应用光催化技术削减实际废水毒性的评论性综述外文翻译资料

 2022-08-06 09:08

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附录一 中文译文

应用光催化技术削减实际废水毒性的评论性综述

Juan Joseacute; Rueda-Marquez a, *, Irina Levchuk b, Pilar Fernaacute;ndez Iban~ez c, Mika Sillanpaeuro;aeuro; a

a拉彭兰塔理工大学绿色化学的实验室,Sammonkatu 12,50130,米凯利,芬兰(出于安全和材料技术,TUMA创新中心)

b水和污水处理工程研究小组,工程,阿尔托大学的学校,邮政信箱15200,FI-00076,阿尔托,芬兰

c北爱尔兰阿尔斯特大学工程学院纳米技术与综合生物工程中心,英国BT37 0QB

摘要:广泛研究了高级氧化过程(AOPs),例如光催化,以降解新兴关注的污染物(CECs)中的有机污染物。但是,有机污染物的降解会导致副产物的形成,其副产物的毒性可能大于母体污染物。通过光催化处理的废水的毒性是一个热门话题。在这篇综述文章中,对有关实际工业和城市废水的光催化解毒的最新研究进行了总结和讨论。考虑了诸如光催化废水脱毒应用的挑战,各种毒性试验的可行性,光催化剂的重复使用,成本估算等问题。根据文献综述,从应用的角度来看,光催化可能并不总是一种有前途的处理方法,用于降解实际废水中的有机污染物和(或)废水中的毒素。

关键词:实际废水;光催化;高级氧化工艺(AOP)毒性;生物测定

1 简介

药品,个人护理产品,内分泌干扰化合物,农药,多环芳烃(PAHs),多氯联苯(PCBs和其他引起关注的污染物)在工业和市政废水中的痕量浓度较高(Lara-Martiacute;n等,2014; Pintado -Herrera et al。,2014)。废水处理厂不能完全消除新兴关注的污染物,从而将其排放到接收环境中(Gracia-Lor等,2012)。这些污染物甚至在水体中的痕量浓度都对水生生物产生负面影响(Franccedil;ois等,2015; Quinn等,2009,2011)。高级氧化工艺(AOPs)是从废水中去除新出现的污染物的有前途的方法。 在AOPs中,光催化被广泛用于废水处理。因此,在过去的十年中,发表了超过16,000篇包含“光催化”或“光催化剂”的科学论文(Scopus),并且每年出版物的数量都在增加。这些数据不足为奇,因为半导体的光催化性能被研究用于废水处理,表面具有自清洁和防雾性能(Li and He, 2013),室外空气的净化,室内空气除臭,癌症治疗等(Rao etal.)。, 2003)。等。图1显示了致力于光催化废水净化和脱毒的科学出版物的数量。众所周知,在水中目标污染物的光催化分解过程中,可能会产生更多有毒的副产物。因此,对处理后的废水进行毒性评价具有十分重要的意义。其中,还有许多研究调查了模型污染物的光催化降解及其TPs(转化产物)的毒性。然而,这些研究并不能代表工业或城市废水的真实情况,因为它们使用的污染物浓度比实际情况要高。在这篇综述中,仅考虑了对真实废水(城市或工业废水)的解毒研究。相比之下,所有侧重于在模型溶液中通过光催化降低毒性的研究均未纳入本评价。这项工作的目的是系统化和分析通过光催化对实际工业和市政废水(IWW和MWW)进行脱毒的研究结果,并对其毒性产生影响(见表1)。

2 方法

本文献综述中采用的方法包括鉴定相关研究,并准备针对与本综述范围相关的选定文献准备的一系列问题。检索Science Direct、Scopus、谷歌Scholar和NCBI数据库,检索关键词:“光催化”、“毒性”、“生物测定法”、“废水”。之后,人工检查生成的文献清单(阅读材料,方法和结果)以排除研究,其中(i)不使用真实或合成废水;(ii)未进行光催化处理前后废水的毒性评估。而且,没有考虑文献综述。应当注意,本评论仅包括2009年至2019年期间发表的相关文章。此外,在筛选其他研究期间发现的相关研究在文献鉴定步骤中也包括在列表中。文献检索仅限于在同行评审期刊上以英语发表的文章。以其他语言出版的报告以及书籍不包括在文献检索范围内。

通过使用以下所示的问题清单提取相关信息,对准备好的科学文章清单进行了批判性分析:

  • 使用了哪种类型的光催化纳米颗粒?
  • 是否研究了光催化剂中离子的释放?
  • 从处理后的废水中分离光催化纳米颗粒(如果使用了这些颗粒)的问题是否得到解决?
  • 使用了哪种类型的光催化薄膜?
  • 是否研究了纳米粒子与薄膜的分离?
  • 使用了哪种类型的废水?
  • 哪种辐照源用于光催化废水处理?
  • 是否在光催化处理之前进行了废水预处理(例如pH调节)?
  • 进行了哪种类型的毒性测试?
  • 在废水的光催化处理过程中是否进行了毒性评估?
  • 进行的实验规模是多少?
  • 是否有辐射源的强度?
  • 治疗时间是否切合实际,适用于实际情况?
  • 是否比较了毒性试验的敏感性?
  • 光催化剂再利用的问题是否得到解决?

图 1每年在文章标题或文章关键词(蓝色)中包含关键词(Scopus)的科学出版物数量:“光催化”,“废水”和“毒性”。 使用实际废水基质的物品数量(橙色)。(对于本图例中颜色引用的解释,读者可参考本文的Web版本。)

表 1毒性生物测定法可用于评估光催化,光催化臭氧化和基于光催化的AOP后的废水解毒。

AOP流程和参考

实验条件

水的类型

毒性评估

主要成果

TiO2光催(Talwar等人,2018年)

实验室规模(UVC 20 W / m2;商业TiO2(Degussa)

最佳条件:TiO2 0.6 g / L,pH 3.2,时间455分钟

真正的制药行业WW。COD 12425 mg / L; BOD 1727 mg / L; pH 5.8;TDS 1600 mg / L; TSS 3180 mg / L; TS 4780 mg / L; BOD5 /COD 0.178。

大肠杆菌DH-a菌株(Kirby-Bauer方法

通过毒性评价表明,光催化处理的制药废水无毒。

TiO2光催化(Degussa P25)Jallouli等人。 (2018年)

实验室规模(UVA-LED 375 W / m2; TiO2

最佳条件:市政和制药废水的天然pH和TiO2负载量为2.5 g / L

布洛芬(6 mg / L,6 mg / L或213 mg / L)加标的市政污水处理:DOC 215 mg / L; pH值7.3;电导率610 mS / cm。

还使用了制药业的WW:DOC 170 mg / L;pH 7.9;电导率3770 mS / cm;布洛芬浓度为213 mg / L。

费氏弧菌

市政费氏弧菌生物发光抑制率

(用213 mg / L布洛芬加标)和光催化作用前的药物WW分别为78.3%、73.9%。经过240分钟(最佳条件)后,两种类型的水的毒性均显着降低,相应地,市政和制药用水的抑制率分别为40.8%、30.3%。

TiO2光催化(Vela 等人,2018年)

中试规模(CPC工厂;商用TiO2:Degussa P25和Krono vlp 7000)。

最佳条件:TiO2 200 mg / L和Na2S2O8 250 mg / L。

污水WW流出物掺有马拉硫磷,fenotrothion,喹硫磷,乙烯菌核利,乐果,邻苯二甲酸双氯苯嘧(每份0.3 mg / L)。 COD 33.1 mg / L; DOC 10.8 mg / L;BOD5 5 mg / L; SS 3.6 mg / L; 浊度1.1 UNT; pH 7.2。

费氏弧菌

抑制费氏弧菌的初始值(60%,未处理的废水)在240分钟后降至27plusmn;6%(用vlp 7000处理后)和15plusmn;4%(经P25处理后)。对于两种光催化剂,在约90分钟的处理后观察到毒性显着增加,这与一些稳定的中间体的产生有关。

TiO2光催化(Saverini等人,2012年)

实验室规模(到达溶液(320-390 nm)的MP灯照射强度)10 mW / cm2

TiO2:Degussa P25

最佳条件:TiO2 0.4 g / L,

柑桔转化工厂处理过的WW用于光催化实验TOC 21 mg / L。

Ames试验(鼠伤寒沙门氏菌TA100株),V79中国仓鼠细胞的活力和彗星试验

两种类型的WW都观察到高水平的遗传毒性(在用活性污泥处理之前和之后)。 彗星的结果分析表明,有30%的V79细胞(用100 mL废水)被损坏。 鼠伤寒沙门氏菌暴露于光催化试验2h内收集的水样中表明遗传毒性水平相对较高,在光催化2h后明显降低。

TiO2涂层砂(He

等人,2016年)

实验室秤(氙气灯159 lux)

最佳条件:水柱深度0.1 m,辐照96 h。

城市污水处理厂的废水中加有PhAC(普萘洛尔,双氯芬酸,卡马西平,布洛芬,各自浓度为5 mg / L)。BOD 6 mg/L; COD 35.2 mg/L; DOC 12.2 mg/L; pH 7.3.。

假单胞菌,鱼腥藻和费氏弧菌

掺入的PhAC会抑制所有测试微生物的生长,其中,绿藻最敏感(处理前抑制率几乎为100%)。处理96小时后,绿藻的生长抑制率从几乎100%-60%下降。 对于蓝绿藻,观察到了明显的毒性下降(从生长抑制的70%下降-20%)。治疗期间和治疗后未观察到费氏弧菌生长抑制的显着变化。

水滑石和氧化铁修饰的TiO2和TiO2的光催化(HT / Fe /TiO2)Arcanjo等(2018)

实验室规模(汞蒸气灯;TiO2和(HT /Fe/TiO2)。

最佳条件:TiO2(2 g / L,pH 4)和(HT / Fe/TiO2)(2 g / L,pH 10)

纺织厂的废水(二级)。 COD 78 mg / L; DOC 25.7mg / L; 浊度15 TU; pH值9;电导率1608 mS / cm。

Daphnia similis水蚤

基于D. similis获得的结果,废水的毒性相对较低(EC5070.7%)。 TiO2光催化处理后,废水的毒性降低,EC50为95%。 有趣的是,当使用HT / Fe / TiO2时,处理后的废水的毒性比TiO2更高(EC50 78.6%)。

ZnO光催化(Vela等,2018a)

中试规模(CPC工厂; UVC,UVB,UVA,VISthorn;NIR为0.2plusmn;0.1 W / m2

2.1plusmn;0.6 W / m2、29.2plusmn;4.1 W /m2、1011.6plusmn;66.2 W / m2

最佳条件:ZnO 200 mg / L和Na2S2O8 250 mg / L。氧气浓度8-10mg / L。

污水WW废水中掺入了内分泌干扰物。 COD 33.1 mg /L; DOC 10.8 mg / L;BOD5 5mg / L;

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