高铁酸盐对卤乙腈的控制效果研究

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氯消毒具有价格便宜,使用方便,技术成熟,杀菌能力强等优点。因此,氯消毒在国内外使用最为广泛。但是氯消毒会产生许多副产物,具有致癌、致畸性,存在严重的健康风险。高铁酸盐是一种强氧化性无机药剂,作为新型的绿色处理剂,高铁酸盐预氧化技术具有见效快、无残留毒性和使用方便等优点,因此高铁酸盐对消毒副产物的控制具有很大的优势。在已经发现的消毒副产物中,卤乙腈类消毒副产物(HANs)相比常规三卤甲烷类消毒副产物具有更强的遗传毒性和细胞毒性。因此研究卤乙腈的形成过程及控制方法对饮用水安全具有重要意义。
  研究选取饮用水中常检测到的二氯乙腈、三氯乙腈、二溴乙腈和溴氯乙腈等四种卤乙腈为研究目标,以天冬氨酸、谷氨酸和酪氨酸为卤乙腈前体物,探究卤乙腈的形成过程及其影响因素。研究高铁酸盐对卤乙腈及其前体物的控制效果,以及高铁酸盐与氯联合消毒的工艺耦合对卤乙腈有效控制的方法,主要研究内容及结论如下:
  (1)pH值和氯投加量是影响卤乙腈生成量的重要影响因素。在弱酸性条件下,二氯乙腈、三氯乙腈、溴氯乙腈和二溴乙腈四种卤乙腈的生成量最大,并且在碱性条件下,四种卤乙腈含量明显低于酸性条件。当初始余氯浓度从2mg/L增加到6mg/L时,卤乙腈的生成量随着氯浓度的增大而增加。
  (2)在高铁酸盐对卤乙腈前体物的控制效果研究中发现:pH和高铁酸钾投加量是影响高铁酸盐去除天冬氨酸、谷氨酸和酪氨酸的重要影响因素。当pH从酸性变成弱碱性时,高铁酸钾对三种卤乙腈前体物的去除率在稳步上升,其中当pH=8时,高铁酸钾对谷氨酸、天冬氨酸和酪氨酸的去除率最高。随着高铁酸盐投加浓度的增加,高铁酸盐对三种卤乙腈前体物的去除率逐渐上升,其中当投加量达到80mg/L时,高铁酸盐对天冬氨酸、谷氨酸和酪氨酸的去除率分别达到64.26%、79.00%和68.45%。对高铁酸盐浓度和pH值与三种卤乙腈前体物反应速率常数进行线性拟合发现,高铁酸盐去除三种卤乙腈前体物符合一级反应动力学。
  (3)在高铁酸盐对卤乙腈的控制效果研究中发现:当pH值在3~9时,高铁酸盐对四种卤乙腈的去除率都是先增大后减小,其中当pH=5时,高铁酸盐对二氯乙腈和三氯乙腈的去除率达到最高,分别为85.71%和83.24%;当pH=6.5时,高铁酸盐对二溴乙腈和溴氯乙腈的控制效果最佳,去除率分别为71.17%和62.26%。随着高铁酸盐投加量的不断增加,四种卤乙腈含量也在不断降低。对高铁酸盐浓度与四种卤乙腈反应速率常数进行线性拟合发现,高铁酸盐去除四种卤乙腈符合一级反应动力学。
  (4)在高铁酸钾与氯联合投加工艺中发现:四种卤乙腈的生成量随着高氯投加比的增加而减少。相比单独加氯所生成的二氯乙腈、三氯乙腈、二溴乙腈和溴氯乙腈的生成量,当高氯投加比为30:1时,四种卤乙腈的生成量分别降低83.17%、92.26%、96.68%、89.55%,证实了高铁酸钾的氧化能力优于氯。当水中有机物含量一定时,高铁酸钾优先与有机物发生反应。
  (5)在先加高铁酸钾,后加氯的工艺中发现:四种卤乙腈生成量都随着高铁酸钾与氯投加间隔时间的增大而减少,当投加间隔时间为60min时,二氯乙腈、三氯乙腈、二溴乙腈和溴氯乙腈的生成量分别降低了83.96%、74.18%、75.92%和70.27%。而在先加氯,后加高铁酸钾的工艺中发现:两种消毒剂投加的间隔时间越短,四种卤乙腈的生成量越低,这可能是高铁酸盐对氯氧化具有抑制作用的结果。
  因此对以上工艺对比发现,高铁酸钾与氯联合投加,且投加高氯比在30:1时,对四种卤乙腈生成量有较好的控制效果。
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