Show simple item record

The influence of oxidation processes based on ozone, hydrogen peroxide and UV irradiation on the content and reactivity of natural organic matter in water

dc.contributor.advisorAgbaba, Jasmina
dc.contributor.otherTubić, Aleksandra
dc.contributor.otherAgbaba, Jasmina
dc.contributor.otherMolnar-Jazić, Jelena
dc.contributor.otherRažić, Slavica
dc.contributor.otherPanić, Sanja
dc.creatorPetronijević, Mirjana
dc.date.accessioned2019-09-27T10:52:35Z
dc.date.available2019-09-27T10:52:35Z
dc.date.available2020-07-03T13:40:08Z
dc.date.issued2019-08-28
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/DownloadFileServlet/Disertacija15577503011967.pdf?controlNumber=(BISIS)110672&fileName=15577503011967.pdf&id=12856&source=NaRDuS&language=srsr
dc.identifier.urihttp://nardus.mpn.gov.rs/handle/123456789/11378
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/record.jsf?recordId=110672&source=NaRDuS&language=srsr
dc.identifier.urihttps://www.cris.uns.ac.rs/DownloadFileServlet/IzvestajKomisije155775032905391.pdf?controlNumber=(BISIS)110672&fileName=155775032905391.pdf&id=12857&source=NaRDuS&language=srsr
dc.description.abstractCilj  istraživanja  u  okviru  ove  doktorske  disertacije  je  utvrđivanje  efekata  različitih oksidacionih procesa na bazi ozona, vodonik-peroksida i UV zračenja na sadržaj i reaktivnost prirodnih  organskih  materija  (POM)  u  različitim  vodenim  matriksima.  Ispitivanja  su sprovedena  na  a)  podzemnoj  vodi  sa  teritorije  Kikinde  i  Temerina  (prirodni  matriks)  i  b) sintetičkom  vodenom  matriksu  (rastvoru  komercijalno  dostupne  huminske  kiseline),  koji  se među sobom razlikuju po sastavu i strukturi prisutne POM i sadržaju bromida. Za oksidacioni proces  (ozonizacija,  UV  fotoliza,  oksidacija  sa  H 2O2,  kombinovani  O 3 /UV  proces  i kombinovani  H 2O2 /UV  proces)  pojedinačno  ispitan  je  uticaj  različitih  doza  oksidanata  i reakcionih  uslova.Posebna  pažnja  posvećena  je  ispitivanju  uticaja  navedenih  tretmana  na formiranje  neorganskog  bromata,  kao  i  uticaja  na  sadržaj  prekursora   dezinfekcionih nusproizvoda nakon hlorisanja (THM, HAA, HAN, HK i CP). Analiza  hemijskih  parametara  sintetičkog  matriksa  (5,44±0,30  mg  C/l; 0,255±0,015 cm -1 ;  4,68±0,41  lm -1 mg -1 )  pokazuje  da  u  njemu  preovladavaju  huminnske materije  visoke  hidrofobnosti.  Visok  sadržaj  POM  pretežno  hidrofobnog  karaktera  je zabeležen i u vodi iz Kikinde (5,170,72 mg C/l; 0,2010,001 cm   -1   ; 3,88±0,70 lm  -1  mg -1 ), dok je  sadrža j  POM  u  sirovoj  vodi  iz  Temerina  (2,060,38  mg  C/l;  0,0500,001  cm   -1    ; 2,43±0,21 lm  -1  mg -1    ) značajno niži i preovladavaju POM hidrofilnog karaktera. Veći stepen hidrofobnosti sintetičkog matriksa u poređenju sa  prirodnim matriksima, rezultovao  je  i  većom  reaktivnosti  organske  materije  sa  hlorom,  što  se  može  zaključiti  na osnovu visokih vrednosti PFDBP nakon hlorisanja. Vrednost PFTHM u sintetičkom matriksu iznosi  544±85,9  µg/l,  dok  je  PFTHM  u  kikindskoj  i  temerinskoj  sirovoj  vodi  znatno  niži (279±32,3  i  180±44,0  µg/l,  respektivno).  Vrednost  PFHAA  u  sintetičkom  matriksu  iznosi 484±77,5 µg/l, dok je PFHAA u kikindskoj 244±11,1 µg/l i u temerinskoj vodi 165±32,5 µg/l. Sadržaj  HK  (8,05±3,63  µg/l  sintetički  matriks;  14,91,38  µg/l  Kikinda;  7,400,25  µg/l Temerin)  je  znatno  niži  u  poređenju  sa  prekursorima  THM  i  HAA,  dok  prekursori  HAN  i hlorpikrina  nisu  detektovani  u  sirovoj  vodi.  Nusproizvodi  koji  se  dominantno  formiraju  u svim  ispitivanim  vodenim  matriksima  su  hlorovani  THM  i  HAA,  dok  se  bromovani  DBPformiraju u znatno nižim koncentracijama. Zastupljenost bromovanih DBP u temerinskoj vodi je  znatno  veći  u  poređenju  sa  vodom  iz  Kikinde,  kao  rezultat  prisustva  veće  koncentracije bromida u sirovoj vodi (0,05±0,01 mg Br -/l Temerin; 0,03±0,01 mg Br -/l Kikinda). Ispitivanjem  uticaja  oksidacionih  procesa  (UV  fotolize,  ozonizacije,  oksidacije vodonik-peroksidom)  na  sadržaj  i  reaktivnost  POM  u  ispitivanim  vodenim  matriksima utvrđeno  je  da  tretman  vode  UV  zračenjem  i  vodonik-peroksidom,  kada  se  primenjuju  kao samostalan  tretman,  ne  pokazuju  značajnu  efikasnost  u  smanjenju  sadržaja  POM.Tretman vode  ozonom  se  pokazao  kao  veoma  efikasan  u  uklanjanju  POM  i  u  smanjenju  sadržaja prekursora  DBP  kod  svih  ispitivanih  vodenih  matriksa,  kao  rezultat  smanjenja  reaktivnosti POM  ka  formiranju  ovih  DBP.  Smanjenje  sadržaja  POM  u  vodi  tokom  tretmana  raste  sa povećanjem  primenjene  doze  ozona,  pri  čemu  se  najbolji  rezultati  postižu  pri  najvećoj primenjenoj  dozi  od  3,0  mg  O 3/mg  DOC  (do  32%  DOC,  92%  UV254 sintetički  matriks;  do 17%  DOC,  76%  UV 254  Kikinda;  do  15%  DOC  i  66%  UV254    Temerin).  U  sintetičkom matriksu  najveće  smanjenje  PFTHM  (za  76%)  i  PFHAA  (za  80%)  u  odnosu  na  sadržaj  u sirovoj vodi se postiže pri dozi od 1,0  mg O3 /mg DOC. Najveće smanjenje PFTHM (za 38%) i PFHAA (za 42%) u vodi iz Kikinde postiže se pri dozi od 3,0 mg O 3 /mg DOC. U vodi iz Temerina najveće smanjenje PFTHM (za  27%) je pri dozi od 3,0 mg O 3 /mg DOC, dok se za smnjenje  PFHAA  (za  54%)  najbolje  pokazala  doza  od  1,0  mg  O 3 /mg  DOC.  Sadržaj prekursora  HK  i  HAN  (temerinska  voda)  je  veoma  nizak  nakon  tretmana.  Tretman  vode ozonom  vodi  ka  formiranju  DBP  sa  više   supstituisanih  atoma  broma,  dok  u  vodama  sa srednjim sadržajem bromida (50 µg Br -/l) dovodi do formiranja bromata. Kombinacijom  ozonizacije  sa  UV  zračenjem  se  značajno  može  pospešiti  efiksnost uklanjanja  POM  postignuta  primenom  samostalne  ozonizacije.  Najveće  smanjenje  sadržaja POM u  sintetičkom matriksu (za 85% DOC, 98% UV254 i 87% SUVA), u vodi iz Kikinde (za 23% DOC, 83% UV 254, 77% SUVA), i vodi iz Temerina (za 15% DOC, 80% UV 254 i 75% SUVA), u odnosu na vrednosti u netretiranoj vodi postignuto je pri najvećoj primenjenoj dozi od  3,0  mg  O 3 /mg  DOC  i  6000  mJ/cm 2 .  Efikasnost  procesa  raste  u  vodama  u  kojima preovladavaju  POM  veće  hidrofobnosti.  MeĎutim,  iako  se  O 3 /UV  procesom  postiže  visok stepen  smanjenja  PFTHM  u  sintetičkom  matriksu  se  najbolje  pokazao  tretman  ozonom (1,0 mg  O3/mg  DOC),  dok  se  najveće  smanjenje  PFHAA  (82%)  postiže  pri  dozi  ozona  od 1,0 mg O3/mg DOC i UV zračenja od 6000 mJ/cm 2 . U vodi iz Kikinde se PFTHM smanjuje za 50% pri dozi od 3,0 mg O 3/mg DOC i 6000 mJ/cm 2 , dok se u slučaju uklanjanja prekursora HAA  ozonizacija  pokazala  kao  superiorniji  proces.  U  vodi  iz  Temerina  se  u  pogledu uklanjanja  prekursora  THM  i  HAA  ozonizacija  pokazala  kao  optimalan  proces.  Visok alkalitet  prirodnih  voda  inhibira  radikalski  mehanizam  u  toku  AOP  i  favorizuje  oksidaciju POM molekulskim ozonom.  Prekursori HK se formiraju u  veoma niskim koncentracijama i njihov sadržaj ne varira značajno tokom tretmana. U prirodnim matriksima tokom AOP pri dozi  ozona  od  3,0 mg  O3 /mg  DOC  dolazi  do  formiranja  HAN,  međutim,  nije  uočen  jasan trend  sa  povećanjem  doze  UV  zračenja.  Tretman  doprinosi  formiranju  bromovanih  vrsta THM,  dok  se  tokom  AOP  pri  najvećoj  dozi  ozona  od  3,0 mg  O3 /mg  DOC  formiraju bromovani HAN. Najveće  smanjenje  sadržaja  POM  primenom  kombinacije  oksidacije  sa  H 2O2 i  UV zračenja u sintetičkom matriksu (za do 17% DOC, 70% UV 254 ), u vodi iz Kikinde (za do 22% DOC, 53% UV254), i vodi iz Temerina (za do 7% DOC, 68% UV 254 ), u odnosu na vrednosti u sirovoj vodi, se postižu pri dozi H 2O2 i UV zračenja od 3,0 mg H2O2/mg DOC i 6000 mJ/cm 2 . Najveće  smanjenje  PFTHM  od  54%  u  sintetičkom  matriksu  se  postiže  pri  dozi  od 0 mg H2O2/mg DOC i 6000 mJ/cm 2 ,  dok se smanjenje PFHAA (za 35%)  postiže primenom doze vodonik-peroksida i UV zračenja od 1,0 mg H 2O2 /mg  DOC i 3000 mJ/cm 2 . U vodi izKikinde  H2O2 /UV  proces  ne  utiče  značajno  na  sadržaj  prekursora  THM,  dok  se  najveće smanjenje  PFHAA  (za  35%)  postiže  pri  dozi  od  3,0  mg  H  2 O2/mg  DOC  i  600  mJ/cm 2 .H 2 O2 /UV  proces  dovodi  do  smanjenja  PFTHM  u  Temerinskoj  vodi  za  74%  pri  dozi  od 3,0 mg H2O2/mg DOC i 600 mJ/c m 2 ,  dok primenjeni tretman ne pokazuje značajan uticaj na PFHAA.  Prekursori HK su detektovani u sintetičkom matriksu i temerinskoj vodi u niskim koncentracijama.  U  temerinskoj  vodi  nakon  AOP  pri  dozi  vodonik-peroksida  od 3,0 mg H2O2 /mg DOC dolazi  do formiranja HAN i hlorpikrina. Primenjeni tretman vodi ka formiranju bromovanih DBP. Svi rezultati dobijeni u toku istraživanja ukazuju na neophodnost optimizacije procesa u  tretmanu  ispitivanih  vodenih  matriksa  i  određivanja  optimalnog  procesa uzimajući  u  obzir karakteristika  sirove  vode  i  efikasnost  koja  se  želi  postići.Kombinacijom  dva  i  više konvencionalnih  tretmana  i  optimizacijom  reakcionih  uslova  može  se  postići  visoka efikasnost uklanjanja POM, kao i ciljano uklanjanje prekursorskog materijala odabranih DBP, međutim  tretman  vode  ozonom  pri  dozi  od  1,0 mg  O3 /mg  DOC  se  pokazao  kao  optimalan proces.sr
dc.description.abstractThe aim of the research  of  this  PhD thesis  was  to determine the effects of various oxidation processes based on ozone, hydrogen peroxide and UV irradiation on the content and reactivity of natural organic matter  (NOM)  in different water matrices. The  tests were carried out  on  a)  groundwater  from  the  territory  of  Kikinda  and  Temerin  (natural  matrix)  and  b) synthetic aqueous matrix (solution of commercially available humic  acid), which differ in the composition  and  structure  of  NOM  present  and  the  content  of  bromide.  For  the  oxidation process  (ozonation,  UV  photolysis,  oxidation  with  H 2O2 ,  combined  O 3 /UV  process  and combined  H 2O2 /UV  process),  the  influence  of  different  doses  of  oxidants  and  reaction conditions  was  examined  individually.  Particular  attention  was  paid  to  the  influence  of  the above treatment on the formation of inorganic bromate, as well as the effect on the content of precursors of disinfectant by-products after chlorination (THM, HAA, HAN, HK and CP).Analysis  of  the  chemical  parameters  of  the  synthetic  matrix  (5.44±0.30  mg  C/L; 0.255±0.015 cm -1 ;  4.68±0.41  lm -1 mg -1 )  shows  that  the  high-hydrophobic  humic  compounds predominate in this water. Also, high NOM content of predominantly hydrophobic character was recorded in Kikinda water (5.170.72 mg C/L; 0.2010.001 cm -1 ;  3.88±0.70 lm -1 mg -1 ), while  NOM  content  in  raw  water  from  Temerin  (2.060.38  mg  C/L;  0.0500.001  cm -1 ; 2.43±0.21 lm -1 mg -1 ) significantly lower and predominate NOM of hydrophilic character. A higher degree of hydrophobicity of the synthetic matrix in comparison with  natural matrices, resulted in higher reactivity of organic matter with chlorine, which can be concluded on  the  basis  of  high  PFDBP  values  after  chlorination.  The  PFTHM  value  in  the  synthetic matrix  was  544±85.9 µg/L, while the PFTHM in the raw waters from Kikinda and Temerin was  significantly  lower  (279±32.3  and  180±44.0  µg/L,  respectively).  The  PFHAA  value  in the  synthetic  matrix  was  484±77.5  µg/L,  while  PFHAA  in  the  Kikinda  water  was 223 244±11.1 µg/L  and in  the  Temerin  water  was  165±32.5 µg/L.  The content of  precursors of HK  (8.05±3.63  µg/L  synthetic  matrix;  14.91.38  µg/L  Kikinda;  7.400.25  µg/L  Temerin) was  significantly  lower  compared  to  precursors  of  THMs  and  HAAs,  while  precursors  of HANs  and  chloropicrin  were  not  detected  in  raw  water.  The  by- products  that  were predominantly  formed  in  all  the  tested  water  matrices  were  chlorinated  THMs  and  HAAs, while the brominated DBPs  were  formed at substantially lower concentrations. The presence of  brominated DBPs  in  Temerine  water  were  significantly higher compared to Kikinda water as  a  result  of  the  presence  of  higher  bromide  content  in  raw  water  (0.05±0.01  mg  Br -/L Temerin; 0.03±0.01 mg Br -/L Kikinda). By  examining  the  influence  of  oxidation  processes  (UV  photolysis,  ozonation,hydrogen  peroxide  oxidation)  on  the  content  and  reactivity  of  NOM  in  the  tested  water matrix, it was  found that the UV  irradiation and  treatment by  hydrogen peroxide, when used as an independent treatment, did  not show significant efficacy in reducing the  NOM content. Water treatment by ozone  proved to be very effective in eliminating  NOM and reducing the content of DBP precursors in all tested water  matrices, as a result of the reduction of  NOM reactivity   to  the  formation  of  these  DBPs.  Reduction  of  NOM  content  in  water  during treatment increased  with increasing the applied dose of ozone, with the best results achieved at the highest dosage of  3.0 mg O 3/mg DOC  (up to 32% DOC, 92% UV 254  synthetic matrix, up  to  17%  DOC,  76%  UV 254 Kikinda,  up  to  15%  DOC  and  66%  UV254 Temerin).  In  the synthetic  matrix the highest reduction  in  PFTHM (76%) and PFHAA (by 80%)  compared to raw water content  was  achieved at a dosage  of 1.0 mg O 3/mg DOC. The highest reduction in PFTHM  (38%)  and  PFHAA  (42%)  in  Kikinda  water  was  achieved  at  a  dose  of 3.0 mg O3 /mg DOC. In Temerin water, the highest reduction in PFTHM (27%) was at a dose of  3.0 mg O 3/mg DOC, while the dose of 1.0  mg O3 /mg  DOC  was best shown for removing PFHAA (by 54%). The content of the precursors of HKs and HANs (Temerin water) was very low  after  treatment.  Water  treatment  by  ozone  led  to  the  formation  of  DBPs  with  more substituted bromine atoms, while in waters with a mean bromide content (50 μg Br -/L) led  to bromate formation.Combination of ozonation with UV irradiation can greatly accelerate the effectiveness of  NOM  removal  achieved  by  the  use  of  ozonation  alone.  The  highest  reduction  in  NOM content in the synthetic matrix (by 85% DOC, 98% UV 254 and 87% SUVA), in Kikinda water (by 23%  DOC, 83% UV 254 , 77% SUVA) and water from Temerin (by 15% DOC, 80% UV 254 and 75% SUVA), compared to the values in  raw  water, was achieved at the highest  dose of 3.0  mg  O 3 /mg  DOC  and  6000  mJ/cm 2 .  The  efficiency  of  the  process  was  growing  in  the waters where NOM predominates of hydrophobicity. Although the O 3 /UV process achieved a high  degree  of  reduction  in  PFTHM  in  the  synthetic  matrix  the  ozonation (1.0 mg O3 /mg DOC)  was  proved  as  more  efficient,  while  the  highest  reduction  in  PFHAA (82%)  was  achieved  at  a  ozone  dose  of  1.0  mg  O 3/mg  DOC  and  UV  irradiation  of 6000 mJ/cm 2 . In the water from Temerin,  in case to removal of precursors of THM and HAA, ozonation  was proved  to be an optimal process. High alkalinity of natural waters  inhibits the radical   mechanism  during  AOP  and  favors  NOM  oxidation  with  molecular  ozone.  HKs precursors were formed at very low concentrations and their content did not vary significantly during  the  treatment.  In  natural  matrices  during  the  AOP  at  a  ozone   dose  of 3.0 mg O3 /mgDOC, HANs  were  formed, however, there  was  no clear trend with increasing UV irradiation. The treatment contributed to the formation of brominated THM species, while during  the  AOPs,  brominated  HANs  were  formed  at  the  maximum  dose  of  ozone  of 3.0 mg O3/mg DOC. 224 The largest decrease in  NOM content by the combination of oxidation with H2O2 and UV irradiation in the synthetic matrix (for up to 17% DOC, 70% UV 254 ), in Kikinda water (up to 22% DOC, 53% UV 254), and water from Temerin  (7% DOC, 68% UV 254 ), compared  to the values  in  raw  water,  were  obtained  at  a  dose  of  H 2O2 and  UV  irradiation  of 3.0 mg O3 /mg DOC  and 6000 mJ/cm 2 . The highest PFTHM reduction of 54% in the  synthetic matrix was achieved at a dosage of 1.0 mg H2O2/mg DOC and 6000 mJ/cm 2 , while a decrease in  PFHAA  (35%)  was  achieved  using  a  dose  of  hydrogen  peroxide  and  UV  irradiation  of 1.0 mg H2O2/mg DOC and 3000 mJ/cm 2 . In the water from Kikinda, the H2O2 /UV process did not significantly affect on the THM precursors content, while the highest reduction in PFHAA (35%)  was  achieved  at  a  dose  of  3.0  mg  H2O2/mg  DOC  and  600  mJ/cm 2 .  The  H 2O2 /UV process  led  to  a  decrease  in  PFTHM  in  the  Temerin  water  by  74%  at  a  dose  of 3.0 mg  2O2 /mg  DOC  and  600  mJ/cm 2 ,  whereas  the  treatment  applied  had  no  significant effect on PFHAA. HKs precursors were detected in synthetic matrix and the Temerin water at low  concentrations.  In  the  water  after  the  AOP  at  a  dose  of  3.0  mg  H 2O2 /mg  DOC  of hydrogen  peroxide,  HANs  and  chloropicrin  were  formed.  The  applied  treatment  led  to  the formation of brominated DBPs. All the results obtained during the research indicate the necessity of optimization  the process  in  the  treatment  of  the  examined  water  matrices  and  determination  of  the  optimal process taking into account the characteristics of  raw water and the efficiency to be achieved. By combining two or more conventional treatments and optimizing the reaction conditions, high  NOM removal efficiency can be achieved, as well as removal of the  targeted  precursor material  of  the  selected  DBPs,  but  the  treatment  of  ozone  water  at  a  dose  of 1.0 mg O3 /mg DOC was proved to be an optimal process.en
dc.languagesr (latin script)
dc.publisherУниверзитет у Новом Саду, Природно-математички факултетsr
dc.relationinfo:eu-repo/grantAgreement/MESTD/Basic Research (BR or ON)/172059/RS//
dc.rightsopenAccessen
dc.sourceУниверзитет у Новом Садуsr
dc.subjectvoda za pićesr
dc.subjectdrinking wateren
dc.subjectnatural organic matteren
dc.subjectoxidation by-productsen
dc.subjectadvanced oxidation processesen
dc.subjectO3/UV processen
dc.subjectH2O2/UV processen
dc.subjecthealth effect.en
dc.subjectprirodne organske materijesr
dc.subjectnusproizvodi oksidacijesr
dc.subjectunapređeni oksidacioni tretmanisr
dc.subjectO3/UV processr
dc.subjectH 2O2 3/UV processr
dc.subjectuticaj na zdravlje.sr
dc.titleUticaj oksidacionih procesa na bazi ozona, vodonik-peroksida i UV zračenja na sadržaj i reaktivnost prirodnih organskih materija u vodisr
dc.title.alternativeThe influence of oxidation processes based on ozone, hydrogen peroxide and UV irradiation on the content and reactivity of natural organic matter in wateren
dc.typedoctoralThesissr
dc.rights.licenseBY-NC-ND
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/37283/IzvestajKomisije.pdf
dc.identifier.fulltexthttp://nardus.mpn.gov.rs/bitstream/id/37282/Disertacija.pdf


Files in this item

Thumbnail
Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record