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影响臭氧水浸泡法去除农残效果的因素
来源: 臭氧发生器 发布时间:2022-09-28 浏览次数:

 影响臭氧水浸泡法去除农残效果的因素
4.2.1 臭氧水浓度
       一般来说臭氧水浓度增大可以增大农药降解率。以1.4 mg/L 的臭氧水冲洗白菜表面15 min, 除去了27%~34% 的残留农药; 而在2.0 mg/L 的臭氧水下冲洗可使农药去除效率提高到30%~54%[39]。若用3~4 mg/L 的臭氧水浸泡蔬菜15 min 可以使其表面的有机磷农药残留降低50%~60%,并且臭氧浓度越高,浸泡时间越长(超过15 min)并且在密闭容器中浸泡可以显著提高农药去除率,3 次超过15 min 的浸泡可基本上去除蔬菜表面的农药残留[40],这些实验都可以说明臭氧水浓度越大农药的降解效率就越高。
       但如果在臭氧水浓度已经很大且农药去除率很高的情况下,浓度的增加对去除率的贡献就会减弱。例如:用10 mg/L 臭氧水氧化5 min 后,吸附在柑橘类基质上的百菌清残留物全部被去除,三氯杀螨砜和毒死蜱去除率分别为98.6% 和94.2%。此时如果继续增加臭氧水的浓度对农药的去除率影响不大,并且臭氧水温度的升高会降低农药的去除率[41]。
4.2.2 臭氧水状态
       臭氧水在静态(臭氧水不流动)和动态(臭氧水循环流动)下对农药去除的效果也是不同的。一项探究臭氧水降解油麦菜上敌敌畏的实验结果显示,在30 min 内动态处理的效果明显优于静态处理,这可能是因为搅拌可以加速蔬菜表面的农药残留脱落,也可以使容器内臭氧水的浓度保持均匀和恒定,臭氧的渗透能力也得到增强,这种处理可以提高清除农药的效率,动态臭氧水处理效果优于静态臭氧水处理[42]。在哈密瓜基质上这一研究结论也得到了证实,其他条件不变,若采用动态臭氧水处理,则马拉硫磷、毒死蜱、高效氯氰菊酯和百菌清的降解率还会显著升高[43]。
4.2.3 农药残留量
       研究人员还发现,果蔬表面残留的农药含量越高,相同条件下农药的降解率也越高。用浓度为5 mg/L 的臭氧处理番茄表面的腈菌唑时,15 min 内,添加量为2、6 和10 mg/L 的腈菌唑的很大降解率分别为92.31%、94.80% 和98.32%[16]。另有实验表明,使用同样的臭氧水设备处理相同时间,番茄表面氟乐灵残留量为0.025 mg/kg 时,臭氧水处理后降解率为84.4%;而残留量为0.1 mg/kg 时,相同条件下的降解率达到92.7%[44]。
4.2.4 农药性质
       臭氧去除农药的效果还与果蔬自身的表面性质和农药本身性质有关。同样在1.5 mg/L臭氧水浸泡30 min 情况下,白菜、番茄、菜花、菜豆和油菜上的同种农药降解率差异很大;同时同种基质上不同农药的降解率差异也很大。降解效果上表现为在叶菜类蔬菜上的优于在茄果类和豆类上;小分子农药优于大分子农药[45];非内吸性农药优于内吸性农药[26],而农药溶解度与降解效果直接的相关性并不十分显著[22]。
4.2.5 气泡大小对臭氧降解农药效果的影响
       使用臭氧水降解农药时,臭氧发生器产生的气泡大小对其降解农药的效果也有显著影响。在番茄上的实验证明在相同浓度下,臭氧鼓泡清洗的效果要优于臭氧化水浸泡[22]。同时,臭氧气泡的大小决定了臭氧在反应器中的反应动力学。如图所示,与直径小于50 μm的臭氧微泡相比,直径大的臭氧气泡(2~3 mm)会在水中迅速上升并在水面破裂,而微泡可以在水面下停留更长的时间,有利于臭氧充分与水接触,增大臭氧的溶解度[46],增加臭氧降解水中有机物的效率。理论上,若采用直径<200 nm 的纳米气泡效果会更佳,但目前缺乏相关实验结果。
       很多研究都证明了臭氧微泡水去除农残的效果优于非微泡水,例如采用连续鼓泡的臭氧微泡水处理柿叶15 min 可使其表面的杀螟硫磷残留降低56%,而一般臭氧水处理15 min 仅可使其降低25%[47]。
同样的,臭氧微泡处理的草莓样品上的杀螟硫磷残留显著小于气泡处理的草莓样品[42]。很新的研究发现与使用自来水和次氯酸水相比,利用臭氧水和臭氧微泡水可以显著提高苹果上有机磷农药的去除效率,臭氧微泡水的去除效果很好[20]。
4.2.6 水温对臭氧降解农药效果的影响
       水温影响臭氧在水中的溶解度,臭氧在20 ℃ 下的溶解度为12.07 mg/L,根据亨利定律,臭氧的溶解度随水温的升高而降低,然而臭氧的反应速率随水温的升高而升高。实验结果如表所示,在前三组实验中,较高温度的臭氧水浸泡效果好于温度较低的臭氧水浸泡效果。因为氧化反应与温度密切相关,温度升高有利于臭氧和水作用产生更多的羟基自由基,从而增强臭氧对农药的去除能力。然而在马水桔上的实验却是0 ℃时对四种有机磷农药的去除效果更好,原因推测是温度升高,使臭氧在水中不稳定、易分解,从而使参与反应的臭氧量下降。因此,要探寻臭氧水洗涤某种农药的很佳温度,需要设计实验使不同温度下臭氧水浓度在实验时长内保持稳定,否则会影响实验结论。第五组实验说明,即使处理条件相同,不同基质上表现出的降解效果变化趋势也是不一样的,这可能与蔬菜表皮的性质有关。
4.2.7 pH 对臭氧降解农药效果的影响
       臭氧水降解农药的效率还与pH 有关,在臭氧对水中农残降解效果的研究结果中体现了不同农药有不同的很佳降解pH,例如碱性条件下的臭氧水对敌敌畏和马拉硫磷的降解效率很高,而在酸性条件下对氯氰菊酯的降解效率很高[51];臭氧对溶液中代森锰锌的降解作用在pH 为7.0 时为很强,且降解率随pH 的升高而降低[52];还有甲基对硫磷在pH>7.0 的臭氧水中的还原效果好于在pH 为3.0 的臭氧水中[53]。
        在果蔬上的研究也体现了臭氧水降解效果在农药间的差异性。臭氧水对苹果上甲基嘧啶磷的很大降解发生在pH4.5 时,并且降解率随pH 升高而降低,并且差异显著[49];而在研究不同pH 的臭氧水对马铃薯上百菌清的降解效果时,实验人员并没有发现不同pH(pH 为4.0、7.0 和9.0)对百菌清去除效果之间的显著差异(P>0.05)[54]。因此,pH 对于臭氧水降解农药的效果影响需要对应特定的农药进行研究,不能一概而论,这与农药本身的性质有关。

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