超声-芬顿联合降解印染污泥中多环芳烃的产物特性及其降解机理研究

Large quantities of persistent organic pollutants (POPs), for example polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) contained in Textile dyeing sludge, will result in the secondary pollution in the process of treatment and disposal of this solid waste. In this study, baseed on the source reduction strategy, a combined ultrasound with Fenton (US-Fenton) technology successfully employed to degrade PAHs in textile dyeing sludge. Real textile dyeing sludge and simulated textile dyeing sludge (containing PAHs and without PAHs) were prepared to subject to the degradation experiments of US-Fenton oxidation. The key environmental influence factors, the synergistic mechanism and the competitive mechanism between different PAHs and PAHs as well as organic matter will be considered using the modern analysis determination techniques. The toxicity test will be conducted to assess the detoxification possibility of the textile dyeing sludge after the treatment of US-Fenton process. The quantum chemical calculation was also conducted to facilitate the identification and confirmation of degrading intermediate products and predict potential initial attack sites during the AOPs degradation of PAHs. Finally, an optimal detoxification scheme of PAHs degradation with US-Fenton combined technology in textile dyeing sludge could be provided. This successful accomplishment of this project will offer some sueful suggestion for the technological development for the degradation of POPs in sludge.

印染污泥中多环芳烃（PAHs）等POPs大量存在，导致其处理处置过程二次污染严重。基于源头消减策略，提出采用超声(US)-芬顿（Fenton）联合技术原位降解其中PAHs。参照实际印染污泥中PAHs的含量，构建印染污泥模拟体系，以模拟印染污泥及真实印染污泥对研究对象，采用超声-芬顿联合技术作为深度处理技术，重点研究不同环境介质及条件下，影响PAHs降解的关键微环境因素，阐明US-Fenton降解印染污泥PAHs的协同作用机制，揭示PAHs主要组分之间、PAHs与其他有机质之间的竞争机制，通过生物毒性实验评估US-Fenton技术对印染污泥中的PAHs消减效果。利用现代分析测试技术对其降解产物进行鉴定，并结合量子化学计算，从分子角度探究PAHs的降解途径、中间产物及过程机制。从而提出PAHs的原位降解机理，优化调控其降解效率，推动深度氧化技术在污泥中POPs降解的基础理论和技术发展。

印染污泥中多环芳烃（PAHs）芳香胺（AAs）等POPs大量存在，导致其处理处置过程二次污染严重。基于源头消减策略，采用超声(US)、高级氧化及其联合技术降解印染污泥中的PAHs和AAs具有重要理论和技术意义。本项目采用US-Fenton、US-类Fenton、US-KMnO4等技术对实际印染污泥进行降解，跟踪其中PAHs和AAs的迁移转化规律，阐明US联合技术降解印染污泥中PAHs和AAs的协同作用机制。研究表明US-Fenton降解印染污泥中∑16PAHs的协同度为30.4％，而US-类Fenton（US-ZEA）降解印染污泥中∑16PAHs的协同系数为1.79。US的协同作用主要体现在：（1）US空化效应产生的羟基自由基（·OH）促进了PAHs和AAs的降解；（2）US的破解作用，将印染污泥空腔中的PAHs和AAs释放至液相，加快了与活性氧化物种的接触反应。参照实际印染污泥中PAHs、AAs的含量，以聚合氯化铝、聚合硫酸铁的沉淀产物构建了印染污泥模拟体系。以模拟污泥和真实印染污泥为研究对象，重点研究不同环境介质及条件下，影响PAHs降解的关键微环境因素。研究发现印染污泥中的无机盐既影响PAHs吸附又影响其降解，其中模拟污泥中的硅酸盐和磷酸盐使得PAHs吸附量分别增加15.37%、11.19%，·OH生成量增加42.39%、66.25%。印染污泥其他性质影响AAs去除的顺序为pH>粒径>ζ电位。继续以模拟污泥和真实印染污泥为研究对象，揭示PAHs与其他有机质之间、PAHs之间的竞争机制。研究表明印染污泥有机碳以芳香碳和脂肪碳为主，两者在四种原泥中的占比分别为93.44%、90.86%、92.98%和94.67%。US-Fenton处理后，16.32-31.13%的有机质和75.52%-84.40%的PAHs被去除。有机质与PAHs之间存在竞争降解关系，脂肪族有机质比芳香组分被优先去除；有机质含量越低，极性越强，活性组分占比越多时，PAHs更易于降解。另外，研究了一种或一组PAHs的降解，发现3环中的苊、4环中的苯并（a）蒽和5环中的苯并（a）芘与·OH反应活性最强，并推测得到萘、苊、苊烯和菲的降解途径。植物毒性和急性水生毒性试验表明，US-类Fenton能有效削减污泥的毒性，并达到农用标准。研究结果对毒害性工业有机污泥的无害化处理提供了理论依据和技术支持。