二氧化氯消毒副产物转化影响因素探析

饮用水中消毒剂浓度以及消毒剂与水中有机物反应产生的消毒副产物浓度直接影响水质是否达标,开展二氧化氯消毒副产物影响因素研究,对农村饮水安全工程建设具有一定指导意义。从安徽省农村饮水安全工程消毒工艺的特点和管网布局特征出发,将氯酸钠、亚氯酸钠作为二氧化氯消毒副产物的代表物质,选取温度、pH值、管材、光照和消毒剂类型及投加浓度等因素开展二氧化氯消毒副产物衰减试验研究,探析饮用水中消毒剂副产物转化因素的规律,研究认为,氯酸钠的转化受残余二氧化氯浓度、二价铁离子的影响,亚氯酸钠则受残余二氧化氯浓度、管网材质、亚铁离子的影响,农村饮水存在消毒剂余量不合格的情况。分析结果对提高农村饮水安全消毒效果及降低消毒剂副产物具有重要技术指导。

含氯消毒副产物的种类、危害与地表水污染现状

新型冠状病毒肺炎(COVID-19,简称“新冠肺炎”)疫情期间,含氯消毒剂被大量使用,含氯消毒剂会与水中本底存在的有机物反应生成含氯消毒副产物(CDBPs),CDBPs包括卤甲烷、卤乙酸、无机卤氧酸盐、卤代乙腈、卤化氰、卤化硝基甲烷、卤代乙醛和其他CDBPs.梳理了各类CDBPs的危害,结果表明:大部分CDBPs具有致癌、致畸和致突变的“三致”毒性,在自然水体中威胁水生生物安全和人群健康;虽然现阶段大量研究集中于饮用水中的消毒副产物,但也有少量研究证实地表水中已有消毒副产物的检出.新冠肺炎疫情期间含氯消毒剂使用量较大,建议对余氯呈阳性的地表水继续开展主要CDBPs的筛查,有针对性地开展监测,推动含氯消毒剂的合理使用;同时,应加强监管,在地表水质量标准修订时完善消毒副产物指标,在相关行业废水控制标准中增加消毒副产物指标,避免对地表水生态系统造成次生环境影响.

色谱-质谱联用法识别饮用水中新型含氮消毒副产物氯代亚胺

近年来,以氨基酸为前体物的含氮氯代消毒副产物成为饮用水安全保障研究领域的热点问题,其中氯代亚胺是具有嗅味特征的含氮消毒副产物,化学结构为R-CH=NCl。本研究基于气相色谱-质谱（GC/MS）法和高效液相色谱-质谱（HPLC/MS）法,鉴定识别了源于苯丙氨酸（phenylalanine,Phe）等氯代亚胺类消毒副产物;通过GC/MS谱图对其他未知消毒副产物进行定性分析,解析了苯丙氨酸氯消毒过程的转化规律。结果表明：在氯化过程中,缬氨酸（valine,Val）可生成异丙基氯代亚胺（isobutyrochloraldimine）副产物;苯丙氨酸可生成氯代苯乙亚胺（chlorophenylacetaldimine）、苯乙醛（phenylacetaldehyde）和二苯基吡啶（2,6-diphenylpyridine）等副产物;其反应途径为Phe与氯反应进行一氯取代和二氯取代生成氯代Phe和二氯代Phe,二氯代Phe能分解生成氯代苯乙亚胺类物质。采用液液萃取-HPLC分离提纯氯代苯乙亚胺,以GC/MS定量分析饮用水中氯代亚胺类消毒副产物的含量水平。结果发现,在某城市4座水厂的出厂水中均检出氯代苯乙亚胺,浓度为5.03～11.26μg/L。这说明原水中存在氨基酸类溶解性有机氮时,消毒过程会产生氯代亚胺类消毒副产物,导致饮用水存在此类消毒副产物的污染风险。

再生水做景观用水使用含氯消毒剂消毒的副产物及安全性

再生水消毒后主要作为城市杂用水利用，消毒副产物及其毒性的研究非常重要。在浓度为5～8mg／L的消毒剂（ClO2、HClO）量下，灭菌率能够达到100％。2种消毒体系均产生少量ClO2-、ClO3-；和CHCl3，对检验用水生生物未产生毒性。适当的选择消毒剂浓度，控制反应条件，能够实现再生水的安全回用。

气相色谱-质谱法检测饮用水新生含氮消毒副产物氯代乙酰胺

建立了气相色谱-质谱(GC-MS)法检测饮用水中新生致突变含氮消毒副产物(N-DBPs)二乙酰胺(DCAcAm)和三乙酰胺(TCAcAm)的分析方法。考察了GC/MS和GC/ECD两种检测仪器及不同样品前处理技术对氯代乙酰胺(CAcAms)的检测效果。对比发现,酸催化水解+GC/ECD的分析方法容易受其它消毒副产物(DBPs)的影响,直接液液萃取(LLE)+GC/MS更适合CAcAms的分析;乙酸乙酯(ETAC)的萃取效果优于DBPs分析常用萃取剂甲基叔丁基醚(MTBE)。在选定条件下,DAcAm和TAcAm在10～1000μg/L的范围内线性关系良好,r>0.9995;方法回收率在82.0%～111.9%之间;RSD小于10%;检出限(MDL)和测定限(RQL)均低于1μg/L。

复合二氧化氯消毒饮用水副产物含量分析

目的了解复合二氧化氯消毒饮用水产生的副产物含量及其影响因素,探讨饮用水中消毒副产物含量变化规律。方法对2008-2013年复合二氧化氯消毒的出厂水和管网末梢水的亚氯酸盐、氯酸盐、三氯甲烷等指标进行检测分析。结果出厂水和管网末梢水的各项检测指标合格率以及各消毒副产物的均值差异均无统计学意义(P值均>0.05);二氧化氯、耗氧量与消毒饮用水产生的副产物亚氯酸盐含量相关。结论复合二氧化氯消毒饮用水避免了有机副产物三卤甲烷污染的卫生问题,但还需提高二氧化氯转化率,并优化投加方式。

新型污染物氯代消毒副产物的生态环境及人体健康毒性效应研究进展

水消毒是保护人体健康免受病原体侵害并防止病原体在水中传播的基本策略,已被广泛应用于水质净化中.在水消毒过程中,消毒剂易与天然存在的有机物(如腐殖酸和富里酸)、无机物、污染物以及原水中存在的游离氯、溴或碘反应,生成新型污染物(emerging contaminants,ECs)消毒副产物(disinfection by-products,DBPs),其中氯代消毒副产物(chlorinated disinfection byproducts,Cl-DBPs)是检出率和浓度水平最高的一类.Cl-DBPs可引发内分泌紊乱及“三致”效应,对生态环境和人体健康均构成了一定的威胁,然而造成这些不良影响的毒性机制在很大程度上尚不清楚.因此,全面了解Cl-DBPs的毒性效应对保护生态环境和人体健康至关重要.本文综述了目前已发现的Cl-DBPs的种类和来源,探讨了Cl-DBPs及其混合物对水生生物、陆生生物、人体健康的毒性效应,为评价Cl-DBPs的环境风险提供科学依据.

气相色谱法测定饮用水中6种含氮类消毒副产物的含量

在饮用水制备过程中,为了控制原水中病原微生物,往往会加入强氧化剂进行消毒[1-4]。氯因其氧化性高、容易获得、成本低等特点,已成为我国生活饮用水主要消毒剂。然而,用氯进行消毒时,氯会与原水中的有机物发生反应,生成三氯甲烷、四氯化碳等,这些消毒副产物均具有较强毒性[5]。因此,自来水处理厂便开始寻求新型消毒剂或组合消毒形式来替代传统的氯消毒,氯胺等消毒替代品便被引入到水处理行业中[4-9]。虽然替代消毒剂能明显降低三卤甲烷等消毒副产物的产生,但同时会产生新的消毒副产物,尤其是氯胺会产生毒性更强的含氮类消毒副产物。常见的含氮类消毒副产物主要包括卤乙腈(HANs)、卤代硝基甲烷(HNMs)和N-二甲基亚硝胺(NDMA)等[10-16]。

二氧化氯无机消毒副产物的控制现状

二氧化氯(ClO_(2))处理饮用水生成的无机消毒副产物亚氯酸盐(ClO_(2)(-))和氯酸盐(ClO-3)对人体健康有潜在危害,引起了世界范围的强烈关注。目前,国内外对控制ClO_(2)无机消毒副产物已有广泛研究。文章总结了ClO_(2)无机消毒副产物的各类来源,并针对性从发生器优化、反应过程控制以及生成后去除3方面,详细讨论了饮用水ClO_(2)无机消毒副产物的控制研究进展。文中提出在源头控制中“优选反应器、优化杂氯”,在消毒过程中“多种方式结合”,以控制无机消毒副产物的生成。此外,消毒后可使用活性炭、Fe^(2+)、硫化物、氧化法等技术去除无机消毒副产物。最后总结了当前研究存在的问题,并展望了未来研究的发展方向。

含碘水折点加氯过程中消毒副产物的生成影响机制

文中重点考察含碘水折点加氯过程中消毒副产物(DBPs)的生成特性,包括常规含碳类DBPs(C-DBPs)和新型含氮类DBPs(N-DBPs)。旨在通过探索不同碘离子浓度(I^-)、溴碘摩尔比(Br^-/I^-)、天然有机物(NOM)浓度以及pH条件下C-DBPs和N-DBPs的生成趋势,寻求一种最佳的氯投加方式,从而减少消毒副产物的生成。试验研究结果表明,当水中只存在I^-时,沿折点加氯曲线生成的C-DBPs和N-DBPs主要是三氯甲烷(TCM)和二氯乙腈(DCAN),且随着加氯量的增加,TCM和DCAN生成浓度均逐渐增加,折点以后浓度增加更明显。当加氯量一定时,随着I^-浓度的升高,TCM和DCAN生成量反而略有下降。而当水中同时含有Br^-、I^-时,折点加氯过程中会额外产生多种具有更高细胞毒性的溴代C-DBPs[二溴一氯甲烷(DBCM)、一氯二溴甲烷(CDBM)和三溴甲烷(TBM)]和溴代N-DBPs[一溴一氯乙腈(BCAN)和二溴乙腈(DBAN)]。随着Br^-/I^-增加,TBM和DBAN浓度逐渐升高并成为主要DBPs。随着NOM浓度升高,TCM和DCAN生成量增大并逐渐饱和。pH不仅会影响折点加氯过程中氯形态变化,还会影响DBPs的生成,其中pH值=6.0时TCM生成量最少,pH值=8.0时DCAN生成量最少。

鱼油氯胺消毒过程中溴代和碘代含氮消毒副产物的生成

本研究采用鱼油作为模拟化合物,模拟微污染原水中广泛存在的生物源有机物的脂肪类组成成分,考察氯胺消毒过程中溴代和碘代含氮消毒副产物(nitrogenous disinfection by-products,N-DBPs)的生成情况.结果表明,鱼油经氯胺消毒后,生成的溴代和碘代N-DBPs主要包括一溴乙腈(bromoacetonitrile,BAN)、二溴乙腈(dibromoacetonitrile,DBAN)、一溴硝基甲烷(bromonitromethane,BNM)、一碘乙腈(iodoacetonitrile,IAN).其中,在本研究考察范围内,BAN、DBAN与BNM的生成量会随溴离子和总有机碳(Total Organic Carbon,TOC)浓度的增加而增加;当溴离子浓度为5 mg·L^(−1),TOC为20 mg·L^(−1)时,BAN、DBAN与BNM的最大生成量分别为71.15、192.36、27.52μg·L^(−1).IAN的生成量则随碘离子和TOC浓度的增加而增加;当碘离子浓度为0.5 mg·L^(−1),TOC为20 mg·L^(−1)时,IAN的最大生成量为106.95μg·L^(−1).当氯胺的投加量从5 mg·L^(−1)增加到100 mg·L^(−1)时,BAN、DBAN、BNM与IAN的生成量分别从4.62、33.75、3.75、10.29μg·L^(−1)增加到49.69、218.40、22.34、123.44μg·L^(−1).4种N-DBPs的生成量均随消毒时间的延长而增加,在消毒72 h后,4种N-DBPs的生成量均达到最大值.3种卤乙腈类N-DBPs(BAN、DBAN与IAN)的生成量均随初始pH的增加呈现出先增加后减少的趋势,而BNM的生成量则随初始pH的增加而不断减少.

安全氯化消毒工艺的消毒副产物控制

在天津市某水厂进行了新型安全氯化消毒工艺———短时游离氯后转氯胺的顺序消毒工艺的中试,结果表明,进水相同时安全氯化消毒工艺比传统的游离氯消毒工艺产生的三卤甲烷减少了35.8%～77.0%,卤乙酸减少了36.6%～54.8%。消毒接触池进水水质越差,短时游离氯后转氯胺的顺序消毒工艺在控制消毒副产物方面就越有优势。试验中还获得了含较高浓度溴离子原水的消毒副产物生成特性。

二氧化氯与氯联合消毒减少消毒副产物

以武汉汉江水为研究对象,分别采用Cl2、ClO2、ClO2+Cl2等方式进行间歇消毒处理试验,探讨不同配比的ClO2+Cl2消毒对饮用水中有害副产物生成的影响。结果表明,与单一ClO2、Cl2消毒相比,ClO2+Cl2消毒水样中的剩余ClO-2可减少7.5%～28.4%,CHCl3可减少66.6%,非挥发性有机物对TA98的致突变比活性可降低7.06%～36.60%,对TA100可降低13.66%～47.03%。ClO2+Cl2消毒的配比为2∶(2～4)mg/L时,水样中生成的有害消毒副产物相对较少。

氯胺消毒对消毒副产物的控制研究

采用氯胺消毒与自由氯相比能够降低二氯乙酸和三氯乙酸生成量,氯与氨氮比值降至4∶1,总卤乙酸的生成量可以降低69.1%,三卤甲烷的总量降低了89%,减少了一种消毒副产物———二溴一氯甲烷.氯胺消毒所生成的副产物与氯胺的投加量线性相关性好;氯胺消毒增加接触时间对消毒副产物的生成量影响小,三氯乙酸的生成量4 h后基本稳定,二氯乙酸和三氯甲烷的生成量24 h后基本趋于稳定;升高pH有利于降低氯胺消毒副产物的生成量及副产物的种类,当pH至8时没有检测到一溴二氯甲烷,三卤甲烷的总量也比pH=7时减少82.3%,二氯乙酸和三氯乙酸都降低,二氯乙酸减少程度比三氯乙酸减少的程度略大;采用氯胺消毒能够很好的控制自由氯消毒所产生的溴代消毒副产物.

二氧化氯与氯联合消毒对饮用水中消毒副产物的影响

为了研究二氧化氯与氯联合消毒工艺过程中消毒副产物的形成规律以及特点,探讨二氧化氯对氯化消毒副产物的控制效果,对我国北方某市使用同一水源的4家水厂消毒工艺进行全面的采样与检测,并对各项消毒副产物检测结果进行了全面的分析.结果表明,二氧化氯与氯联合消毒比单纯液氯消毒形成的三卤甲烷平均降低74.39%,卤乙酸平均降低40.65%.在控制氯酸盐及亚氯酸盐生成方面,使用纯二氧化氯发生器生成的氯酸盐要显著低于化学法复合二氧化氯发生器.

预氯胺化控制消毒副产物技术研究

把氯胺作为一种预氧化剂,研究了预氯胺化工艺中消毒副产物的生成及变化规律。经研究发现,原水中含有一定浓度的氨氮可以有效地降低总三卤甲烷(TTHMs)的生成。TTHMs随着氯胺量的增加而略有增加;预氯胺化反应48h后TTHMs不再明显增加;随着pH值的升高,TTHMs(主要是溴代三卤甲烷)明显减少;随着氯氮比的增加,溴代三卤甲烷生成量明显升高,经分析认为可能是pH值和氯氮比对溴离子(Br-)与氯胺的卤代反应影响较为复杂造成的。

氯胺消毒对卤乙酸类消毒副产物的控制研究

对影响氯胺消毒副产物的因子进行了研究,结果表明:降低氯与氨氮的比值能够降低卤乙酸消毒副产物生成总量,当氯与氨氮比降至5:1时,氯胺消毒产生卤乙酸的总量比氯消毒能够减少69.1%;消毒副产物的生成量与氯胺的投加量呈很好的线性关系;延长接触时间对氯胺消毒副产物的生成量影响小;pH升高能够减少卤乙酸类消毒副产物的生成量;升高温度对卤乙酸生成量的影响很小。采用氯胺取代氯消毒能够很好控制卤乙酸类消毒副产物。

污水氯化/脱氯消毒副产物的生物毒性

利用发光细菌法考察了氯化/脱氯消毒后污水的生物毒性及余氯形态、氨氮浓度和有机物含量等对消毒后污水生物毒性的影响。研究发现,经氯化/脱氯消毒后污水的生物毒性显著增强;当余氯呈化合态时污水的生物毒性随投氯量的增大而增强,污水对发光细菌的发光抑制率与投氯量的对数有较好的线性关系;当余氯呈游离态时,污水的生物毒性随投氯量的变化出现了峰值,继续增大投氯量后生物毒性有所减小;氨氮有削弱消毒后污水生物毒性的倾向,而有机物则有增强消毒后污水生物毒性的倾向。

二氧化氯及与次氯酸钠联用的消毒方式对消毒副产物的控制

文中介绍了以我国南方某水库水为研究对象,模拟水厂净水工艺,采用二氧化氯及与次氯酸钠联合消毒,观察改变投加顺序、投加点和投加比例后消毒副产物生成情况。结果表明,二氧化氯和次氯酸钠在总投加量1.8 mg/L条件下皆能达到灭菌效果,但单独使用二氧化氯消毒时亚氯酸盐超出国标限值。二氧化氯联合次氯酸钠消毒时,亚氯酸盐浓度皆低于0.7 mg/L,且氯代消毒副产物远低于国标限值。相同投加量下次氯酸钠+二氧化氯的投加顺序所生成的亚氯酸盐比二氧化氯+次氯酸钠少62.8%。分散两点投加与三点投加对控制亚氯酸盐效果不明显,生成的亚氯酸盐与二氧化氯投加量有直接关系。

氯胺消毒对不同有机物生成消毒副产物的影响

在将有机物分级和分类的基础上,研究了氯胺消毒对不同类有机物生成消毒副产物的影响.试验结果表明:对于亲水性和强疏水性有机物,氯胺消毒主要减少溴代三卤甲烷(CHCl2Br和CHClBr2)的生成;对于弱疏水性有机物,氯胺消毒主要减少二溴乙酸(DBAA)和三氯甲烷(CHCl3)的生成;氯胺消毒能使分子量小于10 ku的有机物生成三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的量明显降低,并且随着有机物分子量的升高,氯胺消毒的影响效果有一定程度的减弱.