新型太阳光/氯体系中自由基和臭氧对除草剂的转化规律和机理

Herbicides have posed adverse effect on the water ecosystem due to their wide application in agriculture，but they cannot be effectively removed by traditional water treatment. Advanced oxidation processes (AOP) have been used for the degradation of many micropollutants via the formation of hydroxyl radical (HO•), reactive chloride radical (RCS) and ozone in the system. However, the application of AOPs was limited to some extent due to relatively high cost and strict applicable conditions. As a new AOP, solar/chlorine is economical and convenient which could produce HO•, RCS and ozone. In this project, the degradation of herbicides (atrazine, clopyralid, mecoprop, and diuron) by solar/chlorine will be systematically investigated. The formation of radicals and ozone and their contributions on herbicides degradation in solar/chlorine will be revealed. The degradation pathways and mechanisms of different radicals (HO· and reactive chloride radical) and ozone will be clarified based on the intermediates formed during herbicides degradation. And acute toxicity and genetic toxicity will be assessed during herbicide degradation by solar/chlorine. Finally, the degradation kinetics of herbicides by solar/chlorine in real waters will be modeled by “Kintecus” and would be verified by experiments. This research can reveal the mechanism of herbicides degradation by solar/chlorine in real water. The project also would provide convenient and practicable AOP for water treatment as well as provide theoretical guidance and technical support to ensure water quality safety.

除草剂的广泛使用对水生态环境造成了严重影响，却不能被常规的水处理工艺有效去除。基于羟基自由基的高级氧化技术可有效降解水中除草剂，然而其在水处理中的实际应用受到成本和适用条件的限制。太阳光/氯体系是一种可以同时产生羟基自由基（HO•）、氯自由基（RCS）和臭氧等活性物种的廉价、经济的新型高级氧化技术。本项目拟系统研究太阳光/氯技术对水中典型除草剂（莠去津、二氯吡啶酸、氯苯氧丙酸和敌草隆）的降解动力学，阐明体系中HO•、RCS和臭氧的生成规律及对除草剂降解的贡献；分析中间产物的生成规律，揭示体系中不同活性物种降解除草剂的机理和路径；探明太阳光/氯降解除草剂过程中的生物毒性变化；最后明确实际水质参数对除草剂降解的影响并建立太阳光/氯降解除草剂的动力学模型。本研究可以揭示太阳光/氯高级氧化技术处理实际水体中除草剂的机理，提供一种经济、便捷实用性较强的水处理技术，为保障水质安全提供理论指导和技术支持

针对水处理过程中微污染物的难降解及其复杂的生物毒性问题，需要开发有效的高级氧化工艺以去除微污染有机物。氯是我国水厂最常用的消毒工艺，在一定程度上可保障水质生物安全性，太阳光是清洁可再生的能源，对于地表水的具有较强的应用价值。不同于研究较多的紫外和氯的组合工艺，太阳光和氯的组合工艺研究较少，且体系中的活性物种及生成规律尚不明确，对于不同结构性质的微污染物的降解效能、机理以及毒性的影响也不明确，需要系统研究。本研究采用不同的探针检测体系中的活性物种种类以及生成规律，发现该体系可以生成羟基自由基、氯自由基、氯氧自由基以及臭氧多种活性物种，且随着pH的增加，前两者的浓度降低，后两者的浓度增加，臭氧的生成与体系的溶解氧浓度呈正相关。并且羟基自由基和氯自由基的浓度基本不受氯投量的影响，而氯氧自由基和臭氧的生成则随氯投量的增加显著增加。太阳光和氯的组合技术可以有效降解多种微污染有机物如脂类调节剂和农药类有机物等，多种活性物种对于微污染物的降解均有贡献，而贡献大小与活性物种和有机物的反应速率有关，且受pH、氯投量和溶解氧的影响。.太阳光/氯降解有机物的过程中生成多种中间产物，为了评估中间产物和目标微污染物对体系毒性的影响，本项目选择发光细菌和拟南芥作为模式生物，发现太阳光/氯降解农药的过程中其急性毒性的变化不大，而对拟南芥的生长毒性则显著降低，且这种脱毒作用与基因的表达尤其是应急基因的表达有关。.本项目首次系统阐明了太阳光/氯体系中的活性物种种类及生成规律，并且发现该体系降解农药类有机物过程中的毒性变化与模式生物的选择有关，提示急性毒性的测定并不能完全反应体系的毒性变化。该研究阐明了太阳光和氯的耦合技术活性物种的生成规律以及氧化降解有机物的机理，并评估了对农药类有机物的脱毒效能和机理，为该技术的应用提供了理论依据。