紫外联合氯消毒中氨氮对卤乙腈和卤代硝基甲烷生成特性

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紫外线(UV)与氯化消毒剂联合消毒工艺具有广阔的应用前景。UV消毒效率高且几乎不产生消毒副产物(DBPs),后续加氯/氯胺消毒以维持持续的消毒效果。与常规DBPs相比,卤代硝基甲烷、卤乙腈等含氮消毒副产物(N-DBPs)具有更强的遗传毒性和细胞毒性。氨氮污染在我国流域水体中普遍存在,而水中的氨氮可能会成为N-DBPs中的氮源。本研究探讨了UV联合氯化(氯胺或折点加氯)消毒过程中氨氮对水中N-DBPs生成的影响。UV联合氯化消毒腐殖酸自配水中发现了二氯乙腈(DCAN)和三氯硝基甲烷(TCNM)两种N-DBPs。在UV联合氯化消毒条件下(LP/MP UV:0100mJ/cm2;加氯量:10mg/L-Cl2),0.5mg/L-N氨氮含量的自配水中DCAN生成量最高,达19.5μg/L。0.5mg/L-N氨氮污染水样消毒后N-DBPs的生成与消毒氯氮比(Cl:N=120)呈正相关性,氯氮比超过加氯折点会显著增加DCAN的生成,且DCAN的生成量随中压紫外(MP UV)照射剂量增加而增多。TCNM的生成量随水样pH的增加而增多。在碱性条件下,DCAN生成量随pH的增大而减少。随总有机碳(TOC)浓度增加,TCNM生成量减少,DCAN生成量增多。MP UV联合氯化消毒时,硝酸盐能使TCNM的生成量增加2.27.6倍,并且适量氨氮和硝酸盐在水中并存能协同促进TCNM生成。另外,预加氯处理会显著增加DCAN和TCNM的生成。UV联合折点加氯消毒处理模拟氨氮污染(0.3mg/L-N)的郭公庄水厂(GUO)和天津泰达水厂(TD)的滤后水,结果表明,氨氮污染及UV照射对GUO水样中DCAN的生成无明显影响;而MP UV照射能减少含氨氮TD水样中DCAN的生成。UV照射能增加GUO水样中的TCNM的生成量,氨氮污染则进一步增大TCNM产量增幅;对于TD滤后水,UV照射减少了TCNM生成量。UV联合氯胺消毒处理实际水体后,两种N-DBPs的生成量均处于较低水平(<0.2μg/L),且不受氨氮污染及UV照射的影响。对比不同氨氮污染的实际水体经UV照射前后三维荧光光谱及紫外吸收光谱的变化。UV照射能减少GUO和TD水样的荧光强度,改变荧光中心位置,并增加水样在200-240nm波段的紫外吸光度。氨氮污染使水样经MP UV照射后紫外吸光度增加幅度更大,并使UV照射后水中有机物更大程度地减少。与LP UV相比,MP UV照射对水样三维荧光及紫外吸光度的影响更大。这说明氨氮和UV照射能通过改变水中有机物的芳香结构、助色基团以及分子大小来影响N-DBPs的生成。
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