紫外高级还原技术还原降解水中N-亚硝基二甲胺

doi:10.19894/j.issn.1000-0518.210159

摘要/Abstract

摘要：

采用2种高级还原技术（UV/Na₂SO₃和UV/Na₂S₂O₄）还原降解N-亚硝基二甲胺（NDMA），考察pH值、光照强度、还原剂质量浓度和溶解氧等因素对NDMA还原降解效果的影响，计算还原降解反应过程中的表观反应动力学常数，推断NDMA的还原降解机理。研究结果表明，弱酸性条件下有利于2种高级还原技术对NDMA的还原降解。增加光照强度会显著促进高级还原技术对NDMA的还原降解效果，而增加还原剂质量浓度对NDMA去除效果的影响较小。当pH=6.76，光照强度为8.7×10^-11 E/s，Na₂SO₃质量浓度为10 mg/L时，经过60 min的反应后，NDMA去除率达到了94.4%。溶解氧会与还原性自由基发生反应，从而抑制了高级还原技术对NDMA的还原降解效果。高级还原技术与NDMA的还原降解反应主要存在3种可能的反应途径：光致水解、光致消去和光氧化。

关键词: 紫外高级还原技术, N-亚硝基二甲胺, 还原降解

Abstract:

Two ultraviolet advanced reduction processes （UV/Na₂SO₃ and UV/Na₂S₂O₄） were used to reductively degrade N-nitrosodimethylamine （NDMA） in water and the effects of pH， light intensity， reductant dosage and dissolved oxygen on the removal efficiency of NDMA were investigated in this study. Moreover， the apparent kinetic constants under different reaction conditions were calculated and the reductive degradation mechanisms of NDMA by advanced reduction processes were inferred. The results show that the weak acid condition is favorable for the reductive degradation of NDMA by both UV/Na₂SO₃ and UV/Na₂S₂O₄ advanced reduction processes. Increasing the light intensity can significantly promote the reductive degradation of NDMA by both advanced reduction processes， while increasing the reductant dosage has little influence on the reductive degradation of NDMA. The removal efficiency of NDMA reaches 94.4% after 60 minutes of reaction when the light intensity is 8.7×10^-11 E/s， pH=6.76， and the Na₂SO₃ dosage is 10 mg/L. Dissolved oxygen can react with free reducing radicals， thus inhibit the reductive degradation of NDMA by advanced reduction processes. There are three possible reaction pathways for the reductive degradation of NDMA by advanced reduction processes： photohydrolysis， photolimination and photooxidation.

Key words: Ultraviolet advanced reduction processes, N-Nitrosodimethylamine, Reductive degradation

中图分类号:

O644.1

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图/表 9

图1 I3-的吸光度随反应时间的变化关系

Fig.1 The relationship between the absorbance of I3- and the reaction time

图2 紫外光降解和2种高级还原技术对水中NDMA去除效果的比较（起始反应条件：pH=6.2， ρ（DO）=7.85 mg/L， I0=7.56×10-11 E/s）

Fig.2 Comparison of the removal efficiency of NDMA in water by UV degradation and two ARPs （Initial reaction conditions： pH=6.2， ρ（DO）=7.85 mg/L， I0=7.56×10-11 E/s）

图3 pH值对高级还原技术去除NDMA的影响：A. Na2S2O4作为还原剂，B. Na2SO3作为还原剂。（起始反应条件：ρ（DO）=7.64 mg/L，还原剂质量浓度为10 mg/L， I0=7.56×10-11 E/s）

Fig.3 Effect of pH on removal of NDMA by ARPs： A.Na2S2O4 as reductant， B.Na2SO3 as reductant.（Initial reaction conditions： ρ（DO）=7.64 mg/L， I0=7.56×10-11 E/s， the dosage of reductant was 10 mg/L）

图4 光照强度对高级还原技术去除NDMA的影响：A.Na2S2O4作为还原剂，B.Na2SO3作为还原剂。（起始反应条件：还原剂质量浓度为10 mg/L， pH=6.76， ρ（DO）=7.94 mg/L）

Fig.4 Effect of light intensity on removal of NDMA by ARPs： A.Na2S2O4 as reductant， B.Na2SO3 as reductant.（Initial reaction conditions： pH=6.76， ρ（DO）=7.94 mg/L， the dosage of reductant is 10 mg/L）

图5 溶解氧含量对高级还原技术去除NDMA的影响：A. 无还原剂，B. Na2S2O4作为还原剂，C. Na2SO3作为还原剂。（起始反应条件：pH=7.2，I0=7.56×10-11 E/s，还原剂浓度为10 mg/L）

Fig.5 Effect of DO on removal of NDMA by ARPs： A. No reductant， B. Na2S2O4 as reductant， C. Na2SO3 as reductant. （Initial reaction conditions： pH=7.2， I0=7.56×10-11 E/s， the dosage of reductant is 10 mg/L）

图6 还原剂质量浓度对NDMA去除率的影响：A.Na2S2O4作为还原剂，B.Na2SO3作为还原剂。（起始反应条件：pH=6.76， I0=7.56×10-11 E/s， ρ（DO）=7.81 mg/L）

Fig.6 Effect of the dosage of reductant on removal of NDMA by ARPs： A.Na2S2O4 as reductant， B.Na2SO3 as reductant.（Initial reaction conditions： pH=6.76， I0=7.56×10-11 E/s， ρ（DO）=7.81 mg/L）

表1 不同pH值条件下UV/Na2S2O4和UV/Na2SO3高级还原体系还原降解NDMA的动力学方程

Table 1 Kinetic equation of NDMA degradation by UV/Na2S2O4 and UV/Na2SO3 at different pH

pH值

pH value

动力学方程

Kinetic equation

表观速率常数

Observed rate constant/min^-1

R²

1.16

ln （ρ₀/ρ）=0.0142t+0.2538

ln （ρ₀/ρ）=0.0099t+0.2403

0.014 2

0.009 9

0.989 9

0.980 9

3.94

ln （ρ₀/ρ）=0.0188t+0.2146

ln （ρ₀/ρ）=0.0122t+0.1935

0.018 8

0.012 2

0.993 5

0.992 3

6.2

ln （ρ₀/ρ）=0.011t+0.2535

ln （ρ₀/ρ）=0.0079t+0.2449

0.011

0.007 9

0.998 7

0.976 7

9.72

ln （ρ₀/ρ）=0.0058t+0.3097

ln （ρ₀/ρ）=0.0085t+0.1779

0.005 8

0.008 5

0.979 3

0.977 5

12.25

ln （ρ₀/ρ）=0.0102t+0.1644

ln （ρ₀/ρ）=0.0108t+0.0753

0.010 2

0.010 8

0.972 3

0.980 4

表2 不同光照强度下，UV/Na2S2O4和UV/Na2SO3 2种高级还原体系还原降解NDMA的动力学方程

Table 2 Kinetic equation of NDMA degradation by UV/Na2S2O4 and UV/Na2SO3 at different light intensity

光照强度

Intensity of illumination/（E·s^-1）

动力学方程

Kinetic equation

表观速率常数

Observed rate constant/min^-1

R²

1.12×10^-11

ln （ρ₀/ρ）=0.0054t+0.2259

ln （ρ₀/ρ）=0.0048t+0.156

0.005 4

0.004 8

0.978 5

0.949 5

7.56×10^-11

ln （ρ₀/ρ）=0.0112t+0.2273

ln （ρ₀/ρ）=0.009t+0.2406

0.011 2

0.009

0.958 8

0.911 6

8.70×10^-11

ln （ρ₀/ρ）=0.0425t+0.1639

ln （ρ₀/ρ）=0.0457t+0.0052

0.042 5

0.045 7

0.997 1

0.986 6

表3 不同溶解氧含量下，UV/Na2S2O4和UV/Na2SO3高级还原体系还原降解NDMA的动力学方程

Table 3 Kinetic equation of NDMA degradation by UV/Na2S2O4 and UV/Na2SO3 at different DO

DO含量

ρ（DO）/（mg·L^-1）

动力学方程

Kinetic equation

表观速率常数

Observed rate constant/min^-1

8.05

ln （ρ₀/ρ）=0.0044t+0.2613

ln （ρ₀/ρ）=0.0026t+0.1299

0.004 4

0.002 6

0.968 8

0.997 4

0.85

ln （ρ₀/ρ）=0.007t+0.2483

ln （ρ₀/ρ）=0.0049t+0.1277

0.007

0.004 9

0.976 1

0.991 7

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