【他山之石】哈工大马军院士、浙工大宋爽等ACSES&TWater:臭氧氧化技术去除饮用水和水源水中嗅味化合物研究进展
发布时间:2023-11-02 17:53:14 来源:环境人Environmentor 作者:本站编辑 浏览次数:

第一作者:汪达副教授(浙江工业大学、中国矿业大学)
通讯作者:宋爽教授(浙江工业大学)
论文DOI:10.1021/acsestwater.3c00130

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图片摘要
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成果简介

近日,浙江工业大学宋爽教授、汪达副教授与哈尔滨工业大学马军院士、中国矿业大学王立章教授、北京师范大学李娟特聘副研究员、马德里理工大学Stefanos Giannakis副教授等合作在ACSES&T Water上发表了题为“Degradation of odor compoundsin drinking water by ozone and ozone-based advanced oxidation processes: Areview”的综述论文(DOI: https://doi.org/10.1021/acsestwater.3c00130),本文综述了本文综述了典型气味化合物与臭氧之间的反应机制,及实际饮用水处理中臭氧和其他工艺的联合处理技术等内容,为进一步推进饮用水处理策略奠定了基础,确保向公众提供安全、无气味的水


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全文速览

臭氧氧化是深度去除饮用水中嗅味物质的有效方法。本文首先对常见的嗅味物质进行了分类,同时重点关注了它们的来源和特征。其次总结了主要嗅味物质在单独臭氧处理过程中的反应和转化机制。再其次介绍了通过基于臭氧的高级氧化技术去除饮用水中的嗅味物质的研究。重点介绍不同AOPs强化嗅味物质去除的机制,以及目前这些技术走向实际应用所面临的挑战。随后,重点讨论嗅味物质的臭氧氧化在实际应用中的操作效应及其对后续处理效果的影响。最后,对臭氧处理气味化合物的研究和应用进行了总结,并为未来的理论研究和工程应用提供展望。


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图文导读

单独臭氧氧化去除嗅味物质

臭氧氧化嗅味物质过程中,存在直接氧化和间接氧化两种途径,很多文献通过改变臭氧传质、温度、pH、水质条件等因素研究嗅味物质的臭氧氧化。直接臭氧氧化可以有效去除含有富电子基团的嗅味物质,但是臭氧对饱和化合物的反应性较低


基于臭氧的高级氧化技术去除嗅味物质

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不同的AOPs对嗅味物质的去除率

由于难降解嗅味物质仅通过臭氧处理很难达到令人满意的去除效果,且嗅味物质的单独氧化也可能会因为中间产物的生成而产生新的嗅味物质。基于大多数嗅味物质和OH的高反应速率,各种基于臭氧的AOPs应运而生。过臭氧技术有助于提高OH转化效率和减少溴酸盐的产生。电催化臭氧技术通过原位产生H2O2从而加速羟OH的生成。UV/O3通过紫外光解臭氧产生H2O2,进一步光解H2O2能够产生OH。在非均相臭氧氧化中,催化剂的表面羟基、路易斯酸、结构缺陷和表面官能团都是催化臭氧反应的潜在活性位点。超声辅助臭氧可以增强臭氧的传质,而且能够利用空化效应导致臭氧热分解产生OH。就增强臭氧过程而言,除过臭氧和非均相臭氧氧化技术外,由于技术不成熟、能源要求高以及配套设备开发带来的高初始资本投资,其余的基于臭氧的AOPs仍处于实验室阶段


臭氧联合其他工艺实际应用中臭氧对嗅味物质的去除效能


出于嗅味物质的去除效果、系统运行稳定性以及建设运行成本考虑,目前自来水水厂用于去除嗅味污染最常见的联合处理方法是O3 + 生物过滤或过臭氧技术。过臭氧技术需要着重关注臭氧和双氧水投量的比例。O3联合生物过滤的优势在于臭氧氧化嗅味物质产生的小分子化合物可以促进生物过滤器中生物膜的形成,通过增加生物量来增加生物过滤器的处理能力。预臭氧通过控制臭氧浓度可以有效提高藻类细胞凝聚性,而后臭氧比预臭氧在去除嗅味物质方面更加有效,将预臭氧与后臭氧氧化或其他后氧化方法(如氯化、氯胺化等)结合已经成为众多饮用水处理厂处理嗅味物质的选择

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小结

基于目前研究进展可见,单独臭氧氧化能够降解含有富电子基团的嗅味物质,基于臭氧的AOPs有助于提高难降解嗅味物质的去除率以及提高污染物的矿化率。为了实现嗅味物质有效和全面的处理,臭氧结合生物过滤以及过臭氧技术已经成为目前实际应用中常见的嗅味物质处理技术

目前缺乏对于引起嗅味的特定基团的研究,有必要通过研究特定嗅味基团的产生、转移、消除阶段来更精准处理嗅味物质。其次有必要考虑实际应用,综合研究去除效果,增加在复杂水质中进行的中试实验以获得更多指导性数据。此外,需要增强对技术经济可行性的关注,降低配套设施的建设和运行成本。最后,除了嗅味问题,嗅味物质的味道测试也应该纳入嗅味物质去除的指标当中。

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作者简介

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宋爽(通讯作者):浙江工业大学二级教授,博导,环境学院副院长,环境过程与材料研究所所长,浙江省“万人计划”科技创新领军人才。先后主持国家自然科学基金项目(5项)、浙江省自然科学基金杰青、重点项目等,已作为第一(通讯)作者在Environ.Sci. Technol.Water Res.Chem.Commun.Appl. Catal. B-Environ.、中国科学:化学、科学通报等国内外期刊发表SCI/EI收录论文150余篇,其中SCI 100余篇(他引5800余次,H-index 43),获浙江省科学技术奖一等奖,三等奖、浙江省自然科学基金优秀项目、航天部科技进步奖三等奖、环境保护部环保科技奖三等奖各1

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汪达(第一作者):浙江工业大学副教授,硕导。主要从事微污染水源水治理,界面催化氧化除污染物技术研究,高级氧化净水过程研究及绿色环境催化材料设计制备。在Water Research等期刊发表学术论文40余篇,主持国家自然科学基金青年基金和浙江省自然科学基金青年基金等科研项目。

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