Degradacija odabranih organskih zagađujućih materija u vodi primenom unapređenih oksidacionih procesa
Degradation of selected organic pollutants in water using advanced oxidation processes
Докторанд
Симетић, ТајанаМентор
Molnar, Jazić, JelenaЧланови комисије
Agbaba, JasminaMolnar, Jazić, Jelena
Rončević, Srđan
Prica, Miljana
Tubić, Aleksandra
Метаподаци
Приказ свих података о дисертацијиСажетак
Cilj ovog rada bio je da se u laboratorijskim uslovima ispitaju efekti unapređenih oksidacionih procesa (eng. advanced oxidation processes, AOPs) zasnovanih na generisanju hidroksil radikala (UV/H2O2 proces) i sulfatnih radikala (UV/S2O82- i UV/HSO5- procesi ili SR-AOPs) na stepen i mehanizam oksidativne degradacije strukturno različitih organskih polutanata 1,2,3- trihlorbenzena (eng. 1,2,3-trichlorobenzene, 1,2,3-TCB) i alahlora u vodi. Dodatno, ispitivan je uticaj reakcionih uslova unapređenih oksidacionih procesa, uticaj vodenog matriksa (npr. prirodne organske materije (POM) i neorganski joni), kao i potencijalna toksičnost sirove i tretirane vode pre i posle AOPs tretmana primenom Vibrio fischeri testa. Ispitivanjem primene direktne UV (eng. Ultraviolet radiation, UV) fotolize zabeležen je veći stepen degradacije alahlora u odnosu na 1,2,3-TCB, što se može pripisati njegovom relativno visokom kvantnom prinosu i molarnom apsorpcionom koeficijentu. U poređenju sa UV fotolizom, zn...atno efikasnija degradacija oba polutanta je postignuta primenom svih ispitivanih AOPs, usled oksidativnog napada visoko reaktivnih slobodnih radikala, HO• i SO4•-, formiranih tokom UV/H2O2, UV/S2O82- i UV/HSO5- procesa, na molekul 1,2,3-TCB i alahlora. Generalno, UV/S2O82- proces se pokazao kao najefikasniji za razgradnju oba polutanta u sintetičkim vodenim matriksima obogaćenim huminskim kiselinama (eng. humic acids, HA) i hidrogenkarbonatima, što se može pripisati većoj selektivnosti SO4•- u odnosu na HO• radikale prema organskom supstratu. Brzina razgradnje 1,2,3-TCB i alahlora primenom AOPs opada sa porastom početne koncentracije huminske kiseline (2-12 mg C/l DOC) i xidrogenkarbonata (100-500 mg/l) u vodi, pri čemu konstanta brzine egradacije pseudo-prvog reda (k vrednost) opada u sledećem nizu u odnosu na proces: UV/S2O82- ˃ UV/HSO5- ˃ UV/H2O2. Poređenjem sa rezultatima dobijenim u ultračistoj dejonizovanoj vodi, zapaža se da su obe ispitivane vrste ispoljile efekat „hvatača“ slobodnih radikala tokom ispitivanih AOPs. U sintetičkom vodenom matriksu, zabeležen je veći inhibitorni efekat huminskih kiselina u poređenju sa hidrogenkarbonatima na razgradnju 1,2,3-TCB i alahlora primenom AOPs. Utvrđena je dobra korelacija između početne koncentracije HA i vrednosti za konstante brzine degradacije pseudo-prvog reda i koncentracije hidrogenkarbonata i k vrednosti za ispitivane polutante (R2=0,92-0,99). Najefikasnija razgradnja 1,2,3-TCB (do 99%) unapređenim oksidacionim procesima postignuta je primenom veće koncentracije oksidanata vodonik peroksida, persulfata (PS) ili peroksimonosulfata (PMS) (0,3 mM), dok je visok stepen razgradnje alahlora (>90%) zabeležen i u slučaju primene niže koncentracije oksidanata (0,03 mM) i doze UV zračenja od 1400 mJ/cm2, sa izuzetkom matriksa sa najvećom koncentracijom HA (maksimalno 75-85% razgradnje ispitivanih polutanata). Utvrđeno je da stepen razgradnje ispitivanih polutanata u prirodnim vodenim matriksima primenom UV/H2O2 i UV/S2O82- procesa opada sa porastom pH (5-9,5), dok primenom UV/HSO5- procesa raste u ispitivanom opsegu pH. U opsegu pH 5-7 najefikasnija oksidativna razgradnja 1,2,3-TCB u prirodnim vodama (˃95%) postignuta je primenom UV/H2O2 procesa, odn. UV/S2O82- procesa u slučaju alahlora, dok je u baznoj sredini najefikasnija razgradnja oba polutanta zabeležena primenom UV/HSO5- procesa. U slučaju tretmana podzemne vode, koju karakteriše veći sadržaj POM hidrofobnije prirode i veći alkalitet u odnosu na površinsku vodu, uočen je izraženiji inhibitorni efekat na razgradnju oba polutanta primenom ispitivanih AOPs. Brzina razgradnje 1,2,3-TCB u prirodnim matriksima opada sledećim nizom: UV/H2O2 ˃ UV/HSO5- ˃ UV/S2O82- (pH 5-7), odnosno: UV/HSO5- ˃ UV/H2O2 ˃ UV/S2O82- u baznoj sredini (pH 9,5). S druge strane, brzina razgradnje alahlora je opadala sledećim trendom: UV/S2O82- ˃ UV/H2O2 ˃ UV/HSO5- na pH 5, odnosno: UV/HSO5-˃ UV/S2O82- ˃ UV/H2O2 na pH 8-9,5. Evaluiranjem eksperimentalnih rezultata primenom analize glavnih komponenti utvrđeno je da na razgradnju 1,2,3-TCB u prirodnim vodama nešto značajniji uticaj ima početna koncentracija primenjenih oksidanata u odnosu na dozu UV zračenja i početnu pH vrednost. Uticaj procesnih parametara na oksidativnu razgradnju alahlora je nešto izraženiji u podzemnoj u odnosu na površinsku vodu, pri čemu pH vredost ima najveći uticaj na stepen razgradnje.Razvijeni su i predloženi prediktivni modeli za razgradnju 1,2,3-TCB i alahlora u prirodnim vodama, koji omogućavaju predviđanje efikasnosti razgradnje organskih polutanta (%) uzimajući u obzir promenljive (TOC, alkalitet, koncentracija oksidanata, pH, doza UV zračenja) u ispitivanom opsegu procesnih i parametara kvaliteta voda. Predložen je mehanizam razgradnje 1,2,3-TCB i alahlora, kao i POM prisutnih u ispitivanim odama, u prisustvu različitih oksidacionih vrsta generisanih tokom OPs.Oksidativna razgradnja 1,2,3-TCB se odvija preko 2,3,4- trihlorfenola kao intermedijera, koji se tokom tretmana razgrađuje do karboksilnih kiselina (sirćetna, oksalna, maleinska i fumarna), kao krajnjih oksidacionih produkata. Oksidativna razgradnja alahlora obuhvata raskidanje i odvajanje N-metoksimetil i N- loracetil grupa, oksidaciju arilne etil grupe, ciklizaciju i raskidanje veza u benzenovom prstenu do karboksilnih kiselina (sirćetna, propionska i oksalna), kao krajnjih produkata. Fotorazgradnjom POM smanjen je sadržaj ukupnog organskog ugljenika za oko 40% u površinskoj, odn. oko 20% u podzemnoj vodi (pH 9,5). Najveći sadržaj aldehida je zabeležen u vodi tretiranoj UV/H2O2