摘要
近年来，抗生素类污染物在各类水体中被频繁检出。由于细菌等微生物对抗生素的敏感性，污水处理厂常用的生物处理方法对抗生素类污染物的处理效果不佳。放电等离子体技术可以产生多种反应活性物质(如羟基自由基，·OH)，并与水中抗生素类污染物发生一系列化学反应将其降解，该技术操作简单、污染物降解反应速率快，但是能耗较高，所以提高放电等离子体中降解污染物的能量效率是该技术的一个研究热点。有研究发现，过硫酸盐高级氧化技术中的过硫酸盐被激活为强氧化性的硫酸根自由基(SO4·-)后，污染物的降解效率可以显著提高。SO4·-的氧化还原电位比·OH略高，但寿命远长于·OH，更容易氧化水中的污染物分子，由于放电等离子体的生成过程可以产生激活过硫酸盐的物理化学效应，本研究将过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PS)引入液膜介质阻挡放电(DBD)等离子体系统，利用等离子体激活过硫酸盐为SO4·-和·OH等活性物质，提高对污染物的降解效果以及降低能耗。主要开展的研究内容及结果如下： (1)设计了液膜DBD反应器，探究单独液膜DBD等离子体系统中不同实验参数对磺胺甲恶唑(Sulfamethoxazole,SMX)降解效果的影响，研究了放电过程中长寿命活性物质的产生情况。实验结果表明：SMX的降解率随脉冲放电电压的增加而增加；空气流量和液体循环流量对水中SMX的降解效果影响不大；碱性条件下有利于SMX的降解；SMX的初始浓度提高，会降低SMX的降解效果；溶液电导率对SMX的降解影响不大。放电生成的臭氧和过氧化氢在溶液中发生过臭氧化反应，可以生成更多的·OH，且·OH的含量随着pH值的提高而增加。 (2)探究了PMS/PS系统中，不同实验参数对SMX降解效果的影响，研究了投加PMS/PS对放电产生的长寿命活性物质的影响，结果表明：当放电电压为24kV，放电30min液膜DBD等离子体系统降解SMX的去除率仅为22.8%，而在26kV和28kV下SMX的降解率分别为77.1%和85.1%。加入PMS/PS后，在24kV时，PS系统降解率为30.1%，PMS系统降解率为34.9%；在26kV时，PS系统降解率为80.3%，PMS系统降解为88.9%；在28kV时，PS系统降解率为95.4%，PMS系统降解率为98.9%；同一电压下，SMX的降解效果和能量利用率均为PMS系统＞PS系统＞单独液膜DBD系统；当放电功率一定时，无论是增加频率保持电压不变，还是增加电压，保持频率不变，对SMX的降解影响几乎不变；随着PMS/PS浓度的增加，SMX的降解率先显著增加，后增加逐渐变缓直至不变；SMX的降解效果均随着pH值的提高而提高。PMS/PS促进了气相臭氧向液相中的溶解，使得液相臭氧浓度提高，液相中过氧化氢的浓度在三种放电系统下无明显差别；PMS/PS激活产生的SO4·-促进了·OH浓度的增加。 (3)电子自旋共振(EPR)光谱证明了PMS/PS系统中SO4·-和·OH的存在；乙醇和叔丁醇的自由基捕获实验说明SO4·-和·OH均参与SMX的降解过程；对苯醌的自由基捕获实验证明了放电产生的活性物质O2·-在三种系统中对SMX的降解均起到重要的作用；硝酸根离子捕获实验证明水合电子没有直接参与SMX的降解；CCl4捕获H·后，可以增强SMX的降解效果。TOC和LC-MS检测结果说明，投加PMS/PS后，SMX的矿化度更高，污染物分解的更彻底，且PMS对SMX的矿化度高于PS对SMX的矿化度。
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