催化科學(xué)與技術(shù)論文翻譯

1、催化科學(xué)與進(jìn)展文獻(xiàn)翻譯學(xué)院：化工學(xué)院專(zhuān)業(yè)：化學(xué)工程與工藝班級(jí)：5姓名：潘翔學(xué)號(hào)：3011207141目錄利用光催化和人造濕地實(shí)現(xiàn)受污染水的再利用3摘要：31.簡(jiǎn)介42.材料和方法42.1試驗(yàn)計(jì)劃和草案42.2水源52.3準(zhǔn)備催化劑62.5分析73.結(jié)果和討論73.1水力停留時(shí)間(HRT)的影響73.2催化劑用量的影響93.3光源波長(zhǎng)的影響103.4.副產(chǎn)物消毒的控制124.研究結(jié)果125.鳴謝13參考書(shū)目：13利用光催化和人造濕地實(shí)現(xiàn)受污染水的再利用論文來(lái)源：Catalysis Today 175 (2011) 276282 Volume 175, Issue 1, 25 October 20

2、11, Pages 276282作者：Kuan-Chung Chen (a)(b), Yu-Hsiang Wang (a), Yen-Chi Lu (a)單位：(a) Department of Environmental Science and Engineering, National Pingtung University of Science and Technology, Neipu, Pingtung 91201, Taiwan環(huán)境科學(xué)與技術(shù)局，國(guó)立屏東科學(xué)技術(shù)大學(xué)，臺(tái)灣，屏東市，內(nèi)埔鄉(xiāng)91201 (b) Emerging Compounds Research Center, Na

3、tional Pingtung University of Science and Technology, Neipu, Pingtung 91201, Taiwan新興合成物研究中心，國(guó)立屏東科學(xué)技術(shù)大學(xué)，臺(tái)灣，屏東市，內(nèi)埔鄉(xiāng)91201摘要：該研究探索了利用TiO2和人造濕地實(shí)現(xiàn)受污染的表層水再利用的可行性。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)改變水力停留時(shí)間（HRT），光源的波長(zhǎng)和光催化劑的用量來(lái)評(píng)估系統(tǒng)的工作效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明有兩天HRT的聯(lián)合系統(tǒng)比半天HRT的聯(lián)合系統(tǒng)效率更高。聯(lián)合系統(tǒng)有效降低了被觀測(cè)水體的參數(shù)；清除污染的百分比隨著光催化劑用量的增加而提高。與單獨(dú)利用濕地系統(tǒng)比較，聯(lián)合系統(tǒng)提高了處理污水的效率。

4、關(guān)于處理后水的再利用可能性的評(píng)估說(shuō)明，只有聯(lián)合系統(tǒng)有效地消除了三鹵甲烷（THM）以及六鹵代乙酸（HAA6）的前體，聯(lián)合系統(tǒng)使它們的含量降到了應(yīng)用水標(biāo)準(zhǔn)的最高污染等級(jí)（MCLs）。因此該系統(tǒng)處理農(nóng)業(yè)和生活廢水，能夠有效降低操作和維護(hù)費(fèi)用。圖表摘要強(qiáng)調(diào)：將光催化作為預(yù)處理步驟來(lái)提高人造濕地的工作效率 被TiO2納米微粒包裹的Al2O3小球作為光催化劑 控制變量包括HRT，光源波長(zhǎng)，以及催化劑用量 關(guān)注聯(lián)合系統(tǒng)處理過(guò)污水中的殺菌副產(chǎn)物的能否使水體達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn) 聯(lián)合系統(tǒng)的廢水有被用作飲用水的潛能。關(guān)鍵詞：光催化，人造濕地，殺菌副產(chǎn)物，水質(zhì)，二氧化鈦，再利用1.簡(jiǎn)介人口的快速增長(zhǎng)，城市化和工業(yè)化的加劇

5、，氣候的變化使得淡水資源變得短缺。為了滿足缺水地區(qū)不斷增加的需水量，人們已經(jīng)開(kāi)始處理，凈化，循環(huán)以及再利用污水來(lái)供給工業(yè)，農(nóng)業(yè)以及居民用水。人造濕地對(duì)于水源再利用來(lái)說(shuō)，不僅是污水處理系統(tǒng)，還是野生動(dòng)物棲息地，有著低投入，易操作，便于維持的優(yōu)點(diǎn)。人造濕地是一種通過(guò)物理，化學(xué)，生物過(guò)程來(lái)處理污水并提高水質(zhì)的自然系統(tǒng)。人造濕地處理有機(jī)物質(zhì)的機(jī)制包括生物降解，沉淀，吸附，光催化氧化，植物吸收，揮發(fā)，植物揮發(fā)，植物促進(jìn)以及植物降解。由于有機(jī)物質(zhì)，懸浮固體和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是生活和農(nóng)業(yè)廢水的主要成分，人造濕地是一個(gè)很有前景的選項(xiàng)。人造濕地降解上述污染物的效率與以下因素有關(guān)：濕地設(shè)計(jì)，水源質(zhì)量，溫度，植被以及管理措

6、施（影響污水質(zhì)量）。很多研究表明人造濕地能夠有效地去除有機(jī)物質(zhì)，懸浮固體，排泄物中的大腸桿菌，藥物以及個(gè)人護(hù)理產(chǎn)品（PPCPs）和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。然而，人造濕地的占地面積和水力停留時(shí)間（HRT）比起傳統(tǒng)污水處理廠耗費(fèi)更大，使得它不適于地價(jià)較高的或土地資源有限的地區(qū)。雖然有很多研究使用了人造濕地來(lái)處理工業(yè)和城市廢水，并且研究了它們的工作效率，但是沒(méi)人把它們與先進(jìn)氧化技術(shù)(AOPs)結(jié)合在一起。AOPs包括生成能夠通過(guò)提高有機(jī)物生物可降解性來(lái)降低其含量的氫氧基團(tuán)(OH)。多項(xiàng)研究證實(shí)AOPs（例如臭氧處理）后再進(jìn)行生物過(guò)濾可有效清除水中有機(jī)物。部分科學(xué)家在光催化反應(yīng)器中分別使用二氧化鈦(TiO2)和紫外

7、線燈作為光催化材料和光源對(duì)人造濕地進(jìn)行預(yù)處理。他們發(fā)現(xiàn)添加光催化劑提高了處理有機(jī)物，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，致病細(xì)菌和殺蟲(chóng)劑的效率。目前的研究探索了結(jié)合TiO2光催化劑和人造濕地來(lái)處理污水以實(shí)現(xiàn)水循環(huán)。我們?cè)O(shè)想使用光催化劑作為人造濕地的預(yù)處理可以把部分非生物降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為生物降解的物質(zhì)，這樣就提高了人造濕地的處理效率和處理量并且縮短了它的水力停留時(shí)間（HRT）。處理系統(tǒng)的三個(gè)參數(shù)（HRT，催化劑用量和光源波長(zhǎng)）是該實(shí)驗(yàn)的變量。TiO2光催化劑和濕地產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物(DBP)前體的效果是評(píng)價(jià)聯(lián)合系統(tǒng)排出水能否作為飲用水源的依據(jù)。聯(lián)合系統(tǒng)處理水中的DBP構(gòu)造也是討論對(duì)象。2.材料和方法2.1試驗(yàn)計(jì)劃和草案光催

8、化人造濕地主要由以下幾部分組成：一個(gè)光催化反應(yīng)器，紫外線燈，一塊工作臺(tái)規(guī)模的人造濕地。未處理水容器容量25L，用蠕動(dòng)泵（型號(hào)Masterflex, Cole-Parmer Co., Chicago, IL）把未處理水持續(xù)泵入光催化反應(yīng)器中，同時(shí)抽出模擬人造濕地中排出的水到一個(gè)收集瓶中（流速穩(wěn)定在10mL/min）。光反應(yīng)器由裝在氣密性玻璃箱中的四臺(tái)紫外線燈，一根光催化劑柱組成。光催化過(guò)程利用了有兩個(gè)波長(zhǎng)的紫外線燈（型號(hào)10 W, 28 mm O.D., manufactured by Philips），兩個(gè)波長(zhǎng)分別叫做UVA（波長(zhǎng)315400nm）和UVC（波長(zhǎng)230280nm）。光催化劑柱是

9、一個(gè)0.34L的玻璃圓柱體，里面填裝TiO2/-Al2O3催化劑。工作臺(tái)規(guī)模的濕地建造在水平下表面流(HFSF)濕地模型之上。其邊長(zhǎng)數(shù)據(jù)為40 cm (長(zhǎng)) × 25 cm (寬) x 28 cm (高)，體積約為15L。濕地的排出水收集在一個(gè)4L的水箱中。濕地底部由5cm厚的土壤和碎石混合物作為沉積層。工作臺(tái)規(guī)模的人造濕地中種有各種水生植物，如采自臺(tái)灣屏東市Wu-Lo河（WLR）畔的蘆葦，水草，眼子菜（未處理水也采自該河）。用未處理水供給濕地系統(tǒng)4個(gè)月。等人造濕地處理效率穩(wěn)定(通過(guò)周期性分析濕地排出水的水質(zhì)來(lái)確定)后方可用于實(shí)驗(yàn)研究。通過(guò)改變系統(tǒng)的參數(shù)（例如HRT，光源波長(zhǎng)和光催化

10、劑用量）來(lái)評(píng)估其處理效率。系統(tǒng)連接后光催化劑的HRT和人造濕地要保持一定。HRT值的計(jì)算基礎(chǔ)是，通過(guò)根據(jù)廢水流量來(lái)分配的人造濕地模擬有效容量（12L）。實(shí)驗(yàn)中的操作條件如表1所示。表1.光催化過(guò)程和人造濕地系統(tǒng)的操作條件液壓滯留時(shí)間 (天)0.5, 2.0催化劑 (g)225, 450光源UVA, UVC處理過(guò)程僅有光催化, 僅有濕地, 光催化與濕地圖1.光催化反應(yīng)器和實(shí)驗(yàn)規(guī)模人造濕地系統(tǒng)2.2水源水樣本取自受到農(nóng)業(yè)用水和生活用水污染的臺(tái)灣屏東市Wu-Lo河。未處理水的特性如表2所示。水樣被收集在一個(gè)25L的聚乙烯水箱中，并且在4的冰箱中儲(chǔ)存了將近7天。在使用前水樣被升溫至室溫。參數(shù)r原始水樣

11、pH8.4 ± 0.1UV-254 (cm1)0.105 ± 0.020DOC (mg/L)8.5 ± 2.9BOD5 (mg/L)10.8 ± 2.4COD (mg/L)36.2 ± 7.4SS (mg/L)22.2 ± 6.3NH3N (mg/L)4.44 ± 0.5PO4P (mg/L)0.60 ± 0.1SDS-THMs (g/L)118.

12、0 ± 2.5SDS-HAA6 (g/L)126.7 ± 4.1表2. 臺(tái)灣屏東市Wu-Lo河水質(zhì)特性2.3準(zhǔn)備催化劑利用注入方式把TiO2納米粒子用商業(yè)用-Al2O3小球包裹，本實(shí)驗(yàn)以此為光催化劑。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，把-Al2O3小球（直徑3mm）沁入含有商業(yè)用TiO2樣本（劑型Degussa P25, 80% 銳鈦礦, 20%全紅石, BET 比表面積 50 m2/g）的混合物中。持續(xù)震動(dòng)5小時(shí)使TiO2附著在氣孔上。溶劑的pH值調(diào)節(jié)在5.5(H2SO4, 0.1N)。接著把小球在無(wú)有機(jī)物的水中沖洗直到溶液純凈。在105的干燥箱中處理一個(gè)

13、小時(shí)，在500火爐中煅燒24小時(shí)。最后，壓縮TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的催化劑。從復(fù)合氧化物的形態(tài)學(xué)角度以及半定量的基本組成出發(fā)，用電子顯微鏡(SEM)和在Hitachi S-3000N系統(tǒng)上能量分散X光色譜分析(EDS)結(jié)果如圖2所示。圖2.(a)SEM電子顯微圖(×1000)（b）催化劑的EDS表面分析2.5分析進(jìn)行分析之前，所有水樣需經(jīng)過(guò)0.45微米的膜(Code C cellulose 醋酸纖維膜, 東京, 日本)進(jìn)行預(yù)過(guò)濾。溶解的有機(jī)碳（DOC），生化需氧量（BOD2），化學(xué)需氧量（COD），懸浮固體（SS），氮氨化合物（NH3N），pH，在254納米波長(zhǎng)下的紫外光吸收率(U

14、V254)，和磷酸鹽(PO4P)這些水質(zhì)參數(shù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)測(cè)定。所有實(shí)驗(yàn)試劑都是分析級(jí)別的。每種樣品需準(zhǔn)備三份。催化劑氧化后用一中完全有機(jī)的炭分析儀(機(jī)型Model TOC-VCSH, Shimadzu, Tokyo, Japan).對(duì)DOC進(jìn)行紅外氣體分析。在室溫下用UV/Vis分光光度計(jì)測(cè)定UV254。比色皿用1cm厚的石英材料。用配備了一個(gè)Ni捕獲探測(cè)器(GC-ECD)和一個(gè)自動(dòng)進(jìn)樣器的氣體色層分析器(Agilent HP 6890N)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)方法來(lái)研究模擬的三鹵甲烷分布系統(tǒng)(SDS-THMs)，包括氣體分析(CHCl3)，溴二氯甲烷(CHBrCl2)，二溴氯甲烷(CHBr2Cl)，三溴

15、甲烷(CHBr3)，和六種鹵乙酸模擬分布系統(tǒng)(SDS-HAA6)，其中有一氯乙酸(MCAA)，溴乙酸(MBAA)，二氯乙酸(DCAA)，氟溴乙酸(BCAA)，三氯乙酸(TCAA)和二溴乙酸(DBAA)。使用了30米長(zhǎng)，直徑0.25毫米的Equity-5 毛細(xì)色譜柱(Supelco Analytical, Bellefonte, PA)。GC-ECD的操作條件上文已述。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法2350，在室溫下保溫培養(yǎng)48小時(shí)后，向收集的水樣中加入濃縮的氯，使游離余氯濃度保持在0.2到1.0 mg/L范圍內(nèi)。3.結(jié)果和討論3.1水力停留時(shí)間(HRT)的影響水力停留時(shí)間（HRT）對(duì)水質(zhì)的影響如圖3所示。被研究

16、的處理過(guò)程分為只有人造濕地，只有光催化，光催化后利用人造濕地三種。處理系統(tǒng)在0.5天和2天兩個(gè)HRT下工作，同時(shí)使用UVA作為光源，并且在光催化反應(yīng)器中裝填225克催化劑。結(jié)果顯示2天HRT的系統(tǒng)在處理消除效率方面均優(yōu)于同參數(shù)條件下0.5天HRT的系統(tǒng)。結(jié)合光催化和人在濕地的聯(lián)合系統(tǒng)在處理效率方面，不論HRT為0.5天還是2天，明顯優(yōu)于同水質(zhì)參數(shù)的另外兩種系統(tǒng)。單獨(dú)人造濕地系統(tǒng)中DOC，BOD，COD和SS的處理效率高于只有光催化的系統(tǒng)。在理想的系統(tǒng)中。光催化的任務(wù)并不是徹底分解或消除污染物，而是把不能被生物降解的物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能夠生物降解的物質(zhì)，利用后續(xù)的生物處理系統(tǒng)去清除這些物質(zhì)。然而，由于在

17、光催化過(guò)程中產(chǎn)生的OH，UV254的處理效果在只有光催化的系統(tǒng)中比只有人造濕地的系統(tǒng)被削弱的更多。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明光催化系統(tǒng)只消除了部分污染物，而人造濕地則進(jìn)一步降低了污染物的含量，同時(shí)提高了排出水的水質(zhì)。之前的研究表明應(yīng)用催化劑（TiO2）和紫外光的多相光催化氧化過(guò)程可以產(chǎn)生更多OH，從而快速降解頑固的有機(jī)污染物。從而產(chǎn)生更多科生物降解的有機(jī)物。因此，對(duì)于濕地系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，用光催化作為預(yù)處理是很必要的。在多種HRT和處理過(guò)程中還原物質(zhì)SDS-DBPs的生成如圖4所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于單獨(dú)實(shí)驗(yàn)規(guī)模的人造濕地來(lái)說(shuō)，隨著HRT從0.5天升至2天，還原物質(zhì)SDS-DBPs和SDS-HAA6的生成分別從21

18、%上升至44%，從30%升至47%。更久的HRT為濕地系統(tǒng)通過(guò)生物活動(dòng)或物理沉淀消除有機(jī)污染物（DBP前體）提供了更長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于單獨(dú)的光催化，當(dāng)HRT由0.5天升至2天，還原物質(zhì)SDS-DBPs和SDS-HAA6的生成分別從38%上升至85%，從62%升至93%。與單獨(dú)的濕地處理相比，光催化由于破壞了有機(jī)物的結(jié)合或UV吸收帶，其消除DBP前體的效率更高。把光催化作為人造濕地系統(tǒng)的預(yù)處理時(shí)，頑固的有機(jī)污染物在催化反應(yīng)器中被轉(zhuǎn)化成小的，更易生物降解的物質(zhì)，從而被濕地系統(tǒng)降解。與單獨(dú)的濕地系統(tǒng)相比，聯(lián)合系統(tǒng)中還原物質(zhì)SDS-DBPs和SDS-HAA6的量分別升到了62%和77%。然而聯(lián)合系統(tǒng)比單獨(dú)

19、的光催化系統(tǒng)釋放出了更多的DBP前體。我們認(rèn)為濕地降解有機(jī)物的同時(shí)釋放出了些許有機(jī)物，如生物代謝產(chǎn)物，它們會(huì)在氯化過(guò)程中生成DBP。對(duì)于聯(lián)合系統(tǒng)排出水中的SDS-DBPs和SDS-HAA6，將HRT由0.5天提高到2天只能略微加強(qiáng)消除效率。這說(shuō)明聯(lián)合系統(tǒng)可以在短時(shí)間內(nèi)有效降低DBP前體的濃度。圖3.HRT對(duì)排出水水質(zhì)的影響操作條件:光源UVA；催化劑用量225克W：人造濕地；P：光催化；P+W：光催化+人造濕地圖4.HRT對(duì)降解SDS-DBPs和SDS-HAA6的影響操作條件：光源：UVA；光催化劑用量：225g；HRT：0.5和2天W：人造濕地；P：光催化；P+W：光催化+人造濕地實(shí)驗(yàn)規(guī)模的

20、人造模擬濕地的有效容量為12L，實(shí)驗(yàn)中HRT為2天時(shí)污水的入流量為4.2毫升/分鐘。像Wu-Lo人造濕地一樣的平均有效深度為0.5米的15英畝人造濕地每天可以處理3.75×104立方米（CMD）的污水。在我們?cè)囼?yàn)中HRT為0.5天和2天時(shí)推薦系統(tǒng)的水質(zhì)很穩(wěn)定并且沒(méi)遇到任何問(wèn)題。3.2催化劑用量的影響我們研究了在單獨(dú)光催化系統(tǒng)和聯(lián)合系統(tǒng)中光催化劑用量對(duì)光催化的影響。實(shí)驗(yàn)操作條件包括：HRT為2天，UVC輻射，催化劑用量為225克和450克。清除效率通過(guò)圖5中檢測(cè)水中各項(xiàng)參數(shù)來(lái)體現(xiàn)。由圖觀察可得，每種水樣中的效率與催化劑用量成正比。這說(shuō)明產(chǎn)生了更多的羥基自由基，它們能夠與有機(jī)污染物反應(yīng)，

21、生成中間產(chǎn)物，造成礦化。在催化過(guò)程中。被UV輻射的TiO2/-Al2O3催化劑的活化作用體現(xiàn)在一系列連鎖的催化劑表面的催化還原反應(yīng)上。相關(guān)反應(yīng)方程式：（1）催化劑表面+hve+h+式中e為導(dǎo)帶電子，h+為價(jià)帶空洞空洞與水分子和氫離子的相互作用產(chǎn)生了非?；顫姷牧u基自由基。00（2）h+ + H2O OH + H+（3）h+ + OH OH氧原子充當(dāng)了受體，通過(guò)還原反應(yīng)生成了過(guò)氧離子(O2)圖5.催化劑用量對(duì)排出水水質(zhì)的影響操作條件：光源：UVC；HRT：2天W：人造濕地；P：光催化；P+W：光催化+人造濕地（4）e + O2 O2（5）O2 + H+ HO2過(guò)氧根的進(jìn)一步還原產(chǎn)生了過(guò)氧化氫或者過(guò)

22、氧化氫陰離子，接著參與后續(xù)反應(yīng)。（6）H+ + O2 + HO2 H2O2 + O2（7）H2O2 + UV 2 OH過(guò)氧化氫的光轉(zhuǎn)化產(chǎn)生了自由的OH自由基團(tuán)。（8）OH + 有機(jī)污染物中間產(chǎn)物 CO2 + H2OOH基團(tuán)十分活潑并且進(jìn)攻有機(jī)污染物，把它們降解成為中間產(chǎn)物，最終生成二氧化碳和水。用聯(lián)合系統(tǒng)處理污水可以得到比單獨(dú)光催化更優(yōu)質(zhì)的處理水。單獨(dú)使用人造濕地比起只使用光催化和用了225克光催化劑聯(lián)合系統(tǒng)有著更高的DOC，BODs和SS的清除效率。值得注意的是，和人工物理化學(xué)處理過(guò)程不同，自然的生物系統(tǒng)含有更多的有機(jī)物質(zhì)，它們是由處理污水的生物的新陳代謝和污染物殘?jiān)斐傻?。這說(shuō)明濕地系統(tǒng)能

23、夠保持排出水穩(wěn)定的水質(zhì)等級(jí)。在這項(xiàng)研究中，我們觀察了聯(lián)合濕地系統(tǒng)和單獨(dú)濕地系統(tǒng)排出水中DOC，BODs，COD和SS的濃度（數(shù)據(jù)未列出）。并且，催化劑用量從225克增值450克使得聯(lián)合處理系統(tǒng)中水質(zhì)參數(shù)的清除效率有了提高。多項(xiàng)研究表明光催化的有機(jī)物質(zhì)降解效率開(kāi)始時(shí)歲催化劑用量增加而提高，后來(lái)會(huì)下降。Sin et al解釋更多的催化劑提高了溶劑中活性基團(tuán)的含量；然而，過(guò)量的催化劑會(huì)影響光催化劑表面的光吸收率。Gad-Allah et al報(bào)道增加TiO2催化劑可有效提高羥基基團(tuán)與有機(jī)物質(zhì)的反應(yīng)速率，但是超過(guò)最佳劑量后反應(yīng)效率下降。實(shí)驗(yàn)中使用了450克催化劑似乎超過(guò)了最佳計(jì)量，因此并沒(méi)有顯著提高催

24、化效率。對(duì)于SDS-DBPs的減少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單獨(dú)使用人造系統(tǒng)使得SDS-THMs和SDS-HAA6的生成分別降低了21%和47%。使用225克光催化劑使聯(lián)合系統(tǒng)中SDS-THMs和SDS-HAA6的生成量分別降至47%和50%。當(dāng)催化劑用量提高到450克，我們發(fā)現(xiàn)只有SDS-HAA6的生成量進(jìn)一步下降至64%。人們認(rèn)為濕地系統(tǒng)會(huì)釋放一種與氯反應(yīng)并生成DBPs的有機(jī)物質(zhì)到處理水中。這可能會(huì)導(dǎo)致DBPs濃度的上升DBP前體清除率的下降。圖6.光催化劑用量對(duì)于DBPs生成和消除的影響操作條件：光源：UVC；HRT：2天W：人造濕地；P：光催化；P+W：光催化+人造濕地3.3光源波長(zhǎng)的影響UV光源

25、的兩種波長(zhǎng)，UVA和UVC被用來(lái)評(píng)估光源波長(zhǎng)對(duì)排出水水質(zhì)的影響。被控制的水體參數(shù)中的清除率如圖7所示，該次試驗(yàn)聯(lián)合系統(tǒng)的催化劑用量450克，HRT為0.5天。對(duì)于單獨(dú)利用光催化劑的處理方法，用UVA做光源比UVC能較好的改善水樣中的各項(xiàng)參數(shù)?？傮w來(lái)說(shuō)，用UVA輻射TiO2表面的持續(xù)效率高于UVC輻射。Puma et al利用催化劑分解影響激素類(lèi)化合物證明了UVC的持續(xù)效率是UVA的兩倍。這說(shuō)明比起UVA，在UVC輻射條件下光催化劑（TiO2）能夠產(chǎn)生更多的OH作用于有機(jī)物。然而，清除效率也與清除劑原子團(tuán)（如碳酸鹽）的濃度有關(guān)，它們廣泛存在于自然水體中。因此，部分氧化物的中間產(chǎn)物需要時(shí)間礦物質(zhì)化

26、。如圖7所示，UVC和UVA的清除效率與水體的特性有關(guān)。例如，UVA實(shí)驗(yàn)中的DOC濃度為9.7 mg/L，UVC實(shí)驗(yàn)中的DOC濃度為13.6 mg/L。更高DOC濃度的流入水導(dǎo)致更多的污染物被表面催化劑吸附。這樣就妨礙了所有的輻射光激發(fā)催化劑產(chǎn)生羥基基團(tuán)。并且，Venkatachalam et al證明了在365nm光源下對(duì)羥基苯酚（4-CP）的礦物質(zhì)化速率要優(yōu)于235nm的光源。他們證明了利用254nm下的光源使得被激發(fā)的電子以較高的活化能通過(guò)波段間隔。這使得電子能夠輕易接觸固液相界面，比起365nm的光源，減小了電子與空洞再結(jié)合的幾率。因此，這一機(jī)理在限制UVC條件下催化劑表面OH生成方面

27、起到了至關(guān)重要的作用，降低了4-CP的礦物化效率。圖7 UV波長(zhǎng)對(duì)流出水體質(zhì)量的影響操作條件：催化劑用量：450g；HRT：2天P：光催化；P+W：光催化+人造濕地對(duì)于在各種UV條件下的光催化劑和人造濕地的聯(lián)合系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明輻射波長(zhǎng)在控制水體參數(shù)方面并沒(méi)有起到顯著的作用。光催化過(guò)程可以把高分子量的化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榈头肿恿康幕衔?，這些物質(zhì)應(yīng)該被人造濕地系統(tǒng)的生物降解和均化作用有效地消除。在使用不同處理手段時(shí)，排除水中SDS-DBPs的減少比率如圖8所示。對(duì)于只使用濕地系統(tǒng)處理，SDS-THMs和SDS-HAA6的生成分別下降了44%和30%，這說(shuō)明了實(shí)驗(yàn)規(guī)模的人造濕地能夠消除部分DBP前體，例

28、如脂肪酸和芳香族有機(jī)物。Wei et al證明了在表面水平流條件下熱造濕地系統(tǒng)分別消除了37%的DOC和20%的THMs。在我們的實(shí)驗(yàn)中，UVA和UVC條件下SDS-THMs和SDS-HAA6的消除率分別為29%和41%以及40%和52%。聯(lián)合系統(tǒng)中的光催化過(guò)程有在UVC下效消除了57%的SDS-THMs和67%的SDS-HAA6，在UVA下消除了56%的SDS-THMs和60%的SDS-HAA6，這些結(jié)果與DOC和UV254的結(jié)果一致（圖7）。圖8.UV波長(zhǎng)對(duì)減少DBPs生成量的影響操作條件：催化劑用量：450g；HRT：2天P：光催化；P+W：光催化+人造濕地3.4.副產(chǎn)物消毒的控制為了評(píng)

29、估處理后的能否達(dá)到應(yīng)用水的標(biāo)準(zhǔn)，我們把未處理水和排出水中SDS-DBP的濃度與應(yīng)用水標(biāo)準(zhǔn)做了比較。實(shí)驗(yàn)中利用UVC作為光源，催化劑用量為450克，HRT為2天。人造濕地系統(tǒng)和聯(lián)合系統(tǒng)的輸入和排出水中SDS-THMs和SDS-HAA6的生成等級(jí)如圖9所示。值得注意的是臺(tái)灣應(yīng)用水標(biāo)準(zhǔn)(TDWS)只評(píng)估了最大污染物等級(jí)(MCL)，總THMs (TTHMs)，后者達(dá)到了80g/L，由于WLR水被農(nóng)業(yè)和民用水所污染，未處理水中SDS-THMs含量為118.0g/L，并沒(méi)有達(dá)到TDWS中TTHMs的MCL。SDS-HAA6含量測(cè)定為126.7g/L。該值并沒(méi)有達(dá)到聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)處制定的60g/L標(biāo)準(zhǔn)。在試驗(yàn)

30、規(guī)模人造濕地系統(tǒng)處理后，SDS-THMs和SDS-HAA6的生成分別降至92.9g/L和67.0g/L。只說(shuō)明了在濕地處理過(guò)程中21%的SDS-THMs 和47%的SDS-HAA6前體被消除。聯(lián)合系統(tǒng)更有效地減少了SDS-THMs和SDS-HAA6的前體，使得這些SDS-DBPs的含量分別降至64.8g/L和 46.1g/L。CHCl3是SDS-THM中的最主要成分，接下來(lái)是CHCl2Br, CHClBr2和CHBr3。對(duì)于SDS-HAA6，主要成分是DCAA，占到了8090%.結(jié)果表明利用光催化作為人造濕地的與處理手段提高了消除排除水中DBPs和的效率，從而達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)合系統(tǒng)具有處理

31、農(nóng)業(yè)和民用廢水的潛力。聯(lián)合系統(tǒng)有效消除了處理水中的DBPs，使得排出水可以作為飲用水源。圖9.各種處理過(guò)程對(duì)DBPs濃度的影響操作條件：催化劑用量：450g；HRT：2天P：光催化；P+W：光催化+人造濕地4.研究結(jié)果研究結(jié)果表明利用光催化和人造濕地的聯(lián)合系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)條件下能夠有效降低水體中各項(xiàng)指標(biāo)的參數(shù)，并且減少DBP 的生成。與只用實(shí)驗(yàn)規(guī)模人造濕地系統(tǒng)相比，增加光催化后提高了人造濕地的工作效率并且改善了水質(zhì)。與傳統(tǒng)人造濕地相比，聯(lián)合系統(tǒng)有著相對(duì)短的HRT，故而不一定要建在地價(jià)低廉的地區(qū)。光源的波長(zhǎng)只影響了光催化過(guò)程，并沒(méi)影響后續(xù)的濕地系統(tǒng)。更重要的是，在理想實(shí)驗(yàn)條件下DBPs在排出水中的生成

32、量達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)的MCLs，這使得該系統(tǒng)能夠用于處理受有機(jī)物污染的水體并能夠制備飲用水。最好能進(jìn)行一項(xiàng)關(guān)于光催化持續(xù)性的研究從而進(jìn)一步確定聯(lián)合系統(tǒng)的工作效率。由于濕地系統(tǒng)能夠有效處理有機(jī)污染物和懸浮固體，還應(yīng)該測(cè)定先用人造濕地處理，再用光催化處理的效果。如果處理水用來(lái)供應(yīng)日常生活，其他水質(zhì)的參數(shù)比如殺蟲(chóng)劑和PPCPs也應(yīng)該被納入研究范圍。5.鳴謝作者要感謝國(guó)家科學(xué)技術(shù)委員會(huì)(NSC)的財(cái)政支持。參考書(shū)目：1 N. Ran, M. Agami, G. Oron, Water Res. 38 (2004) 22412248.2 A. Gross, O. Shmueli, Z. Ronen, E.

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