超声波-Oxone/Co2+氧化体系降解城市污水中典型PPCPs的机制及调控策略研究

Pharmaceuticals and personal care products (PPCPs) have attracted much attention as micro-contaminants with great risk to human health, the detection result indicated that the effluent of urban sewage treatment facility is an important source of of PPCPs in the environment. But there is lack of effective technology to remove the PPCPs in the urban sewage treatment effluent, and the recognition of its generation mechanism is not clear. Ultrasonic and advanced oxidation process (AOP) are preferred to degradate PPCPs due to their great removal efficiency for degradation of persistent organic pollutant. The new technology of ultrasonic-Oxone/Co2+ oxidation system was structured in this study, antibiotic drugs, anti-inflammatory analgesic drugs and sex hormones were chosen as the typical target pollutants due to their high detection rate and high damage in discharging of urban sewage plant. At the same time the influence factor for degradation of PPCPs and process optimization were carried out.At the same time, some detecting techniques such as LC-MS were chosen to analysis intermediate product of the degradation process, speculated the degradation path and analysis the degradation mechanism, thus reveal the influence factors and mechanism for degradation of typical PPCPs by free radicals. On this basis, new ultrasonic-Oxone/Co2+ oxidation system for removal of the typical PPCPs in urban sewage and new way to reduce PPCPs emissions were obtained.

医药品和个人护理品（PPCPs）作为危害较大的微污染物受到广泛关注，检测发现城市污水处理设施的出水是环境中PPCPs的一个重要来源，而目前缺少降解城市污水处理厂出水中PPCPs的有效工艺，对其降解机制还缺乏明确认识。超声波及高级氧化技术对难生物降解有机污染物有很好的去除效果，因此它们成为降解PPCPs的优选技术手段。本项目构建超声波-Oxone/Co2+新体系，拟选择城市污水厂出水中检出率高，危害性较大的抗生素类药品、消炎止痛类药物、激素类药物作为典型目标污染物，研究体系降解PPCPs的影响因素，优化工艺条件；同时采用LC-MS等检测技术，分析降解过程产生的中间产物，推测降解路径，解析降解机理，从而揭示自由基降解典型PPCPs的影响因素及作用机理。在此基础上，得到超声波-Oxone/Co2+新体系去除城市污水中典型PPCPs的新工艺，为PPCPs在环境中的减排探索一条新途径。

医药品和个人护理品（PPCPs）作为危害较大的微污染物受到广泛关注，垃圾渗滤液、特种印染废水以及PPCPs作为难生物降解的有机污染物缺少有效的处理工艺。因此本项目首先采用超声波-Oxone/Co2+氧化体系进行降解垃圾渗滤液、特种印染废水的研究。实验结果显示超声波能够增强Oxone/Co2+氧化体系的降解效果，COD的去除率分别增加10.56%和7%。在最佳操作条件下，垃圾渗滤液的 COD，TOC，SS和色度去除率分别达到63.74%、59.46%、69.35%和83.33%。特种印染废水的COD去除率达到51.3%。其次为了减小可溶性钴催化剂难回收，及潜在环境风险的危害，实验用氧化石墨烯（rGO）、介孔碳、g-C3N4等材料与Co组合，研制非均相、不溶性的Co(OH)2/rGO、CuFeS2、磁性Co-Fe PBAs@rGO、磁性CoFeO2@CN、磁性载钴介孔碳（Co-MMC）、Co-MC@ Bi2WO6催化剂，利用XRD、SEM、TEM、FT-IR、XPS、BET、VSM等手段对其晶体结构、表面形态、组成成分、元素价态、官能团组成、比表面积以及磁性进行分析，而后组成6种新的改进型Oxone/Co氧化体系进行降解盐酸左氧氟沙星（LVF）的效果及机理研究。实验结果显示这6种改进型氧化体系对LVF有很好的降解效果，目标化合物的降解率分别为95.2%、99.1%、79.8%、92%、98%和97.93%，循环实验证明催化剂具有高回收性和可重复利用性。实验分别得到了上述6种氧化体系的最佳操作条件。值得关注的是利用废电池的正极材料为原料制备的磁性CoFeO2@CN催化剂同样具有上述优点，这将为危险废物的二次利用带来广阔的应用前景。最后超声波辅助Oxone/Co-Fe PBAs@rGO氧化体系降解盐酸左氧氟沙星的实验结果显示超声波明显加快了反应速度，但最终降解效率增加不明显，只增加了4.2%。在最佳的操作条件下，目标化合物的降解率为84%。通过这些科学问题的研究和探索，将为污水中高毒性、难降解PPCPs高效降解提供技术支撑。