西江原水有机物成分解析及消毒副产物生成潜能研究

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消毒是自来水厂必不可少的工艺,其中氯消毒产生的消毒副产物(DBPs)对人体健康存在一定危害。水中的天然有机物及人工合成有机物是消毒副产物的主要前体物,此外,由于海水入侵和咸潮等原因,自来水厂原水中存在一定浓度的溴、碘离子,它们与有机物及消毒剂共同作用,生成致癌风险比氯代消毒副产物更高的溴代和碘代消毒副产物,对饮用水安全提出了新的挑战。
  为了准确掌握中山市西江流域水源水质情况及消毒副产物生成势(Formation potential of disinfection by-products, DBPFP),本文对西江流域水体中的溶解性的有机碳、总氮、氨氮、COD、UV254等水质指标以及消毒副产物生成势进行了长期跟踪监测,考察了各水质指标浓度随采样点位与采样时间的变化规律,并研究分析了三卤甲烷生成势(Formation potential of trihalomethanes, THMFP)、卤乙酸生成势(Formation potential of haloacetic acids, HAAFP)与DOC的相关性。研究结果表明:西江流域原水水质指标现出明显的季节变化特征,冬季咸潮期(12~2月)DOC、总氮、氨氮、UV254等水质指标偏高。原水消毒副产物生成势分布情况为:三氯甲烷是三卤甲烷中生成量最高的,而二氯乙酸则是卤乙酸中生成量最高的,其余消毒副产物均在咸潮期浓度偏高。每年枯水期水厂下游的污染物随着咸潮一起上溯,使得城市饮用水原水中氨氮和氯化物的浓度升高,从而恶化了原水水质指标并提高了消毒副产物生成风险。西江流域原水THMFP与DOC的相关性良好,HAAFP与UV254相关性良好,因此可以分别用DOC和UV254近似表征三卤甲烷前体物与卤乙酸前体物。
  此外,本文以中山市西江典型水源水体为研究对象,利用分子量分布,三维荧光检测光谱等有机物表征技术,研究了水体中溶解性有机物的分子量分布特点和三维荧光光谱。通过树脂分离技术将原水有机物分成亲水、弱疏水和强疏水组分,识别了原水中三卤甲烷以及卤乙酸这两种消毒副产物的主要前体物质,研究了西江水源中不同有机物组分对消毒副产物生成量的影响。研究结果表明:西江原水有机物中分子量以3-5kDalton居多,其次是分子量<3kDalton的组分;大部分水源有机物以芳香族蛋白质类为主;且原水溶解性有机物中亲水性有机物的含量均多于疏水性有机物的含量;亲水性有机组分是生成一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、一氯一溴乙酸、二溴乙酸的主要前体物,三氯甲烷、三氯乙酸、二氯乙酸生成量则主要受到强疏水性有机物的影响。
  本文通过对含不同溴、碘离子浓度的原水进行液氯与次氯酸钠对比消毒实验,结果表明,在氯(次氯酸钠和液氯)消毒过程中投氯量、反应时间和溴、碘离子浓度对溴代三卤甲烷(Bromine-trihalomethanes , Br-THMs )与碘代三卤甲烷(Iodo-trihalomethanes,I-THMs)生成量的影响程度存在较大差异。其中,较高投氯量、较长反应时间和较低溴离子浓度能够有效控制Br-THMs的产生,与液氯相比,次氯酸钠消毒生成的Br-THMs更多;总I-THMs生成量随投氯量的增加呈先增加后降低的趋势,且在投氯量为15mg/L左右时总I-THMs生成量达到最大;I-THMs在反应2h内迅速生成,随着反应时间的延长I-THMs增长速度变缓;总I-THMs生成量随碘离子量的增加呈增加的趋势,随着碘离子浓度增大,液氯对I-THMs生成潜能促进作用更明显。相比于液氯,次氯酸钠消毒生成的I-THMs更少,因此使用次氯酸钠作为消毒剂更能有效控制I-THMs的生成。
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