【摘 要】
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溴代硝基甲烷是典型的含氮消毒副产物,具有致癌、致畸、致突变的风险,其细胞毒性和遗传毒性在卤代硝基甲烷(HNMs)中处于前列,给水质安全带来极大风险,对公众健康造成威胁。因此,本文选取水中苏氨酸、色氨酸和天冬氨酸三种氨基酸作为研究对象,研究了氨基酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的规律及反应途径,同时探究了一溴一氯硝基甲烷(BCNM)和三溴硝基甲烷(TBNM)在低压紫外光照射条件下的光降解规律及
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(21677032);
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溴代硝基甲烷是典型的含氮消毒副产物,具有致癌、致畸、致突变的风险,其细胞毒性和遗传毒性在卤代硝基甲烷(HNMs)中处于前列,给水质安全带来极大风险,对公众健康造成威胁。因此,本文选取水中苏氨酸、色氨酸和天冬氨酸三种氨基酸作为研究对象,研究了氨基酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的规律及反应途径,同时探究了一溴一氯硝基甲烷(BCNM)和三溴硝基甲烷(TBNM)在低压紫外光照射条件下的光降解规律及反应途径,并用实际水样验证了实验室模拟的氨基酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的规律,为紫外/氯消毒在水处理中控制溴代硝基甲烷的生成提供理论依据和基础数据。本文首先研究了BCNM和TBNM在低压紫外光照射条件下的光降解规律,考察了紫外光照强度、初始浓度、pH、自由氯及溴离子浓度对BCNM和TBNM紫外光降解的影响。实验结果表明,在紫外光照下,BCNM和TBNM在5分钟时的降解率高达75%以上,且它们的紫外光降解规律均符合准一级反应动力学方程。另外,BCNM和TBNM的光降解率随着紫外光强度、pH、自由氯浓度和溴离子浓度的增大而增大,随着溴离子浓度的增大仅略有增大,随初始浓度的增大而减小。根据实验结果和相关文献推导了BCNM和TBNM的光降解途径。本章实验结果可为控制溴代硝基甲烷提供帮助,同时可为后续氨基酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷呈现先增后减的趋势提供解释依据。其次,本文选取苏氨酸、色氨酸和天冬氨酸作为前体物,研究了氨基酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的规律,探究了自由氯浓度、溴离子浓度、紫外光照强度、前体物浓度和pH对氨基酸生成溴代硝基甲烷的影响,分析了反应过程中氨氮、硝态氮、总氮、自由氯和总氯的变化,并根据实验结果和相关文献推导了氨基酸生成溴代硝基甲烷的反应途径。实验结果表明,溴离子存在时,三种氨基酸在紫外/氯消毒中均具有生成溴代硝基甲烷的潜能,潜能大小为:天冬氨酸>苏氨酸>色氨酸。其中苏氨酸和色氨酸生成了一溴硝基甲烷(BNM)、二溴硝基甲烷(DBNM)、TBNM和一溴二氯硝基甲烷(BDCNM),天冬氨酸生成了BNM、DBNM、TBNM、BCNM、BDCNM和二溴一氯硝基甲烷(DBCNM),它们的生成量都随时间呈先增后减的趋势。当自由氯浓度增大时,苏氨酸、色氨酸和天冬氨酸生成的溴代硝基甲烷的峰值都随之增大。当溴离子浓度增大时,苏氨酸和色氨酸生成的BNM和BDCNM,以及天冬氨酸生成的BNM、BCNM、BDCNM和DBCNM的峰值都随之先增大后减小,而三种氨基酸生成的DBNM和TBNM的峰值都随着溴离子浓度的增大而持续增大。此外,三种氨基酸生成的溴代硝基甲烷的峰值会随着紫外光照强度和氨基酸浓度的增大而增大。而pH的影响略有不同,苏氨酸和色氨酸生成的溴代硝基甲烷的峰值随着pH增大而减小,而天冬氨酸在pH=7条件下生成的溴代硝基甲烷比pH=6和pH=8条件下多。最后,本文探究了实际水样在氯化及紫外/氯消毒中生成HNMs的规律,考察了溴离子浓度和不同氨基酸对实际水样生成溴代硝基甲烷的影响,同时验证了实验室所得规律。实验结果表明,实际水样在紫外/氯消毒中会生成部分HNMs,且生成趋势与实验室模拟的氨基酸生成溴代硝基甲烷的趋势相似。当加入溴离子后,实际水样在紫外/氯消毒中生成溴代硝基甲烷的峰值随溴离子浓度的增大而增大。此外,含有氨基酸的实际水样在紫外/氯消毒中生成溴代硝基甲烷的趋势与实验室的趋势相似,但生成量和峰值出现时间存在差异。
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