且体系内？OH的浓度呈现先升高后下降的趋势；Farzaneh等[17]考察了O3和O3/H2O2体系下布洛芬和吉非罗齐的去除效果，发现在O3/H2O2体系下O3浓度为1.5mg/L、O3和H2O2的摩尔浓度比为4∶1时，可以去除80%的布洛芬和100%的吉非罗齐。 尽管以上技术是废水处理高级氧化方法中较为高效的，但是在实际废水处理中仍存在许多限制因素。例如，反应时O3供应需求较高、反应器所需的接触时间长、设备体积大[18]；由于O3是一种不稳定的气体，所以它必须在使用时原位产生且可以随水体pH的增大而分解；O3半衰期不到1h，无法确保一次投加后水体中剩余的消毒剂能够维持至大型配水系统的远端；O3与天然有机物质反应可生成低分子量的含氧副产物，这些副产物通常比其前体更易
|
|
購物車/收銀台(0) | 在線留言板
| 付款方式
| 聯絡我們
| 運費計算
| 幫助中心 |
加入書簽
HOME
新書上架
