技术领域
[0001] 本发明涉及污水净化处理技术领域，具体是涉及紫外/过硫酸钠去除二级出水中人工甜味剂的降解预测方法。
相关背景技术
[0002] 人工甜味剂是食品添加剂的一种，被广泛应用于食品、饮料、药物和个人护理品行业中。常见的7种人工甜味剂为安赛蜜(ACE)，三氯蔗糖(SUC)，糖精(SAC)，甜蜜素(CYC)，阿斯巴甜(ASP)，纽甜(NEO)和新橙皮二氢查尔酮(NHDC)，其中ACE和SUC在环境中检出率较高。目前的研究表明，大部分人工甜味剂都不会被人体降解，会随着尿液、粪便排出体外进入环境水体中，其中污水处理厂是人工甜味剂的主要聚集地。人工甜味剂已成为一种新型的污染物而受到广泛的关注，现有研究表明人工甜味剂会对斑马鱼、大型蚤、浮萍等水生生物产生生态毒性。因此，需要关注污水处理厂中人工甜味剂的去除。
[0003] 目前的一些深度处理工艺中，活性炭吸附、混凝沉淀、氯化消毒对人工甜味剂只有有限的去除效果，而UV消毒仅对安赛蜜有去除效果。臭氧高级氧化工艺在实际污水处理厂的投加剂量和接触时间下，也只能部分去除人工甜味剂。紫外/过硫酸钠是一种有效的高级氧化技术，可以有效去除水中有机物。本文发明一种基于响应面反应的模型公式，用公式模型去预测紫外/过硫酸钠系统中人工甜味剂的降解效果。
具体实施方式
[0026] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述,但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0027] 一种紫外/过硫酸钠去除二级出水中人工甜味剂的降解预测方法：包括以下步骤：
[0028] S1：取三个生活污水处理厂(WWTP)中二沉池出水，根据三种实际水体中HCO3-、Cl-、NO3-、腐殖酸浓度，基于响应面Box-Benhnken design(BBD)原理，利用Design Expert 10.0软件设计四因素三水平的实验方案。表1为三种实际水体的相关参数值，表2为响应面试验因素水平和编码，表3为用编码表示的响应面实验设计具体方案和该情况下ACE与SUC的去除率。
[0029] 表1三种实际水体水质参数
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[0031] 表2试验因素水平和编码
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[0033]
[0034] 表3实验方案设计
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[0037] S2：根据响应面设计的实验方案，向纯水中投加HCO3-、Cl-、NO3-、腐殖酸制成模拟废水，并向水中加入1uM ACE和SUC，并加入20uM Na2S2O8；然后将溶液放入光反应器中进行光反应，通过电磁搅拌而保持均匀；所述电磁搅拌的参数为：电磁搅拌频率是5～40Hz，电磁搅拌功率是3～10kW；该光反应器由石英玻璃制成，反应器主体为含有夹层的圆柱结构，中间竖直放置石英管套，石英管内放置紫外汞灯棒，紫外汞灯通电发出紫外光照，所述紫外汞灯2
的功率为22W，光照强度为1.02uW/cm ，进行UV光照30min后取样，最后加入过量的重量比为
1.5％的NaNO2以终止反应。
[0038] S3：对S2处理后的水体取样，分析人工甜味剂浓度检测和人工甜味剂去除率分析。以HCO3-(x1)、Cl-(x2)、NO3-(x3)、腐殖酸(x4)浓度为自变量，根据其不同实验条件下去除率为因变量，用Design Expert 10.0拟合响应面方程，其对应ACE和SUC去除率见表3。
[0039] 软件拟合出的模型如式(1)和(2)：
[0040] Y1＝85.95–5.22x1+9.595x2+2.74x3-8.73x4–1.85x1x2+1.67x1x3+0.57x1x4–4.78x2x3–0.75x2x4+3.27x3x4–0.36x12–2.35x22–11.85x32–3.49x42 (1)[0041] Y2＝54.93–8.09x1–6.08x2–5.89x3–6.27x4–0.65x1x2+0.043x1x3+1.35x1x4–
2.76x2x3+0.88x2x4+1.32x3x4+1.06x12+0.48x22–0.67x32+0.66x42 (2)
[0042] 其中,Y1代表ACE在紫外/Na2S2O8体系中反应30min后的去除率，Y2代表SUC在紫外/Na2S2O8体系中反应30min后的去除率，单位均为％；x1、x2、x3和x4分别代表HCO3-、Cl-、NO3-、腐殖酸这四种变量对应的编码值。
[0043] S4：根据实际水体中HCO3-、Cl-、NO3-、腐殖酸浓度，将其对应的编码值带入S3所拟合的模型(1)和(2)中，计算ACE和SUC模型拟合下的降解效率。
[0044] S5：向三种实际水体中加入加入1uM ACE和SUC，并加入20uM Na2S2O8。然后将溶液放入光反应器中进行光反应，进行UV光照30min后取样，最后加入过量的重量比为1.5％的NaNO2以终止反应，取样进行人工甜味剂浓度检测和人工甜味剂去除率分析。
[0045] 结果分析
[0046] 对水样进行固相萃取前处理，后使用Waters公司的Xevo TQ-S UPLC-MS液质联用仪监测样品中ACE和SUC浓度，采用电喷雾离子源(ESI)，负电离多反应监测模式(MRM)。多反应监测的参数见表4。
[0047] 表4人工甜味剂的多反应监测参数
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[0049] 液相分离选用的色谱柱为Acquity UPLC BEH C18色谱柱(2.1×50mm,1.7um)，柱温保持在30℃。所选用的流动相为水(A)和乙腈(B)，两相中均加入5mM的乙酸铵和1mM的TRIS。流动相使用前超声脱气。液相流速为0.1mL/min，采用梯度洗脱，梯度洗脱程序见表5。进样量为20uL。
[0050] 表5梯度洗脱程序
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[0052] 对人工甜味剂去除率进行分析，ACE和SUC的去除率＝(1-Ct/C0)×100％，C0为初始浓度，Ct为反应时间t时的甜味剂浓度，单位均为uM。
[0053] 图1是本实例中ACE在紫外/过硫酸钠处理下的模型拟合去除率和实际实验中的去除率，图2是本实例中SUC在紫外/过硫酸钠处理下的模型拟合去除率和实际实验中的去除率。从结果分析可以看出，模型拟合值和实验值接近，建立的预测模型可靠，即本发明的方法可有效预测紫外/过硫酸钠处理二级出水中人工甜味剂的去除效果。
[0054] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
