揭示无处不在的表面活性剂在VUV/UV/微纳米气泡过程中对新兴污染物降解的促进作用

VUV/UV/MNB过程通过空气微纳米气泡增强水处理效率，表面活性剂显著提升新兴污染物卡巴兹西平（CBZ）降解率达62%，其中SDBS效果最优。机理涉及表面活性剂吸附增强界面反应（占比提升14.2%）、改善气泡动力学特性（如尺寸分布75%<1μm）及抑制自由基复合。研究证实表面活性剂类型、浓度及气泡稳定性是关键因素，为复杂废水处理提供新策略。

　　近年来，随着水污染问题的日益严重，开发高效、无化学试剂的水处理技术成为研究热点。真空紫外/紫外/空气微纳米气泡（VUV/UV/MNB）工艺作为一种新型的高级氧化处理技术，因其高效率和无化学添加的优势而受到广泛关注。然而，关于该工艺在含有表面活性剂的废水处理中的表现，目前仍存在诸多未知。表面活性剂作为废水中的重要组成成分，广泛存在于各种工业和生活污水中，其对VUV/UV/MNB工艺效率的影响尚未得到系统研究。

本研究通过使用卡马西平（CBZ）作为模型污染物，探讨了表面活性剂在VUV/UV/MNB工艺中对新兴污染物降解的潜在促进作用。实验结果显示，添加表面活性剂后，CBZ的降解速率提高了至少62%，而未添加时仅为50%。其中，阴离子型表面活性剂十二烷基苯磺酸钠（SDBS）表现出最强的促进效果，而阳离子型表面活性剂十二烷基三甲基氯化铵（DTAB）则效果最弱。值得注意的是，当[SDBS]浓度达到最佳值后，羟基自由基（HO•）与SDBS之间的竞争关系开始影响CBZ的进一步降解，导致效率提升趋于平缓。

SDBS的促进作用主要归因于其两亲性结构和吸附能力，这些特性有助于提高CBZ在气液界面的浓度，从而增强其与氧化剂的反应效率。此外，SDBS还能提高微纳米气泡（MNBs）的稳定性，这在间歇气泡模式下尤为明显。在该模式下，SDBS对CBZ降解的抑制作用仅为8.6%，而无表面活性剂时则达到23.9%。这表明，SDBS不仅有助于提高反应效率，还能在一定程度上缓解气泡在水体中快速破裂带来的负面影响。

研究还发现，表面活性剂的某些关键性质，如表面活性、扩散系数和饱和平衡表面过剩，对VUV/UV/MNB工艺的反应机制具有重要影响。这些性质决定了表面活性剂在水体中的行为，进而影响其对污染物的吸附、分散和降解过程。例如，阴离子型和非离子型表面活性剂在一定程度上抑制了臭氧的传递，而阳离子型表面活性剂则在较低浓度下提升了臭氧的传递效率。这一现象主要归因于表面活性剂对表面张力的影响，较低的表面张力能够产生更小的气泡，提高气泡的气体含量，延长其在水体中的停留时间，并改善其运动轨迹，从而增强氧化剂的传递效率。

除了对气泡特性的影响，表面活性剂还能显著影响多种有机污染物的命运与迁移，改变其生物可利用性和降解动力学。例如，研究表明，添加表面活性剂后，臭氧纳米气泡对柴油油污染土壤的去除效率提高了约8-15%。这种提升与表面活性剂的类型和浓度密切相关，其中十二烷基苯磺酸钠（SDBS）的去除效果优于十二烷基苯磺酸钠（SDS）和吐温-100（TX-100）。同样，使用表面活性剂溶液溶解四氯乙烯和甲苯，其污染物去除效率几乎翻倍，同时显著缩短了操作时间。

鉴于表面活性剂在废水中的普遍存在及其对高级氧化工艺（AOP）效率的潜在影响，本研究引入了一种创新的“以废治废”策略，即利用这些天然存在的表面活性剂污染物作为工艺促进剂，以提高VUV/UV/MNB工艺的效率。通过系统实验，本研究验证了表面活性剂与VUV/UV/MNB工艺之间的协同作用，并进一步探讨了其在真实环境中的行为。此外，研究还评估了在连续和间歇气泡模式下的总电能消耗，以支持该工艺的实际应用。

综上所述，本研究揭示了表面活性剂在VUV/UV/MNB工艺中的重要作用，不仅能够提高污染物的降解效率，还能改善气泡的稳定性，从而增强整个水处理过程的效率。这些发现为VUV/UV/MNB工艺在复杂废水处理中的应用提供了理论依据和技术支持，有助于推动其在实际环境治理中的推广和应用。