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Impact of groundwater quality and associated byproduct formation during UV/hydrogen peroxide treatment of 1,4-dioxane.
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2020-01-25 , DOI: 10.1016/j.watres.2020.115534 Cheng-Shiuan Lee 1 , Arjun K Venkatesan 2 , Harold W Walker 3 , Christopher J Gobler 4
Water Research ( IF 11.4 ) Pub Date : 2020-01-25 , DOI: 10.1016/j.watres.2020.115534 Cheng-Shiuan Lee 1 , Arjun K Venkatesan 2 , Harold W Walker 3 , Christopher J Gobler 4
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In this study, a semi-batch, bench-scale UV/hydrogen peroxide (UV/H2O2) advanced oxidation process system was used to investigate how typical groundwater quality parameters (pH, alkalinity, natural organic matter (NOM), nitrate, and iron) influence the treatment of 1,4-dioxane. Deionized (DI) water spiked with 1,4-dioxane (100 μg L-1), treated using H2O2 (10 mg L-1) in a commercially available UV system (40 W low-pressure lamp) showed an UV fluence-based first-order rate constant (k') and electrical energy-per-order (EEO) of 4.32✕10-3 cm2-mJ-1 and 0.15 kWh-m-3-order-1, respectively. The most abundant byproduct generated in spiked-DI water was oxalic acid (up to 55 μg L-1), followed by formic and acetic acids. The k' showed no significant difference at pH ranging from 5 to 7 and at low alkalinity concentrations (<20 mg-CaCO3 L-1), typical of sandy aquifers. The k' declined by up to 85% with increasing NOM concentration. Elevated production (up to ∼400% increase) of aldehydes and organic acids was observed in NOM-spiked water, implying that NOM is a significant byproduct precursor during UV/H2O2 treatment. High NO3- concentration (10 mg-N L-1) in source water reduced the k' by 25%, while no significant impact was observed at lower concentrations (<2 mg-N L-1). Addition of Fe(II) at 0.5 mg-L-1 resulted in an instantaneous Fenton-reaction-assisted removal of ∼10% 1,4-dioxane in the presence of H2O2, but did not enhance the performance of UV/H2O2 treatment over time. In contrast, both Fe(II) and Fe(III) addition lowered the k' by 15-27%. The decline of k' observed in these experiments was attributed to reduced UVT (Fe), .OH radical scavenging (pH), or both (NO3-, NOM). Treatment of groundwater samples collected from three 1,4-dioxane-contaminated wells located in Long Island, NY, showed k' values of 13-40% lower than what was observed for DI water due to radical scavenging from a combination of high NO3- and NOM in the samples. A multiple linear-regression model, developed using water quality data as model input, showed good agreement with field observations (paired t-test: p > 0.05) in predicting k' for the removal of 1,4-dioxane from groundwater. This study provides the first systematic evaluation of the impacts of groundwater quality on UV/H2O2 process to remove environmentally relevant levels of 1,4-dioxane and reports standardized performance-related parameters to aid in the design and evaluation of full-scale systems.
中文翻译：
UV /过氧化氢处理1,4-二恶烷过程中地下水质量及其相关副产物形成的影响。
在这项研究中，使用了半批量，台式紫外线/过氧化氢（UV / H2O2）高级氧化工艺系统来研究典型的地下水质量参数（pH，碱度，天然有机物（NOM），硝酸盐和铁） ）影响1,4-二恶烷的治疗。在市售UV系统（40 W低压灯）中使用H2O2（10 mg L-1）处理过的掺有1,4-二恶烷（100μgL-1）的去离子（DI）水显示基于UV能量通量一级速率常数（k'）和每级电能（EEO）分别为4.32×10-3 cm2-mJ-1和0.15 kWh-m-3-order-1。加标去离子水中产生的最丰富的副产物是草酸（最高55μgL-1），其次是甲酸和乙酸。在5到7的pH值和低碱度浓度（<20 mg-CaCO3 L-1）下，k'均无显着差异，典型的含沙含水层。随着NOM浓度的增加，k'下降了多达85％。在掺有NOM的水中观察到醛和有机酸的产量提高（最多增加了约400％），这表明在UV / H2O2处理期间，NOM是重要的副产物前体。源水中的高NO3-浓度（10 mg-N L-1）使k'降低了25％，而在较低浓度（<2 mg-N L-1）下未观察到显着影响。在H2O2存在下，以0.5 mg-L-1添加Fe（II）导致Fenton反应辅助的瞬时去除〜10％1,4-二恶烷，但与UV / H2O2处理相比，其性能没有提高。时间。相比之下，Fe（II）和Fe（III）的添加都会使k'降低15-27％。在这些实验中观察到的k'的下降归因于UVT（Fe）、. OH自由基清除（pH），或两者（NO3-，NOM）。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。由于样品中高NO3-和NOM的结合导致的自由基清除作用，其值比去离子水低13-40％。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。由于样品中高NO3-和NOM的结合导致的自由基清除作用，其值比去离子水低13-40％。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。以水质数据为模型输入的结果表明，与预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的k'值与现场观察结果（配对t检验：p> 0.05）吻合良好。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。以水质数据为模型输入的结果表明，与预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的k'值与现场观察结果（配对t检验：p> 0.05）吻合良好。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。
更新日期：2020-01-26
中文翻译：
UV /过氧化氢处理1,4-二恶烷过程中地下水质量及其相关副产物形成的影响。
在这项研究中，使用了半批量，台式紫外线/过氧化氢（UV / H2O2）高级氧化工艺系统来研究典型的地下水质量参数（pH，碱度，天然有机物（NOM），硝酸盐和铁） ）影响1,4-二恶烷的治疗。在市售UV系统（40 W低压灯）中使用H2O2（10 mg L-1）处理过的掺有1,4-二恶烷（100μgL-1）的去离子（DI）水显示基于UV能量通量一级速率常数（k'）和每级电能（EEO）分别为4.32×10-3 cm2-mJ-1和0.15 kWh-m-3-order-1。加标去离子水中产生的最丰富的副产物是草酸（最高55μgL-1），其次是甲酸和乙酸。在5到7的pH值和低碱度浓度（<20 mg-CaCO3 L-1）下，k'均无显着差异，典型的含沙含水层。随着NOM浓度的增加，k'下降了多达85％。在掺有NOM的水中观察到醛和有机酸的产量提高（最多增加了约400％），这表明在UV / H2O2处理期间，NOM是重要的副产物前体。源水中的高NO3-浓度（10 mg-N L-1）使k'降低了25％，而在较低浓度（<2 mg-N L-1）下未观察到显着影响。在H2O2存在下，以0.5 mg-L-1添加Fe（II）导致Fenton反应辅助的瞬时去除〜10％1,4-二恶烷，但与UV / H2O2处理相比，其性能没有提高。时间。相比之下，Fe（II）和Fe（III）的添加都会使k'降低15-27％。在这些实验中观察到的k'的下降归因于UVT（Fe）、. OH自由基清除（pH），或两者（NO3-，NOM）。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。从位于纽约州长岛的三个1,4,2-二恶烷污染的井中收集的地下水样品的处理结果表明，由于高NO3-的结合清除自由基，k'值比去离子水的k'值低13-40％。和样本中的NOM。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。由于样品中高NO3-和NOM的结合导致的自由基清除作用，其值比去离子水低13-40％。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。由于样品中高NO3-和NOM的结合导致的自由基清除作用，其值比去离子水低13-40％。使用水质数据作为模型输入开发的多元线性回归模型在预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的过程中与实地观测（配对t检验：p> 0.05）显示出良好的一致性。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。以水质数据为模型输入的结果表明，与预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的k'值与现场观察结果（配对t检验：p> 0.05）吻合良好。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。以水质数据为模型输入的结果表明，与预测k'从地下水中去除1,4-二恶烷的k'值与现场观察结果（配对t检验：p> 0.05）吻合良好。这项研究首次对地下水质量对UV / H2O2工艺的影响进行了系统评价，以消除与环境相关的1,4-二恶烷含量，并报告了与性能有关的标准化参数，以帮助设计和评估全尺寸系统。
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