【解決手段】以下のステップを含む。(S1)p−クロロ安息香酸およびナプロキセンを参照物質として、紫外線/過硫酸ナトリウム下での標的汚染物質、p−クロロ安息香酸、ナプロキセンとフリーラジカルとの反応速度論モデルを確立する。(S2)実際の水サンプルへ標的汚染物質、p-クロロ安息香酸、ナプロキセンを加え、紫外線/過硫酸ナトリウム高度酸化プロセスを用いて酸化分解を行う。(S3)モデルを用いてp−クロロ安息香酸とナプロキセンへの分解効果に従ってフリーラジカル含有量を計算し、標的汚染物質の分解を予測する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のた
めの分解予測方法を提供することであり、選択された参照汚染物質の分解濃度に従って二
次排水中の標的汚染物質の分解を予測することができ、それによって二次排水中の標的汚
染物質を除去するための紫外線/過硫酸ナトリウムの実行可能性を評価する。本発明は、
フリーラジカルの二次反応速度論に基づいて、参照汚染物質を用いてフリーラジカルの濃
度を計算し、そしてフリーラジカル濃度に従って標的汚染物質の分解速度を計算し、分解
速度の予測値と実際値を比較し、それによって実際のデータに対するモデルの正確な適合
および予測が実現される。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の技術的解決手段は、以下のとおりである、
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法
は、以下のステップを含む。
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質とし
て、UV/PS下での標的汚染物質、p−クロロ安息香酸、ナプロキセンとフリーラジカ
ルとの反応機構に基づいて、pCBAおよびNPXの見かけの反応速度定数を独立変数と
して、速度論モデルによって設計された実験スキームを用いて、全体の設計は複数の試験
点を有する。
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、標的汚染物質、pCB
A、NPXを実際の水サンプルに加え、そして固定濃度のNa2S2O8を水に加え、か
つNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度とのモル濃度比を10:1になり、続い
て溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音波配合撹拌によって均一に保たれ、
電磁撹拌周波数は3〜30Hzであり、電磁撹拌力は2〜74kWであり、一定時間UV
照射を行い、最後に、取り出されたサンプルに重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添
加して反応を停止させる。
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、標的汚染物質、pCB
A、NPXについて濃度検出および分析を行い、pCBAとNPXの濃度変化によって見
かけの反応速度定数を計算し、次に速度論モデルに従って異なる実験条件下での標的汚染
物質の見かけの反応速度定数を適合する。
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、
ステップS3で適合された速度論モデルを代入し、実際の水サンプルにおける標的汚染物
質の実際の分解データを分析し、実際の水サンプルにおける標的汚染物質の計算された見
かけの反応速度定数と比較分析を行う。
【0006】
さらに、ステップS1における前記標的参照物質は、1つまたは複数であってもよい。
【0007】
さらに、ステップS2における前記光反応器は石英ガラス製であり、反応器本体は中間
層を含む円筒形構造であり、前記石英ガラス管は反応器本体の長手方向軸の中心位置に配
置され、前記紫外線水銀ランプロッドは石英ガラス管内に配置され、紫外線水銀ランプに
通電して紫外線を放射する。
【0008】
さらに、ステップS2における前記水銀ランプは、電力が22Wの低圧水銀ランプであ
り、照度は1.02μW/cm2である。
【0009】
さらに、前記ステップS2において、標的汚染物質、pCBAおよびNPXを水に添加
した後、溶液中の標的汚染物質、pCBAおよびNPXの濃度はそれぞれ1μMになる。
【0010】
さらに、ステップS2における前記反応時間は、1〜30minである。
【0011】
さらに、ステップS2における光反応器は、主にフレーム、石英ガラス管、超音波プロ
ーブ、電磁撹拌機、電源を含み、前記フレームの頂部には戻り流路が設けられ、前記戻り
流路には水平方向にスクリーニンググリッドが設けられ、戻り流路の下端には回転ノズル
が均一に分布され、フレームの外壁の左右両側に螺旋戻り管が配置され、螺旋戻り管の液
体入口がフレーム本体の下端に接続され、螺旋戻り管の液体出口は戻り流路と連通し、前
記石英ガラス管は螺旋構造であり、石英ガラス管は3つがあり、フレームの内部に均一に
分布され、石英ガラス管の内部には紫外線水銀ランプロッドが設けられ、フレームの垂直
方向中央部には電動ネジが設けられ、前記電動ネジには移動ブロックが設けられ、前記移
動ブロックには超音波プローブが設けられ、電磁撹拌機はコアおよびコイルを含み、前記
コアはフレームの外壁に固定され、前記コイルはコアの外に嵌着され、コイルとコアが電
磁石を形成し、コイルに交流電流を流すと、回転磁界が発生でき、フレーム内の溶液を運
転させ、それによって撹拌効果が実現され、フレームと電磁撹拌機との間に伝熱管が設け
られ、熱を迅速に伝達し、放熱効率を向上させ、前記電源は前記電動ネジ、超音波プロー
ブ、紫外線水銀ランプロッド、スクリーニンググリッド、電磁撹拌機に電力を供給し、紫
外線の利用率を向上させ、光反応中に溶液への均一性処理を向上させ、実験データに対す
る外部要因の影響を回避することができる。
【0012】
さらに、ステップS2において標的汚染物質と参照汚染物質の反応パラメータを決定し
、常温常圧下で使用することができる。
【0013】
さらに、特定のサンプリング間隔は、物質の反応速度によって決定される。pCBAと
NPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sである。
【0014】
さらに、ステップS3における速度論モデル式は、以下のとおりであり、
[この文献は図面を表示できません]
(1)
[この文献は図面を表示できません]
(2)
[この文献は図面を表示できません]
(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下での標的汚染物質、p−クロロ安息香酸およびナプロキセンの見かけの
反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、標的汚染物質、p−クロロ安息香酸およびナプロキセンの直接光分解率を表し、単位
はs−1であり、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)と標的汚染物質、p-クロロ安息香酸とナプロキセンとの二次反応速度定数を表し、単位
はM−1s−1であり、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)と標的汚染物質、p−クロロ安息香酸とナプロキセンとの二次反応速度定数を表し、単
位はM−1s−1であり、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、単位はMである。
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができる。pCBAとNPXの直接光分解が弱く無視で
きるため、式(2)と(3)を式(4)と(5)に簡略化し、
[この文献は図面を表示できません]
(4)
[この文献は図面を表示できません]
(5)
【発明の効果】
【0015】
従来技術に比べて、本発明の有益な効果は以下のとおりであり、フリーラジカルの二次
反応速度論に基づいて、参照汚染物質を用いてフリーラジカルの濃度を計算し、そしてフ
リーラジカル濃度に従って標的汚染物質の分解速度を計算し、分解率の予測値と実際値を
比較し、それによって実際のデータに対するモデルの正確な適合および予測が実現される
。光反応器と共に光反応を行うとき、光反応器処理ときの均一性が保証され、実験データ
に対する外部要因の干渉が排除され、それによって紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次
排水中の標的汚染物質の除去の実行可能性を評価し、小規模試験のコストを効果的に低減
させる。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下は具体的な実施例と共に本発明についてさらに説明するが、本発明の保護範囲はそれ
に限定されない。
【0018】
実施例1
以下の実施例では、人工甘味料中のアセスルファム(ACE)およびスクラロース(SU
C)を標的汚染物質として選択し、UV/PSで二次排水中のACEおよびSUCを除去
する分解モデルの確立を説明する。
【0019】
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法は
、以下のステップを含む。
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質として
、UV/PS下でのアセスルファム(ACE)、スクラロース(SUC)、p−クロロ安
息香酸、ナプロキセンとフリーラジカルとの反応機構に基づいて、pCBAおよびNPX
の見かけの反応速度定数を独立変数として、それぞれ高、中、低という3つのレベルの濃
度で設計され、速度論モデルによって設計された実験スキームを用いて、全体の設計は複
数の試験点を有する。
【0020】
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、3つの家庭下水処理場(
WWTP)の二次沈殿タンクからの水に対して0.45μmフィルタをかけ、水サンプル
中のACE、SUC、pCBA、およびNPXの濃度を1μMになり、そして40μMの
Na2S2O8を水に加え、かつNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度とのモル
濃度比を10:1になり、続いて溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音波配
合撹拌によって均一に保たれ、前記紫外線ランプの電力は22Wであり、照度は1.02
μW/cm2であり、電磁撹拌周波数は3Hzであり、電磁撹拌力は2kWであり、超音
波周波数は30KHzであり、30minのUV照射を行い、最後に、取り出されたサン
プルに重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添加して反応を停止させる。このうち、p
CBAとNPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sで、ACEとSUCの
サンプリング時間は0、300、600、1200、1800sである。このうち、光反
応器は石英ガラス製であり、反応器本体は中間層を含む円筒形構造であり、前記石英ガラ
ス管は反応器本体の長手方向軸の中心位置に配置され、前記紫外線水銀ランプロッドは石
英ガラス管内に配置され、紫外線水銀ランプに通電して紫外線を放射する。
【0021】
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、アセスルファム(ACE
)、スクラロース(SUC)、pCBA、NPXについて濃度検出および分析を行い、p
CBAとNPXの濃度変化によって見かけの反応速度定数を計算し、その異なる実験条件
下でのアセスルファム(ACE)とスクラロース(SUC)の見かけの反応速度定数を従
属変数として、速度論モデルを適合する。
[この文献は図面を表示できません]
(6)
[この文献は図面を表示できません]
(7)
[この文献は図面を表示できません]
(2)
[この文献は図面を表示できません]
(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下でのACE、SUC、pCBA、およびNPXの見かけの反応速度定数
を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ACE、SUC、pCBAおよびNPXの直接光分解率を表し、単位はs−1であり
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とACE、SUC、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、単位はM?1s?1
であり、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とACE、SUC、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、単位はM−1s−
1であり、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、単位はMである。
ここで、モデル中のパラメータは、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=0.00013
s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.21 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.16 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=6.81 × 10
7 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=1.31 × 10
7 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができる。SUC、pCBAとNPXの直接光分解が弱
く無視できるため、式(7)、(2)と(3)を式(8)、(4)と(5)に簡略化し、
[この文献は図面を表示できません]
(8)
[この文献は図面を表示できません]
(4)
[この文献は図面を表示できません]
(5)
【0022】
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、ス
テップS3で適合された速度論モデルを代入し、ACE、SUC、pCBAおよびNPX
について濃度検出および分析を行う。pCBAとNPXの見かけの反応速度定数値を計算
し、かつ式により3つの実際の水サンプルにおける
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を計算し、計算された具体的な値を表1に示す。
【0024】
次に
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を式(6)と(8)に代入して3つの実際の水サンプルにおけるACEと
SUCの見かけの反応速度定数を計算し、すなわちモデルによって適合されたACEとS
UC分解の見かけの反応速度定数の計算された具体的な値を表2に示す。
[この文献は図面を表示できません]
【0025】
実施例2
以下の実施例では、残留農薬中のペニシリン(PG)とアモキシシリン(AMX)を標的
汚染物質として選択し、UV/PSで二次排水中のPGおよびAMXを除去する分解モデ
ルの確立を説明する。
【0026】
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法は
、以下のステップを含む。
【0027】
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質として
、UV/PS下でのペニシリン(PG)、アモキシシリン(AMX)、p−クロロ安息香
酸、ナプロキセンとフリーラジカルとの反応機構に基づいて、pCBAおよびNPXの見
かけの反応速度定数を独立変数として、速度論モデルによって設計された実験スキームを
用いて、全体の設計は複数の試験点を有する。
【0028】
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、3つの家庭下水処理場(
WWTP)の二次沈殿タンクからの水に対して0.45μmフィルタをかけ、水サンプル
中のPG、AMX、pCBA、およびNPXの濃度を1μMになり、そして40μMのN
a2S2O8を水に加え、かつNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度とのモル濃
度比を10:1になり、続いて溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音波配合
撹拌によって均一に保たれ、前記紫外線Vランプの電力は22Wであり、照度は1.02
μW/cm2であり、電磁撹拌周波数は30Hzであり、電磁撹拌力は74kWであり、
超音波周波数は30KHzであり、30minのUV照射を行い、最後に、取り出された
サンプルに重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添加して反応を停止させる。このうち
、pCBAとNPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sで、PGとAMX
のサンプリング時間は0、300、600、1200、1800sである。このうち、光
反応器は石英ガラス製であり、反応器本体は中間層を含む円筒形構造であり、前記石英ガ
ラス管は反応器本体の長手方向軸の中心位置に配置され、前記紫外線水銀ランプロッドは
石英ガラス管内に配置され、紫外線水銀ランプに通電して紫外線を放射する。
【0029】
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、ペニシリン(PG)、ア
モキシシリン(AMX)、pCBA、NPXについて濃度検出および分析を行い、pCB
AとNPXの見かけの反応速度定数を独立変数として、その異なる実験条件下でのペニシ
リン(PG)とアモキシシリン(AMX)の見かけの反応速度定数を従属変数として、速
度論モデルを適合する。
[この文献は図面を表示できません]
(9)
[この文献は図面を表示できません]
(10)
[この文献は図面を表示できません]
(2)
[この文献は図面を表示できません]
(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下でのPG、AMX、pCBA、およびNPXの見かけの反応速度定数を
表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、PG、AMX、pCBAおよびNPXの直接光分解率を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とPG、AMX、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とPG、AMX、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、無視できる。
ここで、モデル中のパラメータは、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=0.00127
s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=0.0013
s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=9.86 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=6.67 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=9.32 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.9 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができる。pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、
無視できる。
【0030】
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、ス
テップS3で適合された速度論モデルを代入し、PG、AMX、pCBAおよびNPXに
ついて濃度検出および分析を行う。pCBAとNPXの見かけの反応速度定数値を計算し
、かつ式により3つの実際の水サンプルにおける
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を計算し、計算された具体的な値を表2に示す。
【0032】
次に
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を式(9)と(10)に代入して3つの実際の水サンプルにおけるPGと
AMXの見かけの反応速度定数を計算し、すなわちモデルによって適合されたPGとAM
X分解の見かけの反応速度定数の計算された具体的な値を表4に示す。
[この文献は図面を表示できません]
【0033】
実施例3
以下の実施例では、残留農薬中の2−メチルイソボルニル(2−MIB)およびジェオス
ミン(GSM)を標的汚染物質として選択し、UV/PSで二次排水中の2−MIBおよ
びGSMを除去する分解モデルの確立を説明する。
【0034】
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法は
、以下のステップを含む。
【0035】
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質として
、UV/PS下での2−メチルイソボルニル(2−MIB)、ジェオスミン(GSM)、
p−クロロ安息香酸、ナプロキセンとフリーラジカルとの反応機構に基づいて、pCBA
およびNPXの見かけの反応速度定数を独立変数として、速度論モデルによって設計され
た実験スキームを用いて、全体の設計は複数の試験点を有する。
【0036】
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、3つの家庭下水処理場(
WWTP)の二次沈殿タンクからの水に対して0.45μmフィルタをかけ、水サンプル
中の2−MIB、GSM、pCBA、およびNPXの濃度を1μMになり、そして40μ
MのNa2S2O8を水に加え、かつNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度との
モル濃度比を10:1になり、続いて溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音
波配合撹拌によって均一に保たれ、前記紫外線Vランプの電力は22Wであり、照度は1
.02μW/cm2であり、電磁撹拌周波数は30Hzであり、電磁撹拌力は74kWで
あり、超音波周波数は30KHzであり、30minのUV照射を行い、最後に、取り出
されたサンプルに重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添加して反応を停止させる。こ
のうち、pCBAとNPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sで、2−M
IBとGSMのサンプリング時間は0、300、600、1200、1800sである。
このうち、光反応器は石英ガラス製であり、反応器本体は中間層を含む円筒形構造であり
、前記石英ガラス管は反応器本体の長手方向軸の中心位置に配置され、前記紫外線水銀ラ
ンプロッドは石英ガラス管内に配置され、紫外線水銀ランプに通電して紫外線を放射する
。
【0037】
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、2−メチルイソボルニル
(2−MIB)、ジェオスミン(GSM)、pCBA、NPXについて濃度検出および分
析を行い、pCBAとNPXの見かけの反応速度定数を独立変数として、異なる実験条件
下での2−メチルイソボルニル(2−MIB)とジェオスミン(GSM)の見かけの反応
速度定数を従属変数として、速度論モデルを適合する。
[この文献は図面を表示できません]
(11)
[この文献は図面を表示できません]
(12)
[この文献は図面を表示できません]
(2)
[この文献は図面を表示できません]
(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下での2−MIB、GSM、pCBA、およびNPXの見かけの反応速度
定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、2−MIB、GSM、pCBAおよびNPXの直接光分解率を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)と2−MIB、GSM、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)と2−MIB、GSM、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、2−MIB、GSM、pCBAとNPXの直接光分解が弱いた
め、無視できる。
ここで、モデル中のパラメータは、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=4.3 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.7 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=4.2 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=7.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができ、2−MIB、GSM、pCBAとNPXの直接
光分解が弱いため、無視できる。
【0038】
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、ス
テップS3で適合された速度論モデルを代入し、2−MIB、GSM、pCBAおよびN
PXについて濃度検出および分析を行う。pCBAとNPXの見かけの反応速度定数値を
計算し、かつ式により3つの実際の水サンプルにおける
[この文献は図面を表示できません]
と
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の定常状態濃度を計算し、計算された具体的な値を表5に示す。
【0040】
次に
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と
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の定常状態濃度を式(11)と(12)に代入して3つの実際の水サンプルにおける2−
MIBとGSMの見かけの反応速度定数を計算し、すなわちモデルによって適合された2
−MIBとGSM分解の見かけの反応速度定数の計算された具体的な値を表6に示す。
【0042】
実施例4
以下の実施例では、残留農薬中のP−クロロフェノキシイソ酪酸(CA)を標的汚染物質
として選択し、UV/PSで二次排水中のCAを除去する分解モデルの確立を説明する。
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法は
、以下のステップを含む。
【0043】
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質として
、UV/PS下でのP−クロロフェノキシイソ酪酸(CA)、p−クロロ安息香酸、ナプ
ロキセンとフリーラジカルとの反応機構に基づいて、pCBAおよびNPXの見かけの反
応速度定数を独立変数として、速度論モデルによって設計された実験スキームを用いて、
全体の設計は複数の試験点を有する。
【0044】
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、3つの家庭下水処理場(
WWTP)の二次沈殿タンクからの水に対して0.45μmフィルタをかけ、水サンプル
中のCA、pCBA、およびNPXの濃度を1μMになり、そして40μMのNa2S2
O8を水に加え、かつNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度とのモル濃度比を1
0:1になり、続いて溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音波配合撹拌によ
って均一に保たれ、前記紫外線Vランプの電力は22Wであり、照度は1.02μW/c
m2であり、電磁撹拌周波数は30Hzであり、電磁撹拌力は74kWであり、超音波周
波数は30KHzであり、30minのUV照射を行い、最後に、取り出されたサンプル
に重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添加して反応を停止させる。このうち、pCB
AとNPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sで、CAのサンプリング時
間は0、300、600、1200、1800sである。このうち、光反応器は石英ガラ
ス製であり、反応器本体は中間層を含む円筒形構造であり、前記石英ガラス管は反応器本
体の長手方向軸の中心位置に配置され、前記紫外線水銀ランプロッドは石英ガラス管内に
配置され、紫外線水銀ランプに通電して紫外線を放射する。
【0045】
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、P−クロロフェノキシイ
ソ酪酸(CA)、pCBA、NPXについて濃度検出および分析を行い、pCBAとNP
Xの見かけの反応速度定数を独立変数として、異なる実験条件下でのP−クロロフェノキ
シイソ酪酸(CA)の見かけの反応速度定数を従属変数として、速度論モデルを適合する
。
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(13)
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(2)
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(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下でのCA、pCBA、およびNPXの見かけの反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、CA、pCBAおよびNPXの直接光分解率を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とCA、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とCA、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、無視できる。
ここで、モデル中のパラメータは、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=0.00014 s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=2.72 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=1.73 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができ、pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、無
視できる。
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、ス
テップS3で適合された速度論モデルを代入し、CA、pCBAおよびNPXについて濃
度検出および分析を行う。pCBAとNPXの見かけの反応速度定数値を計算し、かつ式
により3つの実際の水サンプルにおける
[この文献は図面を表示できません]
と
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の定常状態濃度を計算し、計算された具体的な値を表7に示す。
【0047】
次に
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と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を式(13)に代入して3つの実際の水サンプルにおけるCAの見かけの
反応速度定数を計算し、すなわちモデルによって適合されたCA分解の見かけの反応速度
定数の計算された具体的な値を表8に示す。
[この文献は図面を表示できません]
【0048】
実施例5
以下の実施例では、残留農薬中のクロラムフェニコール(CAP)を標的汚染物質として
選択し、UV/PSで二次排水中のCAPを除去する分解モデルの確立を説明する。
紫外線/過硫酸ナトリウムによる二次排水中の微量汚染物質除去のための分解予測方法は
、以下のステップを含む。
【0049】
S1、p−クロロ安息香酸(pCBA)およびナプロキセン(NPX)を参照物質として
、UV/PS下でのクロラムフェニコール(CAP)、p−クロロ安息香酸、ナプロキセ
ンとフリーラジカルとの反応機構に基づいて、pCBAおよびNPXの見かけの反応速度
定数を独立変数として、速度論モデルによって設計された実験スキームを用いて、全体の
設計は複数の試験点を有する。
【0050】
S2、速度論モデルによって設計された実験スキームに従って、3つの家庭下水処理場(
WWTP)の二次沈殿タンクからの水に対して0.45μmフィルタをかけ、水サンプル
中のCAP、pCBA、およびNPXの濃度を1μMになり、そして40μMのNa2S
2O8を水に加え、かつNa2S2O8といくつかの添加物の合計濃度とのモル濃度比を
10:1になり、続いて溶液を光反応器に入れて光反応を行い、電磁/超音波配合撹拌に
よって均一に保たれ、前記紫外線Vランプの電力は22Wであり、照度は1.02μW/
cm2であり、電磁撹拌周波数は30Hzであり、電磁撹拌力は74kWであり、超音波
周波数は30KHzであり、30minのUV照射を行い、最後に、取り出されたサンプ
ルに重量比が1.5%の過剰のNaNO2を添加して反応を停止させる。このうち、pC
BAとNPXのサンプリング時間は0、5、10、30、60sで、CAPのサンプリン
グ時間は0、300、600、1200、1800sである。このうち、光反応器は石英
ガラス製であり、反応器本体は中間層を含む円筒形構造であり、前記石英ガラス管は反応
器本体の長手方向軸の中心位置に配置され、前記紫外線水銀ランプロッドは石英ガラス管
内に配置され、紫外線水銀ランプに通電して紫外線を放射する。
【0051】
S3、ステップS2でサンプリングされた水サンプルを分析し、クロラムフェニコール(
CAP)、pCBA、NPXについて濃度検出および分析を行い、pCBAとNPXの見
かけの反応速度定数を独立変数として、異なる実験条件下でのクロラムフェニコール(C
AP)の見かけの反応速度定数を従属変数として、速度論モデルを適合する。
[この文献は図面を表示できません]
(14)
[この文献は図面を表示できません]
(2)
[この文献は図面を表示できません]
(3)
ここで、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、UV/PS下でのCAP、pCBA、およびNPXの見かけの反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、CAP、pCBAおよびNPXの直接光分解率を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、ヒドロキシルラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とCAP、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
、
[この文献は図面を表示できません]
および
[この文献は図面を表示できません]
は、硫酸根フリーラジカル(
[この文献は図面を表示できません]
)とCAP、pCBA、NPXとの二次反応速度定数を表し、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
は、
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態の濃度を表し、pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、無視できる。
ここで、モデル中のパラメータは、調査によって、
[この文献は図面を表示できません]
=0.0019 s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=2.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.0 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=8.99 × 10
9 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=1.33 × 10
10 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=3.6 × 10
8 M
-1s
-1、
[この文献は図面を表示できません]
=5.64 × 10
9 M
-1s
-1を得ることができ、pCBAとNPXの直接光分解が弱いため、無
視できる。
【0052】
S4、実際の水サンプルにおけるpCBAとNPXの見かけの反応速度定数に従って、ス
テップS3で適合された速度論モデルを代入し、CAP、pCBAおよびNPXについて
濃度検出および分析を行う。pCBAとNPXの見かけの反応速度定数値を計算し、かつ
式により3つの実際の水サンプルにおける
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を計算し、計算された具体的な値を表9に示す。
【0054】
次に
[この文献は図面を表示できません]
と
[この文献は図面を表示できません]
の定常状態濃度を式(14)に代入して3つの実際の水サンプルにおけるCAPの見かけ
の反応速度定数を計算し、すなわちモデルによって適合されたCAP分解の見かけの反応
速度定数の計算された具体的な値を表10に示す。
【0056】
結果分析
実際の水サンプルにおけるACEとSUCの実際の分解データを分析し、実際の水サンプ
ルにおけるモデル適合されたACEとSUCの見かけの反応速度定数と比較して分析し、
図1〜3は、実施例1における3つの実際の水サンプルにおけるUV/PS下でのACE
およびSUCの実際の分解および適合した分解状態である。結果分析により、モデル適合
値は実験値に近いと、確立された予測モデルは信頼でき、すなわち本発明の方法は紫外線
/過硫酸ナトリウムで処理した二次排水中の汚染物質の分解を効果的に予測することがで
きる。