近年来, 各类微量有机污染物如药物及个人护理品、农药、内分泌干扰物等, 在市政污水厂出水、地表水、河流沉积物、土壤、甚至饮用水中被频繁检出(Baeza et al., 2011), 表明生态环境和人类健康正受到其严重威胁.磺胺类药物因其生产成本较低更是被广泛使用, 进而在水体中大量存在(Lian et al., 2015).目前市政污水处理和饮用水处理的常规工艺还不能对其进行有效地去除.因此, 以控制水中微量有机污染物为目标的深度处理技术受到了世界各国研究学者的广泛关注(Snyder et al., 2003).
高级氧化工艺被认为是一种可有效去除水中微量有机污染物的深度处理技术(Sarathy et al., 2006).其可原位产生以羟基自由基(HO·)为代表的强氧化性物质(氧化还原电位：2.8 eV), 从而降解乃至矿化大多数难降解有机污染物.近些年来以紫外/臭氧、紫外/过氧化氢等为代表的紫外高级氧化工艺受到人们的极大关注和重视.目前, 荷兰Andijk、加拿大Cornwall等多家自来水厂已运用紫外/过氧化氢技术作为饮用水深度处理方法去除水中嗅味物质和微量有机污染物(Imoberdorf et al., 2012).此外, 紫外线技术作为一项成熟且广泛应用的消毒技术, 已被世界各地近8000多座水处理设施所采用, 在我国也有十多家饮用水厂和超过半数的市政污水厂的二沉池后建有紫外消毒设备并正常运行多年(李梦凯等, 2011).因此, 紫外高级氧化工艺在去除微量有机污染物方面, 拥有升级改造方便、技术基础良好等天然优势, 应用前景十分广阔.目前, 已有多个研究报道了UV/H2O2、UV/O3和UV/TiO2等高级氧化处理磺胺类抗生素(Adams et al., 2002; Beltran et al., 2008;Kim et al., 2009; Kaniou et al., 2005; Nasuhoglu et al., 2011), 这些研究重点建立了磺胺类抗生素的降解动力学模型(Lian et al., 2015), 并探讨了不同影响因素下的降解特性(王琛等, 2016).
真空紫外线(VUV)波长在100~200 nm之间, 其可光解水产生羟基自由基从而高效降解水中微量有机物.由于此过程不需要添加任何化学药剂, 且操作简便, 因此已经成为当前紫外高级氧化技术的研究热点(Imoberdorf et al., 2012).产臭氧低压汞灯是一种常见的VUV光源, 可以同时发射出波长为254 nm和185 nm的紫外光, 即紫外/真空紫外辐照, 因此该技术可以同时实现致病菌杀灭与微量污染物的去除(王琛等, 2016).
进行紫外高级氧化反应的实验室反应器十分重要, 是开展研究、准确测定反应参数、评估实际应用效果的基础.目前科研领域主要使用序批式紫外反应器和平行光束仪.序批式筒式反应器使用一根低压汞灯作为UV光源, 插入筒式反应器中, 通过计时器计时取样.该反应器的主要优点是与实际UV反应器类似且搭建简单.主要问题在于UV剂量测定误差较大.这是因为圆柱体光源(低压灯灯管)产生的光强在反应器内部分布不均匀, 导致其平均强度及辐射剂量很难测量.此外, 该反应器还面临短时间取样较为困难的问题(如UV消毒中辐射剂量低于100 mJ·cm-2的样品).
随后开发的准平行光束仪有效解决了序批式反应器平均强度测定和低辐射剂量样品取样困难的问题(Lian et al., 2015; Bolton et al., 2003).其通过多个光阑输出一个强度较均匀的光束, 将装有测试样品的反应皿置于光束内进行辐照实验.通过计时器计时取样, 使用紫外辐照计测量样品表面的辐照强度.由于其输出紫外强度较低(0.01~0.2 mW·cm-2), 取样时间得以延长, 便于测定.准平行光束仪操作简单且剂量测定较准确, 因此目前被广泛应用于光生物和光化学的基础研究.然而问题在于：首先, 为了保持UV光束的平行度, 灯与样品间需要保持一定的距离(通常大于300 mm), 导致其最大输出强度远低于工程应用的强度.对于高剂量实验, 较低的辐照强度会导致较长的反应时间, 从而增大工作量.其次, 实验中发现, 准平行光束仪中辐射到样品表面的UV光强依然存在较大的不均匀性.另外, 较大的样品厚度(一般在30~50 mm之间)会导致样品内沿光辐射方向存在强度不均匀, 影响平均强度的测定.Bolton提出辐照计在光束中心测得的强度值需要用佩特里系数(Petri factor)、发散系数(Divergence factor)、反射系数(Reflection factor)和水系数(Water factor)等修正(Bolton et al., 2003).此外, 准平行光束仪还存在结构较为复杂、体积较大、制作成本高的问题.
本实验室前期开发的细管流紫外反应系统(Mini-fluidic photoreaction system)(Li et al., 2016), 可以输出紫外(UV)和真空紫外/紫外(VUV/UV)辐照用于探讨水中污染物的光降解效果.其在确保UV剂量测定更为准确的前提下, 将最大辐照强度提高约500倍(接近工程应用的UV强度), 且具有无样品蒸发、流动式测试的优点.因此, 本文基于此反应器, 探讨典型微量有机污染物磺胺甲噻二唑的光解动力学, 并测定了各光化学动力学参数, 为国内相关研究人员应用该反应器提供参考
