Activation of persulfates by natural magnetic pyrrhotite for water disinfection: Efficiency, mechanisms, and stability

化学 过硫酸盐 活性氧 磁黄铁矿 流出物 动力学 水处理 催化作用 生物物理学 核化学 生物化学 硫黄 有机化学 环境工程 生物 物理 工程类 量子力学
作者
Dehua Xia,Yan Li,Guocheng Huang,Ran Yin,Taicheng An,Guiying Li,Huijun Zhao,Anhuai Lu
出处
期刊:Water Research [Elsevier BV]
卷期号:112: 236-247 被引量:163
标识
DOI:10.1016/j.watres.2017.01.052
摘要

This study introduces natural occurring magnetic pyrrhotite (NP) as an environmentally friendly, easy available, and cost-effective alternative catalyst to activate persulfate (PS) of controlling microbial water contaminants. The E. coli K-12 inactivation kinetics observed in batch experiments was well described with first-order reaction. The optimum inactivation rate (k = 0.47 log/min) attained at a NP dose of 1 g/L and a PS dose of 1 mM, corresponding to total inactivation of 7 log10 cfu/mL cells within 15 min. Measured k increased > 2-fold when temperature increased from 20 to 50 °C; and > 4-fold when pH decreased from 9 to 3. Aerobic conditions were more beneficial to cell inactivation than anaerobic conditions due to more reactive oxygen species (ROS) generated. ROS responsible for the inactivation were identified to be SO4− > OH > H2O2 based on a positive scavenging test and in situ ROS determination. In situ characterization suggested that PS effectively bind to NP surface was likely to form charge transfer complex (≡Fe(II)⋯O3SOOSO3-), which mediated ROS generation and E. coli K-12 oxidation. The increased cell-envelope lesions consequently aggravated intracellular protein depletion and genome damage to cause definite bacterial death. The NP still maintained good physiochemical structure and stable activity even after 4 cycle. Moreover, NP/PS system also exhibited good E. coli K-12 inactivation efficiency in authentic water matrices like surface water and effluents of secondary wastewater.
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