Title Modeliranje fotooksidativne razgradnje prioritetnih onečišćivala u vodi Title (english) Modeling of photooxidative degradation of emerging contaminants in water Author Matija Cvetnić Mentor Tomislav Bolanča (mentor)Committee member Hrvoje Kušić (predsjednik povjerenstva)Committee member Šime Ukić (član povjerenstva)Committee member Ana Mornar Turk (član povjerenstva)Granter University of Zagreb Defense date and country 2019-01-18, Croatia Scientific / art field, NATURAL SCIENCES Universal decimal classificationUDC ) 54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy Abstract Europska okvirna direktiva o vodama određuje strategiju o onečišćenju voda u EU te sadrži listu prioritetnih onečišćivala (PO), tj. onih koji predstavljaju značajan rizik po vodni okoliš. Zbog same prirode PO-a, za njihovo uklanjanje iz voda predlaže se primjena naprednih oksidacijskih procesa (AOP-a). AOP-i se temelje na stvaranju visokoreaktivnih radikalskih vrsta, a najjednostavniji način njihova dobivanja je fotooksidacijskim procesima. Sukladno tome, u ovom radu su u tu svrhu primjenjeni UV-C/H2O2 i UV-C/S2O8 2- procesi. Kako bi se odredili optimalni uvjeti procesa razgradnje PO-a te objasnili sami mehanizmi razgradnje ali i predviđali okolišni parametri unutar ili izvan ispitivanog područja rada (bez novih eksperimentalnih određivanja), pristupa se modeliranju. Uobičajene metode modeliranja uzimaju u obzir primjenu statističkog, empirijskog pristupa kao što je modeliranje odzivnih površina (RSM) i fenomenološki logički pristup temeljen na matematičko-mehanističkim modelima. RSM se koristi kao alat za analizu utjecaja ključnih procesnih parametara na učinkovitost procesa te određivanje optimalnih uvjeta u istraživanom području. U ovom radu ključni procesni parametri su pH-vrijednost smjese i omjer početnih koncentracija onečišćivalo/oksidans. RSM se primjenjuje za procjenu izravnih i interakcijskih učinaka procesnih parametara, ali ne uključuje informacije o specifičnom kemizmu niti prijenosu tvari unutar sustava kao ni o razgradnim mehanizmima ciljanih PO. Kako bi se opisao kemizam procesa i fenomeni koji se pojavljuju tijekom razgradnje PO-a te omogućilo predviđanje ponašanja sustava izvan raspona ispitivanih procesnih parametara razvijaju se matematičkomehanistički modeli. Kako bi se povećao opseg slučajeva koji se obuhvaćaju modeliranjem, primjenjuje se kvantitativno modeliranje odnosa strukture molekula i njihove aktivnosti. Pri tome se predviđaju konstante brzine reakcije kinetike drugog reda te empirijski parametri matematičko-mehanističkih modela; s ciljem dobivanja više informacija o kemizmima procesa razgradnje ali i procjenama rizika za okoliš. Cilj ove disertacije je razviti modele za simulaciju ponašanja AOP-a u obradi PO-a na temelju eksperimentalnih rezultata, kombinirajući pri tome modeliranje odzivnih površina, matematičko-mehanističko modeliranje i kvantitativno modeliranje odnosa strukture i aktivnosti. Sukladno tome, predlaže se metodologija za predviđanje, procjenu i kontrolu okolišnih aspekata u procesima koji AOP pristupom uklanjaju PO-a iz voda. Integriranom metodologijom koja kombinira eksperimentalne podatke s različitim pristupima modeliranja dobiven je potpuni uvid u okolišne aspekte sustava za obradu voda.
Abstract (english) The EU Water Framework Directive defines a water pollution strategy in the EU. It contains a list of priority pollutants (POs), chemicals that represent significant risk to the water environment. Due to the very nature of the POs, advanced oxidation processes (AOPs) are proposed for their removal from the water. AOPs are based on creation of highly reactive radicals and one of the simplest ways to do it is by photooxidation. In that purpose, UVC/ H2O2 or UV-C/S2O8 2- processes were applied in this thesis. For determination of optimal conditions of the POs degradation processes and for explanation of the degradation mechanism but also to envision the environmental aspects inside or outside the field of study (without new experiments), modeling approach is considered. The modeling was based on statistical and empirical approaches, such as response surfaces modeling (RSM), but phenomenological approaches based on mathematicalmechanistic modeling were applied as well. RSM is used as a tool for analyzing the influence of key process-parameters on process efficiency and determination of optimal conditions in the investigated area. These key parameters are in this dissertation are pH-value of the solution and the initial concentration ratio pollutant/oxidant. RSM is applied for assessment of the impacts of process parameters, but does not include information on specific chemistry within the system, nor on degradation mechanism of targeted POs. Mathematical-mechanistic models are developed in order to describe the processes chemistry and phenomena occurring during POs degradation and to allow the prediction of system behavior beyond the range of examined process parameters. In order to increase the scope of the cases that involves modeling, quantitative structure-activity relationship modeling was applied. In this case, the second-order kinetics reaction rate constants and the empirical parameters of mathematical-mechanistic models were predicted; with the aim of obtaining more information on the chemistry of the degradation process but also the environmental risk assessment. The aim of this dissertation was to develop models for simulating behavior of POs degradation by AOPs on the basis of experimental results, combining responsive surfaces modeling, mathematical-mechanical modeling and quantitative structure-activities relationship modeling. Accordingly, a methodology for predicting, evaluating and controlling the environmental aspects of AOP-treated water solutions containing POs were proposed by integrated methodology that combines experimental data with different modeling approaches that provides an expanding insight into the environmental aspects of the water treatment system.
Keywords
prioritetna onečišćivala
modeliranje odzivnih površina
matematičko-mehanističko modeliranje
QSAR modeliranje
okolišni aspekti
kinetika razgradnje
biorazgradivost
toksičnost
mineralizacija
Keywords (english)
priority pollutants
response surfaces modeling
mathematical-mechanistic modeling
QSAR modeling
environmental aspects
degradation kinetics
biodegradability
toxicity
mineralization
Language croatian URN:NBN urn:nbn:hr:149:674667 Promotion 2019 Project Number: IP-2014-09-7992 Study programme Title: Chemical Engineering and Applied Chemistry - Doctoral course Type of resource Text Extent 158 str. ; 30 cm File origin Born digital Access conditions Open access Terms of use Created on 2023-08-29 08:05:27
