氯代酮/醛类消毒副产物的生成机理及其在常规净水工艺中的生成潜能评估

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cai2001m
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消毒副产物(DBPs)是一类具有“致畸、致癌、致突变”作用的物质,对饮用水安全产生极大威胁。卤代酮(HKs)和卤代醛(HAs)作为新兴消毒副产物,在饮用水中的含量仅次于三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)和卤乙腈(HANs),其在自来水出厂水中的浓度均能达到μg·L-1级别,且在消毒体系中常被一同检出,因此近年来受到广泛关注。卤代酮/醛类消毒副产物的形成及控制研究对饮用水安全保障具有重要意义。本文以两类典型新兴消毒副产物氯代酮(CKs)(二氯丙酮,1,1-DCP;三氯丙酮,1,1,1-TCP)和水合氯醛(CH)为研究对象,探究其在氯消毒体系中的生成机理并评估其在常规净水工艺中的生成潜能。以常见的6大类共14种天然有机物为对象,研究了不同有机物在氯化消毒过程中的氯代酮/醛生成潜力。结果表明,富里酸、柠檬酸、苹果酸、L-苏氨酸和L-天冬酰胺具有较高的氯代酮/醛生成势。有机物生成氯代酮/醛的过程主要包括2个阶段:首先前驱物经氧化、脱羧等过程生成乙醛和丙酮,其次被逐步氯代生成氯代醛和氯代酮。实际水体的消毒实验表明,氯代酮/醛的生成势与水样中有机物的浓度无必然联系,但与水样中醇羟基及羰基官能团的含量呈正相关(R2=0.690.98)。氯消毒过程中,加氯量、pH、溴离子和金属离子等因素对氯代酮/醛的生成势均存在影响。1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成势与加氯量之间存在良好的线性关系(R2=0.870.99),其生成势随着加氯量的增加而提高。pH条件对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成势影响较大,当pH从5增加到9时,生成势均呈现先升高后降低的趋势:在中性条件下1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成量最大,而在碱性条件下,其生成势明显低于中性和酸性条件。溴离子的存在会抑制1,1,1-TCP和CH的生成,其抑制程度与溴离子浓度呈正相关,但在以柠檬酸为前驱物时,溴离子却促进CH的生成;低浓度的溴离子会促进1,1-DCP的生成,但当溴离子浓度高于0.25 mmol·L-1时,1,1-DCP的生成量亦会受到抑制。Fe3+和Cu2+对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成势均有不同程度的促进,且金属离子浓度越高,促进效果越明显,当金属离子浓度为5 mg·L-1时,对1,1-DCP和1,1,1-TCP的促进作用极为显著(p<0.01),对CH的促进显著(p<0.05)。预氧化工艺、混凝沉淀工艺以及深度处理工艺对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH生成潜能的影响各不相同:对于高锰酸钾(KMnO4)或臭氧(O3)预氧化工艺,以富里酸为前驱物时,对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成量均有显著的促进作用(p<0.05);对于小分子有机酸,以柠檬酸为前驱物时,KMnO4预氧化技术对其生成CKs和CH有一定的促进作用,以L-苏氨酸和L-天冬酰胺为前驱物时,经KMnO4预氧化后,CKs得到促进,CH却被抑制;O3预氧化工艺对小分子有机酸生成的1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH生成量均有所抑制。混凝沉淀工艺对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的生成表现出抑制作用,其抑制效果均在20%以下。深度处理工艺段对1,1-DCP、1,1,1-TCP和CH的去除效果极为明显:活性炭吸附对其去除率达到52.63%66.89%;NF膜可达到69.26%83.17%;RO膜去除效果最佳,可达到99.49%99.76%。
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