第一作者:Abayomi Babatunde Alayande
通讯作者:Seungkwan Hong
通讯单位:School of Civil, Environmental and Architectural Engineering, Korea University, Seoul, 02841, Republic of Korea
DOI:10.1016/j.envpol.2022.119513
使用基于膜的技术已发展成为从海水和废水中供应淡水以克服全球水资源短缺问题的重要战略。然而,包括腐殖质在内的天然有机物 (NOM) 的存在会影响工艺的性能。在这里,我们提出了关于腐植酸 (HA) 矿化的系统报告,作为 NOM 的模型,使用紫外光激活的过氧单硫酸盐 (UV/PMS) 系统作为膜过程中 HA 消除的潜在替代方案,在高浓度盐中- 基于海水淡化和水处理工艺。评估了 PMS 浓度、溶液类型、pH、阴离子和阴离子-阳离子基质等各种参数对 HA 矿化的影响。结果表明,在 pH 7 反应 180 分钟后,100%、78% 和 58% 的 HA (2 mg/L TOC) 以 0.085 min-1、0.0073 min-1 和 0.0041 min-1 的速率常数矿化当 0.5 mM PMS 分别用于去离子水、氯化钠溶液 (35,000 ppm) 和合成海水时。在盐水条件下效率降低归因于系统中作为硫酸盐和羟基自由基清除剂的阴离子的存在。此外,通过分析残留的转化产物来评估处理后的合成海水的安全性。总体而言,使用 UV/PMS 系统进行的预处理减轻了 RO 膜上的污染。
在当前的研究中,UV/PMS 系统被用于去除 HA,它被认为是基于膜的水处理系统中的主要污染物,因为它在水 含高盐浓度的溶液。这项工作的主要目的是 (i) 阐明 UV/PMS 系统在盐水条件下的 HA 矿化效率,尤其是海水,以检查其在基于膜的工艺中作为预处理单元的可用性,(ii) 确定最有问题的阴离子 矿化过程,以及 (iii) 观察卤化副产品的生产,如果有的话。总体目标是确定 UV/PMS 系统是否可用于海水中的 HA 矿化,同时不产生有毒副产品。
图 1. UV/PMS 系统中溶液类型和 pH 值对 HA 矿化的影响([PMS]0 = 0.5 mM;[HA]0 = 2 ppm;[反应时间] = 180 min)。
图 2. (a) UV/PMS 系统中过量浓度的 HA 矿化(黑线)和 PMS 消耗(红线),(b) UV/PMS 系统中的总氯、氯酸盐和硫酸盐产量([PMS] 0 = 0.5 mM;[HA]0 = 2 ppm;[Cl]0 = 22,750;pHi = 7)。(有关此图例中颜色参考的解释,请读者参考本文的网络版本。)
图 3. 过量Br-浓度时 HA 矿化(黑线)和 PMS 消耗(红线)([PMS]0 = 0.5 mM;[HA]0 = 2 ppm;[Br-]0 = 80 ppm;pHi = 7 )。(有关此图例中颜色参考的解释,请读者参考本文的网络版本。)
图 4. (a) 阳离子-氯化物共存对 HA 矿化的影响,(b) 阴离子-氯化物共存对 HA 矿化的影响 ([PMS]0 = 0.5 mM; [HA]0 = 2 ppm; [Cl]0 = 19,353 ppm;[Ca]0 = 412 ppm;[Mg]0 = 1284;[Br]0 = 80 ppm;[SO42-]0 = 2712 ppm;pHi = 7)。
图 5. UV/PMS 预处理 HA 在合成海水中和未经预处理的交叉流 RO 结垢实验中的通量模式。
在这项工作中报道了 HA 在高浓度 NaCl 水溶液和合成海水中的矿化。虽然 100% 的 HA 在淡水中矿化,但分别只有 78% 和 58% 的 HA 在 NaCl 溶液和合成海水中矿化。还系统地阐明了阴离子(Cl-和Br-)的影响以及Cl-与其他离子如Br-、SO42-、Mg2+、Ca2+的共存。UV/PMS系统的矿化效率主要受Cl-和Br-存在的影响,小浓度的Br-比Cl-具有更大的自由基清除作用。通过 UV/PMS,溶液中的阳离子对 HA 矿化效率没有不利影响。此外,在本研究中使用的实验条件下,没有产生氯酸盐、溴酸盐或卤代消毒副产物。最后,合成海水中处理过的 HA 在通过 RO 膜过滤时具有较低的 RO 污染倾向。该过滤实验对于使用 UV/PMS 作为废水处理尤其是海水淡化中的预处理策略具有有趣的技术影响。需要进一步的研究来确定预处理 HA 在高盐溶液中的防污性能和机制。
Abayomi Babatunde Alayande, Seungkwan Hong, Ultraviolet light-activated peroxymonosulfate (UV/PMS) system for humic acid mineralization: Effects of ionic matrix and feasible application in seawater reverse osmosis desalination, Environmental Pollution, 2022,
https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.119513
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