The fate of natural organic matter during UV/H₂O₂ advanced oxidation of drinking water

Authors: Sarathy, Siva; Mohseni, Madjid

Source: Canadian Journal of Civil Engineering, Volume 36, Number 1, January 2009 , pp. 160-169(10)

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Abstract:

At conditions within the range of those typically applied for commercial drinking water applications, the impact of ultraviolet and hydrogen peroxide (UV/H₂O₂) advanced oxidation (AO) on the concentration, spectral characteristics, hydrophobicity, and biodegradability of natural organic matter (NOM) in a raw surface water and ultrafiltered surface water was studied. At an initial H₂O₂ dose of 20 mg L^-1, UV/H₂O₂ mineralized less than 15% of the NOM in raw surface water at a fluence of 1500 mJ cm^-2. Natural organic matter in ultrafiltered surface water was mineralized by at least 27% after about 1500 mJ cm^-2. Partial oxidation of NOM led to ring opening of aromatic structures, cleavage of conjugated double bonded carbon structures, and reduction in the degree of aromatic substitution. The UV/H₂O₂ AO preferentially reacted with hydrophobic fractions of NOM leading to the formation of hydrophilic products. The treatment oxidized recalcitrant NOM into more readily biodegradable compounds with significant increases in formaldehyde and acetaldehyde concentrations. Depending on NOM properties for a given water, UV/H₂O₂ AO may cause partial oxidation of NOM leading to the formation of biodegradable compounds. The presence of these species may need to be addressed with a downstream process capable of improving biological stability.

Aux conditions qui s'appliquent normalement à l'eau potable commerciale, l'impact de l'oxydation avancée par ultraviolet et peroxyde d'hydrogène (UV/H₂O₂) sur la concentration, les caractéristiques spectrales, l'hydrophobicité et la biodégradabilité des matières organiques naturelles d'une eau de surface brute et d'une eau de surface ultrafiltrée a été étudié. À une dose initiale de H₂O₂ de 20 mg L^-1, l'oxydation par UV/H₂O₂a minéralisé moins de 15 % des matières organiques naturelles dans l'eau de surface brute à une fluence de 1500 mJ cm^-2. Les matières organiques naturelles dans l'eau de surface ultrafiltrée a été minéralisée par au moins 27 % après environ 1500 mJ cm^-2. L'oxydation partielle des matières organiques naturelles a engendré l'ouverture du noyau des structures aromatiques, le clivage des structures de carbone à double liaison conjuguée et la réduction du niveau de substitution aromatique. L'oxydation avancée UV/H₂O₂ a réagit de manière préférentielle avec les fractions hydrophobiques des matières organiques naturelles, engendrant la formation de composés hydrophiles. Le traitement a permit d'oxyder les matières organiques naturelles récalcitrantes en des composés plus facilement biodégradables avec des augmentations importantes des concentrations en formaldéhydes et acétaldéhydes. Selon les propriétés des matières organiques totales pour une eau donnée, l'oxydation avancée UV/H₂O₂ pourrait engendrer une oxydation partielle des matières organiques naturelles menant à la formation de composés biodégradables. La présence de ces espèces pourrait être abordée par un procédé en aval pouvant améliorer la stabilité biologique.

Document Type: Research article

Publication date: 2009-01-01

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