饮用水中典型含氮消毒副产物二氯乙腈的研究进展

二氯乙腈(DCAN)是氯化消毒过程中产生的一种含氮消毒副产物(NDBPs)。DCAN具有强烈的遗传毒性和致突变性,逐渐引起人们的广泛关注。结合国内外最新研究成果,介绍了DCAN的分析方法,以及影响其产生的因素,并对今后的研究方向进行了展望。

太湖水源中二氯乙腈前体物特性及其去除

从有机物性质角度对二氯乙腈前体物进行分析,探究太湖流域某深度处理水厂各工艺单元对二氯乙腈生成势的去除。试验结果表明,水厂原水中亲水性有机物、分子量小于1 k Da或大于10 k Da的有机物是二氯乙腈的主要前体物。深度处理工艺水厂对二氯乙腈前体物的去除率高达79.3%,其中O_3/BAC工艺的贡献率远高于常规工艺。

高铁酸钾去除二氯乙腈的试验研究

采用高铁酸钾降解饮用水中的二氯乙腈(DCAN),考察了反应时间、高铁酸钾投加量、温度和pH对DCAN降解速率的影响。结果表明,当高铁酸钾投加量恒定时,DCAN去除率随时间延长而增加,反应30 min后DCAN去除率基本保持不变。DCAN初始质量浓度不变时加入高铁酸钾,DCAN去除率随高铁酸钾用量的增加而增大。pH对高铁酸钾去除DCAN效果的影响较大,pH为6.5时效果最好。升高温度能一定程度上促进高铁酸钾与DCAN的氧化还原反应。高铁酸钾去除DCAN符合一级反应动力学规律。

饮水消毒副产物二氯乙腈对HepG2细胞周期的影响

目的研究p53基因和chk1基因在饮水消毒副产物二氯乙腈(dichloroacetonitrile,DCAN)对HepG2细胞周期阻滞过程中的影响。方法以二甲基亚砜(DMSO)溶解DCAN,以DMSO处理人肝癌细胞(Hep G2细胞)为对照组,分别以低、高浓度(50、400μmol/L)DCAN染毒Hep G2细胞24 h。采用碘化丙啶(PI)标记的流式细胞技术检测细胞周期分布情况,实时荧光定量聚合酶链反应(qRT-PCR)检测p53基因和chk1基因mRNA表达的改变。结果与对照组比较,400μmol/L处理组G1期细胞比例明显减少,G2期细胞比例明显增加,差异均有统计学意义(P<0.05);400μmol/L DCAN作用于Hep G2细胞后下调了p53的表达,差异有统计学意义(P<0.05),而对chk1的表达没有影响。结论高浓度的DCAN能明显延长HepG2细胞的G2期,并可抑制p53的mRNA表达水平,但对chk1的mRNA表达水平无影响。

污水深度处理次氯酸钠消毒副产物二氯乙腈的生成影响研究

针对城市污水处理厂二级出水消毒过程中产生消毒副产物的问题,以二氯乙腈(DCAN)为研究对象,采用次氯酸钠作为消毒剂,对城市污水处理厂二级出水进行消毒的过程中,次氯酸钠投加量、消毒反应时间、反应温度、pH等4个因素对DCAN生成的影响进行了考察。结果表明,次氯酸钠的投加量对DCAN的生成具有较大影响。随着次氯酸钠投加量的增加,DCAN的生成量随之增加;当反应时间达到3.5h时DCAN的生成量达到最大值,此后DCAN的含量开始缓慢降低;随着温度的升高DCAN的生成量随之增加;偏酸性条件下DCAN的生成量高于偏碱性条件。

H_2O_2对含氮消毒副产物二氯乙腈、二溴乙腈去除及影响因素研究

为了解H_2O_2在实际处理饮用水中有机物的效果,研究了过氧化氢(H_2O_2)在常温常压下对氯化消毒副产物二氯乙腈(DCAN)和二溴乙腈(DBAN)去除效果及影响因素的规律,探究了H_2O_2投加量、初始pH值和反应物初始质量浓度对DCAN和DBAN去除效率的影响。结果表明,H_2O_2能较好地氧化降解DCAN和DBAN。当H_2O_2单独去除一种卤乙腈(Haloacetonitriles,HANs)时,加大反应物初始质量浓度促进氧化降解DCAN和DBAN的效果不明显,当反应5 min、反应物初始质量浓度为250μg/L时,DCAN和DBAN的去除率最高;过高或过低的pH值会抑制氧化反应的进行,pH=7. 5时,DCAN和DBAN的去除率达到最大,分别为46. 47%和43. 41%; H_2O_2在一定投加量(15～35 mmol/L)范围内,随H_2O_2浓度增加,DCAN、DBAN的去除率分别呈现先增加后降低和先增加后平缓的趋势,二者的H_2O_2最佳浓度分别为25 mmol/L和30 mmol/L。

生物活性炭工艺对二氯乙腈生成势去除机理

针对典型的含氮消毒副产物-二氯乙腈,选取以太湖为水源的水厂,结合有机物分子量分布,探究生物活性炭滤池对其生成势的去除效果。结果表明,A活性炭滤池对二氯乙腈生成势的平均去除率为35.85%,然而,使用时间更长的B活性炭滤池则为14.22%。对A和B两种活性炭滤池的出水差异进行分析,发现活性炭吸附作用和微生物代谢作用是其原因,其中微生物降解是主要因素,B活性炭滤池可产生更多的氨基酸、氨基糖、多糖和蛋白质,对有机物的代谢强度低于A活性炭滤池。因此,虽然生物活性炭池对二氯乙腈生成势去除效果较好,但仍需定期检测,及时更换。

二氯乙腈对大肠杆菌基因表达的影响

为探究二氯乙腈(DCAN)对大肠杆菌(E.coli)基因表达的影响及相应的毒性作用,采用自组织映射(SOM)聚类及剂量效应关系分析方法考察了E.coli在不同剂量DCAN暴露120min过程中其基因表达状况.结果表明:随时间及浓度改变E.coli基因表达具有动态性;在DCAN浓度为1.429×10^(-3)mg/L时,多个参与应急反应(SOS response)调节、氧化还原应激及普通应激的基因启动子活性发生改变,导致DNA损伤、氧化应激加剧,细胞生物化学和物理稳态可能受到干扰;此外,毒性终点结果表明DNA损伤是DCAN主要的毒性作用模式.

毛细管气相色谱法检测管网末梢水中二氯乙腈

目的建立毛细管气相色谱法检测管网末梢水中二氯乙腈(DCAN)含量的分析方法。方法采集G市大学城5所大学的管网末梢水,采用OV 1701毛细管色谱柱和电子捕获检测器进行测定。结果0.1~40μg/L DCAN线性关系良好,相关系数0.9996。G市大学城饮用水管网末梢DCAN含量0.25~0.48μg/L。结论毛细管气相色谱法检测城市饮用水管网末梢DCAN可提高分离效率,节省分离时间。操作简单快速,精密度、准确度较高,值得推广。

不同臭氧生物活性炭工艺对二氯乙腈前体物的去除效能

以典型的含氮消毒副产物(N-DBPs)--二氯乙腈(DCAN)为例,研究臭氧-上向流生物活性炭(O3-UBAC)工艺和臭氧-下向流生物活性炭(O3-DBAC)工艺的去除效能差异,并结合DON、分子量分布、亲疏水性和三维荧光光谱探究其差异机理。结果表明,O3-UBAC工艺对DCAN生成势(DCANFP)、DON、分子量<3 kDa的有机物、亲疏水性有机物,以及芳香族蛋白质和类可溶性生物产物有机物的平均去除率分别为58.31%、61.60%、49.22%、46.60%、62.17%和82.08%,而O3-DBAC工艺对相应指标的平均去除率分别为48.72%、50.79%、21.16%、27.32%、47.37%和43.04%。因此,O3-UBAC工艺比O3-DBAC工艺对DCAN前体物的净化效能要好。

二氯乙腈对HepG2细胞凋亡的影响

目的探讨饮水消毒副产物二氯乙腈(dichloroacetonitrile,DCAN)对Hep G2细胞凋亡的影响及相关调控机制。方法二甲基亚砜(DMSO)溶解DCAN,以DMSO处理人肝癌细胞(Hep G2细胞)为对照组,分别以50μmol/L、100μmol/L、200μmol/L、400μmol/L DCAN染毒Hep G2细胞为处理组,培养24 h后通过Annexin V/PI流式细胞分析法检测细胞凋亡情况,用荧光测定法观察Caspase 3酶活性,蛋白质印迹法(Western blotting)技术检测Hep G2细胞pro-caspase 3和P53蛋白的表达情况。结果与对照组相比,400μmol/L DCAN处理组可诱导Hep G2细胞凋亡(P<0.05),各处理组细胞内Caspase 3酶活性随着染毒剂量的增加而显著升高(P<0.05)。DCAN作用于Hep G2细胞后pro-Caspase 3和P53蛋白含量呈下降趋势,当染毒浓度达到200μmol/L以上时,pro-Caspase 3和P53蛋白表达明显低于对照组(P<0.05)。结论高浓度的DCAN可通过激活Caspase 3诱导Hep G2细胞凋亡。

《饮用水中N-二甲基亚硝胺、二氯乙腈、二溴乙腈水质标准》编制解读

《饮用水中N-二甲基亚硝胺、二氯乙腈、二溴乙腈水质标准》在大量调研的基础上,结合生产实际和国家“十三五”水体污染控制与治理科技重大专项课题“太湖流域饮用水安全保障工程技术与综合管理技术集成研究”之任务“标准外优先控制污染物标准研究与制订”(2017ZX07201005-003)相关研究成果,并在广泛征求各方意见后完成制定,由上海市净水技术学会发布。本标准的主编单位为上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司。参编单位包括同济大学、上海城投水务(集团)有限公司、上海浦东威立雅自来水有限公司。标准首批执行单位为上海市供水调度监测中心、上海城投水务(集团)有限公司制水分公司、上海浦东威立雅自来水有限公司、上海市北宝山自来水有限公司、上海浦东新区自来水有限公司。

天冬氨酸在氯化过程中生成消毒副产物二氯乙腈的研究

选择甲基叔丁基醚为萃取剂,1,2-二溴丙烷为内标物,采用气相色谱/质谱法,建立了含氮消毒副产物二氯乙腈（DCAN）的测定方法.以天冬氨酸为前体物,研究饮用水氯化消毒过程中二氯乙腈的形成过程及影响因素,并探讨了二氯乙腈的生成机制.结果表明,在酸性及中性条件下,DCAN的生成量随着p H值的增大而增大,在碱性条件下,DCAN的生成量随着p H值的增大而减小,并且碱性条件下DCAN的生成量明显比中性和酸性条件下低.投氯量增加,DCAN的生成量也随之不断提高.在10^30℃范围内,温度对形成DCAN的影响不大.天冬氨酸氯化形成DCAN的过程包括7个步骤,经过一系列包括取代、脱羧、氧化等反应后,最终形成DCAN.

UV氧化去除含氮消毒副产物二氯乙腈和二溴乙腈的效能

采用紫外光(UV)对二氯乙腈(DCAN)和二溴乙腈(DBAN)的去除效果进行研究,考察不同初始浓度、pH值、UV强度等因素对降解效果的影响。结果表明:DCAN和DBAN的去除率随其初始浓度的增加而上升。当DCAN和DBAN的初始浓度均为250μg/L时,其去除率达到最高分别为23. 26%和98. 12%。随着pH值的升高,DCAN的去除率逐渐上升,在pH值为9. 5时达到最高值25. 20%;DBAN的去除率呈先上升后下降的趋势,当pH值=7. 5时,去除率达到最大值96. 88%。UV强度的变化并没有对DCAN和DBAN产生明显影响,其中DCAN只有微量的提升。UV在以上实验条件下对DCAN和DBAN均有去除效果,其中对DBAN的去除效果较好。

顶空-毛细管气相色谱法测定水中二氯乙腈

建立顶空-毛细管气相色谱法测定地表水和饮用水中的二氯乙腈(DCAN)含量。测定中采用HP-INNOWAX色谱柱,并采用电子捕获检测器进行测定。结果表明,方法浓度测定范围达到0.100~2.00μg/L,工作曲线回归方程的相关系数为0.998 5;方法检出限(3 S/N)为0.050μg/L,在加标量为0.500、1.00、1.50μg/L时,平均回收率为92.0%~102%,测定结果的精密度(RSD)为3.2%~3.9%,满足地表水和饮用水的检测要求。

臭氧/上向流BAC工艺去除二氯乙腈前驱物的优化

为了获得以长江水为水源的上向流生物活性炭滤池工艺去除含氮消毒副产物——二氯乙腈(DCAN)前驱物的最佳运行参数,采用Central Composite Design响应面法对炭池膨胀率、臭氧投加量以及反冲洗周期3个因素进行优化并得到回归模型。在膨胀率为27%、臭氧投加量为1.52 mg/L以及反冲洗周期为9.5 d的条件下,臭氧/上向流生物活性炭工艺对DCAN前驱物的去除率可达64.4%。同时,借助三维荧光光谱分析发现,该工艺能够很好地去除芳香族蛋白质和类溶解性微生物产物,而这两类有机化合物是DCAN的主要前驱物。此外,通过生物群落分析发现,Alphaproteobacteria、Bacilli和Betaproteobacteria为优化后生物活性炭上的优势菌属。

二氯乙腈对LO2细胞周期的影响及其相关调控机制的研究

目的探讨二氯乙腈(dichloroacetonitrile,DCAN)对细胞周期的影响及其相关的调控机制。方法用二甲基亚砜(DMSO)溶解DCAN,以DMSO处理人胚肝细胞(LO2细胞)为对照组,采用Cell Counting Kit-8试剂盒检测0~5 000μmol/L DCAN对细胞存活率的影响,分别用10、50、100、500μmol/L DCAN处理LO2细胞为染毒组,以碘化丙啶(PI)标记的流式细胞技术检测细胞周期分布情况,以实时荧光定量聚合酶链反应(q RT-PCR)检测chkl基因、chk2基因、p53基因和bcl-2基因m RNA表达的改变。结果 CCK-8结果显示:随DCAN浓度增加LO2细胞存活率降低,DCAN引起LO2细胞的IC_(50)为583.25μmol/L;与对照组比较,500μmo I/L DCAN处理组G1期细胞比例明显减少,G2期细胞比例明显增加,差异均有统计学意义(P<0.05);500μmo I/L DCAN作用于LO2细胞后上调了p53的表达,下调了bcl-2和chk2的表达,差异有统计学意义(P<0.05),而对chkl的表达没有影响。结论 DCAN可能通过上调p53和下调bcl-2的表达使细胞阻滞于G_2期。

UV/H_(2)O_(2)氧化丙氨酸对氯化中二氯乙腈生成的影响

采用水处理过程中常用的紫外/过氧化氢(UV/H_(2)O_(2))高级氧化工艺对水中典型的氨基酸——丙氨酸进行预处理,研究了后氯化过程中代表性含氮消毒副产物二氯乙腈的生成情况。研究发现,UV/H_(2)O_(2)工艺中产生的羟基自由基对丙氨酸进行α碳氢抽取和氨基氢抽取,在20 min反应时间内主要生成3种产物:HN=C(CH_(3))—COOH、CH_(3)—CH=NH和CH_(3)—C≡N,这3种产物相比丙氨酸具有更高的二氯乙腈生成势,因此强化了后氯化过程中二氯乙腈的生成。进一步研究UV/H_(2)O_(2)预处理时间、丙氨酸浓度、pH和水基质成分(HCO_(3)^(-)、Cl^(-)、NO_(3)^(-))对二氯乙腈生成势的影响,结果表明,随着UV/H_(2)O_(2)预处理时间从0增至30 min,二氯乙腈生成势先升高后降低,并在20 min时达到最大值;丙氨酸浓度的升高和pH的降低有利于二氯乙腈的生成;HCO_(3)^(-)和Cl^(-)的存在会抑制二氯乙腈的生成,而NO_(3)^(-)对二氯乙腈的生成无明显影响。

乙腈-水相1,4-二氯苯在铂电极上的电氧化行为

The mechanism and characteristics of electrochemical oxidation of 1,4-dichlorobenzen in simulated wastewater were investigated on a platinum electrode.The cyclic voltammetric profiles showed that the oxidation peak potential and current density increased with the increase of the concentration of 1,4-dichlorobenzene,nevertheless,the oxidation potential of 1,4-dichlorobenzene in acetonitrile-aqueous solution was smaller than that in acetonitrile solution.Chronoamperometric experimental results suggested that the 1,4-dichlorobenzene degradation included both direct electro-oxidation of 1,4-dichlorobenzene by loss of electrons and indirect oxidation with anodically formed free radicals.Additionally,parachlorophenol,1,4-benzoquinone,maleic acid,oxalic acid,acetic acid,and formic acid were identified as main electro-oxidation products by ion chromatography or high performance liquid chromatography.Moreover,a yellow polymer film,which influenced the electrochemical oxidation process,was clearly identified as a rough surface after electrochemical reaction in comparison to a smooth and glossy surface of platinum electrodes without polymer film as observed from SEM image.

二氯乙腈诱导HepG2细胞凋亡及机制研究

目的研究二氯乙腈(DCAN)对人肝肿瘤Hep G2细胞凋亡的作用及其机制。方法用二甲基亚砜(DMSO)溶解DCAN,以DMSO处理的Hep G2细胞作为对照组,50和800μmol/L的DCAN处理的Hep G2细胞作为处理组,采用Cell Counting Kit-8(CCK-8)试剂盒检测细胞活力,流式细胞术(FCM)检测细胞周期分布情况,Annexin V-FITC/PI双标记法测定细胞凋亡率;荧光测定法检测Hep G2细胞内天冬氨酸特异性半胱氨酸蛋白酶-3(caspase-3)活性。结果DCAN处理浓度和处理时间存在交互效应(P<0.001),与对照组比较,DCAN可明显抑制Hep G2增殖,呈现时间和剂量效应(P<0.05);与对照组比较,800μmol/L DCAN处理组G_0/G_1期比例明显减少,G_2/M期细胞比例明显增加;DCAN诱导的Hep G2细胞凋亡随着浓度的增加而增加,呈剂量-效应关系,回归方程为y=0.031x+5[决定系数(R^2)=0.915,F=64.782,P<0.001];DCAN诱导的Hep G2细胞内caspase-3酶活性随着处理浓度的增加而增加,呈剂量-效应关系,回归方程为y=0.001 6x+1(R^2=1.000,F=21 266.064,P<0.001)。结论DCAN可抑制Hep G2细胞增殖并诱导细胞凋亡,其机制可能与G_2/M期细胞阻滞、抑制RNA和蛋白质的合成并激活细胞内caspase-3凋亡途径有关。