【精选文章】山东建筑大学：日光/氯氧化体系降解阿特拉津的效能及机理研究

文章来源： 《工业水处理》2023年第5期

第一作者 ：于凡

合作单位 ：山东建筑大学市政与环境工程学院；山东建筑大学资源与环境创新研究院

论文引用 ： 于凡 ，谭凤训 ，罗从伟 ，等 . 日光/氯氧化体系降解阿特拉津的效能及机理研究［J］. 工业水处理，2023，43（5）： 77-84．

以日光/氯作为研究体系，考察了其对典型除草剂阿特拉津（ATZ）的降解效能。研究了初始氧化剂NaClO浓度、pH、阴离子浓度（CO ₃ ^2- /HCO ₃ ^- 和Cl ^- ）、天然有机物（NOM）对ATZ降解的影响。结果表明，在酸性条件下ATZ的降解受到促进作用，这是由于体系中产生的活性成分（O ₃ 、HO·、RCS）会加快体系反应的进行；而在碱性条件下ATZ的降解受到明显抑制作用，阴离子和天然有机物的存在均会抑制ATZ的去除，这主要是由于其与ATZ竞争自由基反应造成的。测定了8种氧化产物，推测ATZ的降解路径主要是通过电子转移反应、夺氢反应和加成反应这3种途径降解。急性毒性实验表明ATZ在降解过程中毒性减小。

在日光/氯降解ATZ的体系中，与直接日光或单独氯化工艺处理相比，日光/氯工艺能有效降解ATZ，去除效率与ClO ⁻ 投加量成正比；日光和各类活性物种O ₃ 、HO•、RCS对降解ATZ的贡献率分别为3.49%，9.48%，46.11%和40.92%；在日光/氯过程中，随着pH的增大，ATZ的kobs逐渐降低；随着HCO ₃ ⁻ 浓度和Cl ⁻ 浓度分别从0增加到10 mmol/L，kobs均逐渐降低；NOM可以通过清除自由基以及对ClO ⁻ 光解的内部过滤作用来抑制ATZ的降解；ATZ通过羟基化、烷基化等反应形成降解产物；ATZ在降解过程的毒性减小。此外，值得持续关注的是，虽然日光/氯体系降解ATZ有较高的效能，但是其出水余氯值是否超过规定标准尚未确定，该工艺体系与后续处理工艺如曝气生物滤池等耦合作用降低系统出水中的余氯量还需要未来进行研究。

本文章采用日光/氯体系代替高级氧化中常见的紫外/氯体系，对该体系降解阿特拉津的效能及机理进行了研究，并对体系中的活性自由基的贡献率做了分析，并利用明亮发光杆菌对降解过程中ATZ的急性毒性变化做了分析。

在农业领域，除草剂的广泛使用严重威胁到了环境安全，尤其是在地表水和地下水中经常能够被检测到，其毒性对动植物都有一定的危害。阿特拉津（ATZ）是一种三嗪类除草剂，即使在水中较低浓度存在条件下，也有致癌作用，对人类的健康构成了巨大的风险。此外，阿特拉津还具有抗微生物降解性、水解速度慢、水溶性低等特点。因此，在常规的水处理技术中很难将ATZ高效降解。

基于紫外线辐射（UV）的高级氧化法（AOPs）能有效降解水中的微污染物，是一种很有前景的水污染治理方法。AOPs降解微污染物的方法是产生羟基自由基（HO•）、硫酸根自由基（SO ₄ • ⁻ ）或活性氯（RCS），均具有较高的标准氧化还原电位。但是基于紫外线的AOPs需要紫外灯进行照射，运行成本高，能源需求大。因此，应该研究能去除有机污染物方便、低成本的技术，如基于太阳辐射的技术。

由于太阳光是自然存在的，可以节省大量的能源，而氯作为一种高效的氧化、消毒剂已广泛应用于饮用水处理，目前在远距离管网输水过程中是不可替代的水处理药剂。

在之前的研究中，研究者利用日光催化氯（日光/氯）高级氧化体系降解了多种有机微污染物，如微囊藻毒素（MC-LR），油砂类污染物（OSPW），卡马西平（CBZ）和降血脂药苯扎贝特（BZF）等，并且与单独太阳辐射或者氯化处理相比都显著提高了污染物的去除率。此外，未反应的氯作为二级消毒剂可在配水系统中提供残留保护。因此近些年日光耦合氯高级氧化体系得到了越来越多的关注，但是对于体系中活性自由基种类与贡献研究的还较少，特别是农药类有机物在该体系中的降解规律与产物还未有报道。

本实验主要对ATZ在日光/氯氧化体系中降解效能和路径开展研究。考察了氧化剂投加量、pH、水中阴离子（CO ₃ ^2- /HCO ₃ ^- 和Cl ^- ）、天然有机物（NOM）等因素对ATZ降解过程的影响，计算了体系中活性成分的降解贡献率，并推测了ATZ的中间转化体和降解路径，评估了ATZ降解过程中的生物毒性变化。

第一作者 ： 于凡，山东建筑大学市政与环境工程学院土木水利专业硕士。E-mail： 。

（ 来源 ：《工业水处理 》 2023年第5期 ）

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本文由丨 工业水处理 丨精编发布

编辑： 霍文敏 ｜审核： 李绍全

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