亚硫酸盐(SO₃²⁻)是工业烟气脱硫和造纸废水中常见的无机副产物。将其作为产生SO₄·⁻的前驱体,“变废为宝”地用于水中微污染物的降解,是一种极具吸引力的资源化利用思路。过渡金属氧化物(如CoFe₂O₄)是活化SO₃²⁻产生SO₄·⁻的高效非均相催化剂。CoFe₂O₄中的Co²⁺和Fe²⁺/Fe³⁺位点协同催化SO₃²⁻,通过单电子转移产生SO₃·⁻,后者被溶解氧迅速氧化为强氧化性的SO₄·⁻。同时,体系中伴生的·OH也参与反应。CoFe₂O₄自身具有磁性,易于分离回收。然而,将SO₃²⁻用于预氧化处理含有有机物的原水时,一个必须审慎评估的风险是:残余的SO₃²⁻和氧化过程中生成的中间产物,在后续的氯化消毒环节,是否会生成更多或更毒的新型消毒副产物(DBPs),特别是卤代有机物?
本研究以CoFe₂O₄/SO₃²⁻体系处理含有卡马西平(CBZ)等药物的模拟废水,在优化的催化剂和SO₃²⁻投加量下,CBZ在30分钟内被完全去除。自由基淬灭和EPR实验证实SO₄·⁻和·OH是主要活性物种。在随后的氯化消毒实验中,与未经CoFe₂O₄/SO₃²⁻预氧化的对照组相比,预氧化处理后的水样在加氯后,三氯甲烷(TCM)和卤乙酸(HAAs)的总生成量降低了约35%,这归因于预氧化将部分DBPs前驱物(如腐殖酸类物质)初步氧化分解。然而,液相色谱-质谱分析也发现,生成了极其微量的、由SO₄·⁻与有机物反应产生的、非卤代的新型有机磺酸类DBPs。不过,这些磺酸类DBPs的预测毒性远低于受控的卤代DBPs。总体而言,该体系的风险-收益评估是正面的。该研究为将亚硫酸盐废物资源化用于水处理提供了全面的效能与安全性评估。
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