第一作者：Jiong Gao
通讯作者：Dionysios D. Dionysiou
通讯单位：辛辛那提大学
DOI:10.1016/j.watres.2022.118457
本文报告了在紫外/过碳酸钠（UV/SPC）系统与紫外/过氧化氢（UV/H2O2）系统中，水质参数对碳酸根阴离子和羟基自由基形成的影响，以研究双酚A（BPA）在水中的降解。同时，根据双酚A的直接转化产物的演变，提出了双酚A的具体氧化途径。在本研究中观察到，在相同条件下，从当地污水处理厂收集的二级污水中，由于水中共存的成分对前一个过程有很大的影响，因此紫外/SPC过程对BPA的降解比紫外/H2O2过程要慢。每个单独的水质参数（如溶液pH值、普通阴离子或天然有机物）都以类似的方式影响两个系统中的双酚A降解。也就是说，溶液pH值的增加降低了BPA的稳态浓度，导致观察到的BPA的伪一阶速率常数减少。氯化物阴离子和硫酸根阴离子在所考察的浓度中发挥的作用可以忽略不计；硝酸根阴离子在20mM的浓度下对反应有轻微的抑制作用；碳酸氢盐阴离子降低了两者的稳态浓度，对BPA的降解产生了明显的抑制作用。对不同类型的天然有机物观察到不同的清除程度，顺序是富勒烯酸>混合NOM>腐殖酸。然而，与UV/H2O2系统相比，在UV/SPC系统中考察的水质参数对双酚A降解的影响并不明显。本研究结果从活性自由基的形成方面为基于氧化的机制提供了新的见解，也为水质参数在UV/SPC和UV/H2O2过程中对双酚A降解的影响提供了新的科学信息，这对UV/SPC在废水处理中的应用具有参考价值。
图1. 提出的CO3•–介导的BPA 转化反应途径
图2. (a) 氯化前废水处理厂二级出水中观察到的 BPA 降解伪一级速率常数 ，收集时间为 3 月 (WE Mar.)、6 月 (WE Jun.)、9 月 (WE Sep.) , 和十二月 (WE Dec.); (b) 每个水质参数对水质对二级出水中 UV/SPC 降解 BPA 的总体影响的独立贡献。未调整的 pH 是指添加氧化剂后未调整 pH。未调节 pH 值的 UV/H2O2 系统的 pH 值通过 5 mM 磷酸盐缓冲液保持在 7 左右。由于碱度和 SPC 中 Na2CO3 的缓冲能力，未调整 pH 的 UV/SPC 系统的 pH 值保持在 9.0 左右。[H2O2]0=1.15 mM，[SPC]0 =1 mM，[BPA]0=2 μM。
图3. (a) 在不同 pH 值下观察到的 BPA 降解伪一级速率常数 ；(b) 不同 pH 值下活性自由基 的稳态浓度；(c) 在不同 pH 值下，活性自由基对 BPA 的去除（以条形表示）和CO3•–对 BPA 降解的贡献。[H2O2]0=1.15 mM，[SPC]0 =1 mM，[BPA]0=2 μM。
图5. (a) 在不同浓度的腐植酸 (HA)、富里酸 (FA) 和混合天然有机物 (Mixed NOM) 存在下，观察到的 BPA 降解的伪一级速率常数 ()；(b) 在 20 mg L-1 TOC 下添加不同类型 NOM 的活性物质 ([自由基] ss) 的稳态浓度；（c）在 20 mg L-1 TOC 添加不同类型的 NOM 时，活性自由基（以条形显示）去除 BPA 和对 BPA 降解的贡献（以线显示）。[H2O2]0=1.15 mM，[SPC]0 =1 mM，[BPA]0=2 μM，pH 8.5。
本研究的重点是评估水质参数对 UV/SPC 系统中活性自由基形成和 BPA 降解的影响。首次提出了CO3•–降解BPA转化途径。首先通过从当地污水处理厂收集的二级出水中的 BPA 降解来评估 UV/SPC 工艺在废水处理中的潜力，然后评估各种水质参数（即 pH 值、常见阴离子和 NOM）对 BPA 降解的影响。根据获得的结果和提出的讨论，得出以下结论：
CO3•–介导的降解反应分别通过羟基化、氧化去甲基化和酚环、异亚丙基以及异亚丙基和芳环之间的连接键的均裂裂解来引发 BPA 降解。
与 BPA 的直接紫外光解相比，CO3•–氧化可以激活 BPA 的异亚丙基，从而加速 BPA 降解。
pH上升降低了•OH的稳态浓度，导致表观速率常数的下降。
添加的碳酸氢根降低了•OH和CO3•–的稳态浓度，导致表观速率常数的显著下降。
NOM对CO3•–的生成没有影响，对•OH产生影响，抑制程度的大小顺序为：FA>混合NOM>HA，进而导致了表观速率常数的降低。
J. Gao, R.F. Nunes, K. O'Shea, G.L. Saylor, L. Bu, Y.-G. Kang, X. Duan, D.D. Dionysiou, S. Luo, UV/Sodium percarbonate for bisphenol A treatment in water: Impact of water quality parameters on the formation of reactive radicals, Water Research, (2022).
https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118457
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