第一作者：Jun Zhang
通讯作者：李梦凯/强志民 研究员
通讯单位：中国科学院生态环境科学研究中心
DOI:10.1016/j.cej.2024.149745
紫外线高级氧化工艺（UV-AOPs）可有效降解废水中的难降解污染物。然而，在实际应用中，进行快速效率评估是工艺选择和优化的一大挑战。本研究调查了纯水和实际油田废水中紫外线/过氧化氢（H2O2）和紫外线/过硫酸钾（PDS）对聚丙烯酰胺（PAM）的降解情况。基于之前开发的微型流体光反应系统，该系统操作简便且所需样品量少，我们构建了一套用于快速评估紫外光-过氧化氢（UV-AOP）效率的实验装置，可通过专门制作的流动池装置在线分析粘度、紫外吸光度和 pH 值，并离线分析 PAM、化学需氧量（COD）和丙烯酰胺（AM）。紫外/H2O2 和紫外/PDS 法对实际油田废水中 PAM 的降解率常数（k′PAM）分别为 2.4 和 2.1 m2 einstein-1，远高于单用紫外法的降解率常数（0.8 m2 einstein-1）。结合对粘度、紫外线吸光度（220 纳米）、pH 值、化学需氧量和 AM 浓度的分析，UV/H2O2 和 UV/PDS 对油田废水中 PAM 的降解效果显著。此外，还测定了实际油田废水对 HO- 和 SO4- 的清除能力，通过模型模拟预测了 k′PAM 值，并通过实验进行了验证。该研究提供了紫外-AOP效率的快速评估方法，有助于工业废水处理中紫外-AOP的选择和优化。
Fig. 1. Schematic diagram of the experimental setup for rapid evaluation of UV-AOP efficiencies.
Fig. 2. PAM degradation by UV/H2O2 and UV/PDS in pure water: Variations of viscosity (a), pH (b), absorbance at 220 nm (c), PAM concentration (d), COD (e), and AM concentration (f). Experimental conditions: [PAM]0 = 200 mg L−1, [H2O2]0 = [PDS]0 = 1.0 mM.
Fig. 3. PAM degradation by UV/H2O2 and UV/PDS in practical oil field wastewater: variations of viscosity (a), pH (b), absorbance at 220 nm (c), PAM concentration (d), COD (e), and AM concentration (f). Experimental conditions: [PAM]0 = 200 mg L−1, [H2O2]0 = [PDS]0 = 1.0 mM.
Fig. 4. Linear standard curves of HRSC (HO• scavenging capacity) and SRSC (SO4•− scavenging capacity) (a) and comparison between measured and predicted k′PAM values in practical oil field wastewater (b).
本研究采用快速实验测量和模型模拟相结合的方法，评估了纯水和实际油田废水中 UV/H2O2 和 UV/PDS 对 PAM 的降解效率。可以得出以下结论：
-基于 MFPS 操作简便、水量少的优点，提出了一种用于快速评估效率的实验装置。它可以通过专门制作的流动池装置在线分析粘度、紫外线吸光度和 pH 值，并通过手动取样离线分析 PAM、COD 和 AM。这可以进一步减少与实际废水处理效率评估相关的工作量和成本。
-UV/H2O2 和 UV/PDS 处理实际油田废水的 k′PAM 值分别为 2.4 和 2.1 m2 einstein-1，远高于单独 UV 处理的 k′PAM 值（0.8 m2 einstein-1）。此外，UV/H2O2 和 UV/PDS 还明显降低了粘度。这些研究结果证明了紫外-AOPs 在油田废水中降解 PAM 的应用可行性。
-测定了实际油田废水的 HRSC 和 SRSC，通过模型模拟预测了 k′PAM 值，并在不同工艺和条件下进行了验证。
-结合所提出的快速实验测量和模型模拟方法，该研究为快速评价 UV-AOP 效率提供了重要参考，有助于工业废水处理中 UV-AOP 的工艺选择和优化。
Jun Zhang, Mengkai Li, Zuwen Liu, Junfeng Lian, Yanyan Huang, Sun Zhe, Zhimin Qiang, Polyacrylamide degradation in oil field wastewater by UV/H2O2 and UV/PDS: Rapid experimental measurement and model simulation, Chemical Engineering Journal, 2024, https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149745
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