公路隧道排水系统水质高效净化技术研发与应用

公路隧道排水系统水质中存在的有机物可导致排水系统淤堵,同时还对生态环境产生了潜在威胁。在此,本研究在电流背景下构建基于过氧单硫酸盐的类芬顿体系[E/Fe(Ⅲ)/PMS],实现了对公路隧道排水系统中水质中化学需氧量(COD)的高效去除。通过单因素实验探究了电流密度、Fe(Ⅲ)用量、PMS用量、初始溶液pH对于水中COD的影响规律。结果表明,在较低的用电量下(0.43 kWh/m^(3)),30分钟内水中COD下降了95.3%。在阴极的给电子作用下,Fe(Ⅲ)不断被还原为Fe(Ⅱ),实现了持续的Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)氧化还原循环,从而达到了持续活化PMS的效果。电子顺磁共振(EPR)实验证明,在Fe(Ⅱ)的催化下,PMS产生了硫酸根自由基(SO^(-)_(4)·),羟基自由基(HO·)和单线态氧(1 O2)。根据探针实验,计算出SO^(-)_(4)·,HO·和^(1)O_(2)的稳态浓度分别为1.42×10^(-12)M,4.15×10^(-12)M和4.68×10^(-12)M。此外,酸性条件下Fe(Ⅲ)可保持稳定持久的催化活性,同时,通过调高溶液pH和添加重金属捕获剂即可实现对Fe(Ⅲ)的回收。本研究为公路隧道排水系统淤堵和水质净化提供了新的治理思路。

基于高级氧化技术的公路隧道排水系统水质净化

公路隧道排水系统水质中残存的有机物具有水环境危害大、易造成淤堵等特点,对水生物生命与隧道安全造成严重威胁。传统的净化方法对公路隧道排水系统水质中的有机物去除效率较低,需要开发新的水质净化技术。采用超声/过硫酸盐/Fe_(3)O_(4)体系即US/PMS/Fe_(3)O_(4)对公路隧道排水系统的水质进行净化。通过单因素实验,探讨了Fe_(3)O_(4)投加量、PMS投加量、超声功率、初始pH值对水质COD去除的影响。结果表明,US/PMS/Fe_(3)O_(4)对COD的去除作用效果最优,强于PMS/Fe_(3)O_(4)、US/PMS体系;超声与PMS/Fe_(3)O_(4)之间有较好的协同作用,显著增强了COD的去除。超声的空化作用能持续腐蚀Fe_(3)O_(4)表层,促使其持续产生Fe^(2+)释放到溶液中,进而激活过硫酸盐产生大量的硫酸根自由基,高效去除COD。此外,采用自由基捕获实验证实了US/PMS/Fe_(3)O_(4)体系中存在硫酸根自由基、羟基自由基和超氧自由基,其中:硫酸根自由基的贡献率为52.6%、羟基自由基的贡献率为27.8%,硫酸根自由基的贡献较显著。