| 题名 | 水中典型有机磷农药的预处理方法及机理研究 |
| 作者 | 凌文翠 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2011-05-01 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 强志民 |
| 关键词 | 有机磷农药 饮用水 催化臭氧氧化 反应动力学 降解副产物 Organophosphorus pesticides Drinking water Catalytic ozonation Reaction kinetics Degradation byproducts |
| 其他题名 | Pretreatment of Organophosphorus Pesticides in Water: Methods and Mechanisms |
| 学位专业 | 环境工程 |
| 中文摘要 | 我国每年生产大量的农药，用于防治农业病虫害。农药的使用促进了农业生产，但是也带来了严重的环境问题。农药使用后不仅会渗入土壤迁移到地下水中，而且会随着径流进入地表水中。同时，在农药的生产、储存和运输过程中的突发污染事故，也对饮用水源产生严重的威胁。目前，有机磷类农药是我国农药的一个主要类别，约占农药总使用量的三分之一。大部分有机磷农药具有较高的水溶性和急性毒性，在自然环境中难于被生物降解。事实上，有机磷农药在地表水和地下水中均有检出然而，常规的饮用水处理技术对有机磷农药的去除能力很有限，因此迫切需要研发新的预处理技术来保障饮用水的安全。 为了筛选有效的应急预处理技术并明确有机磷农药相关的反应活性，考察了5 种预处理技术（高锰酸钾氧化、粉末活性炭（PAC）吸附、臭氧氧化、O3/PAC和O3/H2O2）对4 种有机磷农药（乐果、敌敌畏、马拉硫磷和甲基对硫磷）的去除效果。实验结果表明，高锰酸钾氧化去除乐果、敌敌畏的效果不理想，当水中乐果、敌敌畏浓度超出国家生活饮用水标准最大浓度限值（MCL）3 倍以上时，投加量小于0.5 mg L-1 的高锰酸钾不能将其氧化去除达标。PAC 对乐果和敌敌畏的吸附效果良好，20 mg L-1 的PAC 能将低浓度的乐果和中、低浓度的敌敌畏去除达标。臭氧对4 种农药均有较好的去除效果，当臭氧CT 值达到17.0 mg min L-1时，除高浓度的乐果（9 × MCL）和甲基对硫磷（14 × MCL）外，其余农药均可以去除达标。采用O3/H2O2 和O3/PAC 高级氧化预处理，高浓度的乐果和甲基对硫磷均可迅速去除达标。需要指出的是，仅将农药母体降解至MCL 以下并不表明饮用水水质是安全的，因为某些农药降解副产物的毒性甚至超过母体。 在上述基础上，选择氧乐果的催化臭氧化进行了深入研究。氧乐果是一种典型的有机磷农药，也是乐果的主要氧化产物，具有极强的亲水性且在单独臭氧氧化中降解较慢。对此，通过浸渍法将Fe(III)负载到活性炭（AC）上，制备出一种用于促进臭氧氧化的催化剂Fe@AC。对Fe@AC 进行了表征和制备条件优化，并考察了不同因素对氧乐果去除效率的影响，如臭氧浓度、pH 和重复利用性。实验结果表明，O3/Fe@AC 与单独臭氧、O3/AC 相比，降解氧乐果的效率明显提高，主要原因是Fe@AC 能促进臭氧分解产生·OH，从而加速了氧乐果的氧化分解。负载到AC 上的Fe(III)主要以水合氧化铁（Ferrihydrite, FHD）形式存在，是Fe@AC 的主要催化活性位点。当铁负载量为5%时，Fe@AC 表现出最高的催化活性。此外，反应pH 在7.0–8.0 之间时，Fe@AC 的催化能力最佳，这主要是因为pH 会影响Fe@AC 的表面带电性。在O3/Fe@AC 中，氧乐果降解的表观反应速率与臭氧浓度成正比。铁的溶出等原因导致Fe@AC的重复利用效果逐渐下降，但臭氧氧化30 min 时Fe@AC（投加量20mg L-1，第一次使用）的铁溶出量为36μg L-1，远低于国家饮用水标准中铁的最大浓度限值。AC 是饮用水处理中常见的吸附剂，而Fe(III)廉价易得，因此在饮用水处理中，应用Fe@AC 是经济可行的。 最后，对臭氧降解氧乐果的动力学和机理进行了研究。实验发现，在20 °C时，臭氧分子与氧乐果的二级反应速率常数O3 ,OMT k 小于0.06 M-1 s-1，而·OH 与氧乐果的二级反应速率常数k·OH,OMT 高达5.3 × 108 M-1 s-1。共检测到四种中间产物，即氧乐果首先被降解为O,O,S-trimethylphosphorothiate （ STMP ） 与N-methyl-2-(methylthio)acetamide（NMA），然后生成O,O,O-trimethyl phosphoric（TMP）和2-(Methylthio)acetamide（MTA）；这些中间产物的继续氧化生成甲酸、乙酸、草酸等小分子酸，同时检测到无机离子的生成，如3 NO- 、24 SO - 、34 PO - 。实验证明，O3/5%-Fe@AC 工艺可有效降解氧乐果并使其溶液的毒性降低，适合于饮用水的应急预处理。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 水处理工程 |
| 公开日期 | 2011-08-30 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/779]  |
| 专题 | 生态环境研究中心_环境水质学国家重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 凌文翠. 水中典型有机磷农药的预处理方法及机理研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2011. |
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