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随着饮用水处理技术的发展和环境检测技术的进步,氯消毒处理后的消毒副产物(DBPs)会对人体健康产生潜在的威胁。常规的饮用水处理工艺对DBPs的前体物去除有限,可开发操作简便、经济有效的处理技术,如预氧化、深度氧化或膜处理来降低DBPs的生成。研究表明在氯化消毒前进行预氧化处理加强对DBPs前体物的去除是一种行之有效的方法。近年来,含氮消毒副产物(N-DBPs)引发了人们的关注由于其含量低但毒性高。含碳消毒副产物(C-DBPs)的生成量大且被纳入水质检测指标,本文将C-DBPs与N-DBPs进行比较分析。水中的溶解性有机物是DBPs的前体物。溶解性有机氮化合物是溶解性有机物的组成部分,也是形成N-DBPs的重要前体物,选择天然水域中的氨基酸及人工合成的含氮农药嗪草酮(MET)作为模型化合物进行研究预氧化工艺对N-DBPs的生成势及反应机制影响,最后利用实际水体进行验证,选出最优的预氧化剂。预氧化剂选择臭氧(O3)、高铁酸钾(K2Fe O4)、高锰酸钾(PM)和高锰酸钾/亚硫酸氢钠(PM/BS),通过预氧化处理来消除DBPs的前体物进而达到控制氯化后DBPs的生成。首先选取10种氨基酸进行氯化实验,探究DBPs的检出率和检出种类。每种氨基酸生成的DBPs的浓度各不相同,C-DBPs浓度高出N-DBPs浓度一个数量级。C-DBPs种类包括三氯甲烷(TCM)、三氯丙酮(TCP)和二氯丙酮(DCP),TCM的浓度远高于DCP和TCP。N-DBPs的种类包括二氯乙腈(DCAN)、三氯乙腈(TCAN)和三氯硝基甲烷(TCNM)。然后利用O3、PM、K2Fe O4开展预氧化实验,通过DBPs的总生成浓度筛选合适的预氧化剂。3种预氧化工艺对降低氨基酸DBPs生成量的效果为PM优于K2Fe O4优于O3。PM是最优的预氧化剂,使N-DBPs和C-DBPs的生成量大幅降低。PM剂量的增加使DBPs逐渐降低,这与PM的氧化机制和DBPs的形成途径有关。K2Fe O4预氧化也能使DBPs的生成量降低,在低的K2Fe O4剂量下,DBPs的生成量较小。O3预氧化在破坏DBPs前体方面效果不显著,使TCNM明显增加,导致DBPs总量的增加。最后利用酪氨酸,推断各种DBPs的转化途径来研究反应机制。氨基酸形成C-DBPs中TCM有开环后水解和形成CH中间体再水解等途径。氨基酸形成N-DBPs的第一步是氨基被氯化,DCAN可以通过取代,消除和“脱羧途径”或“醛途径”形成。TCNM形成的典型途径涉及胺硝化,然后卤化。选择人工合成的农药,针对PM预氧化过程中投加一定浓度的BS导致MET浓度瞬间降低的现象,利用PM和PM/BS进行预氧化对比实验,开展预氧化对MET的降解率,DBPs的生成量、毒性、反应机制及前体物转化途径的研究。PM/BS氧化后,10 s内MET的降解率达到92%,这远远高于PM氧化后MET的降解率。p H值为6.5,PM:BS的摩尔浓度为1:5时MET有最高的降解率。PM/BS氧化降解MET的过程中Mn(III)起主要作用,SO5·-和SO4·-对降解也有贡献,但HO·起的作用较小。PM/BS预氧化后的DBPs浓度低于PM预氧化后的DBPs浓度。这说明PM氧化过程中加入BS可以加速MET的降解,但降解产物不是DBPs的前体物,反而降低DBPs的生成量。DBPs的生成量,细胞毒性和基因毒性都随着预氧化剂量的增加而增加,当PM/BS的剂量超过50/250μmol L-1后这些值减小。p H值从6.5增加到8.5时,DCAN、TCNM和TCP的量不断增加,DCAN的增加量尤为明显,这导致毒性增加值得引起注意。这表明PM/BS降解污染物需控制在p H<7.0条件下,既能增大降解率,又能降低DBPs的毒性。PM/BS高度氧化并完全降解MET,PM/BS氧化MET后鉴定出8种的氧化中间体,而PM氧化只鉴定出4种中间体。2种氧化均能观察到MET三嗪环的氧化,氨基的裂解和环中双键的断裂,仅在PM/BS氧化时观察到羟基化。原水采用江河水和水厂的滤后水进行实验。原水的DBPs,TOC和UV254从上游到下游有逐渐增加的趋势,夏季和秋季的值高于春季和冬季。C-DBPs的生成量远高于N-DBPs。氯剂量的增加导致原水DBPs的生成量逐渐增加。采用PM和PM/BS(摩尔比1/5)对比研究发现,PM/BS的浓度为1/5μmol L-1时能降低A水厂DBPs的生成量,PM/BS浓度的增加导致DBPs的生成量先增加后降低;而PM预氧化会增加DBPs的生成量,PM剂量的增加导致DBPs的生成量逐渐增加。PM/BS的浓度为1/5μmol L-1时也降低B水厂DBPs的生成量,PM/BS浓度增加导致DBPs持续增加;PM预氧化会增加DBPs的生成量。这说明对于实际水体PM/BS预氧化的处理效果优于PM预氧化。低浓度的PM/BS预氧化既能降解污染物,又能降低DBPs的生成势,是一种值得推广的预氧化工艺。三维荧光分析显示两水厂主要包含芳香族蛋白质类有机物,微生物代谢产物及少量的富里酸类有机物和腐殖酸类有机物。三维荧光总强度与N-DBPs之间存在一定的线性关系(R2=0.60~0.81)。本文为以氨基酸,溶解性有机含氮农药微污染为主的水体提供合适的预氧化工艺来降低氯化后的DBPs,尤其是N-DBPs的生成量。对于以氨基酸微污染为主的水体,快速的氧化机制及阻碍DBPs的形成途径使得PM是最优的预氧化剂。对于以农药微污染为主的水体,PM/BS预氧化相比于PM预氧化可以加速农药的降解并降低DBPs的生成量及毒性,但需控制在p H<7.0下进行。实际水体的研究证实PM/BS预氧化的处理效果优于PM预氧化,是值得推广的预氧化工艺。