饮用水厂消毒副产物有机前驱物及碘代三卤甲烷分布调查

消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)有机前驱物是饮用水消毒过程DBPs生成的重要反应物。饮用水处理各工艺对有机前驱物去除效率意义重大。本文一方面调查了饮用水处理各个工艺的有机前驱物去除效果,另一方面又分析了这些有机物去除对碘代三卤甲烷(iodinated trihalomethanes,I-THMs)生成情况的影响。受到不同有机前驱物结构与性质的差异,活性炭吸附和生物预处理对以太湖为原水的WDWTP水厂中的藻类有机物(algal organic matter,AOM)组分去除有效,而臭氧工艺对以长江为原水的YDWTP水厂的AOM有一定去除效率,但是也增加了部分碘离子的释放。I-THMs在WDWTP水厂原水与出水的浓度分别为53.9 ng·L^(-1)与206.2 ng·L^(-1),而在YDWTP则分别为38.0 ng·L^(-1)和30.3ng·L^(-1)。

水源水Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对天然有机物的组成特征及消毒副产物生成势的影响

溶解有机物(DOM)普遍存在于地表水源中,是饮用水消毒副产物的重要前驱物.本研究考察了Fe(Ⅵ)与Mn(Ⅶ)预氧化对浙江东部某水源水中DOM的组成特征及消毒副产物生成势的影响.运用三维荧光光谱(3D-EEMs)分析了两种氧化剂在不同的浓度梯度下对水样进行预氧化后,水样DOM的荧光光谱特性、荧光特征参数和荧光组分等的变化情况,及氯化后消毒副产物(DBPs)的生成情况.结果表明,水源水水样DOM的来源主要为陆源与内源混合且具有一定的腐殖质化程度,Mn(Ⅶ)和Fe(Ⅵ)预氧化不仅对荧光DOM具有较好的降解效果,对腐殖质类DOM也具有一定的降解作用.在DBPs的生成势方面,Mn(Ⅶ)预氧化对三氯甲烷(TCM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象,对二氯乙腈(DCAN)的生成势具有一定的减弱作用.而Fe(Ⅵ)预氧化对三氯丙酮(1,1,1-TCP)、溴氯乙腈(BCAN)、二溴乙腈(DBAN)和DCAN的生成势均具有明显的降低作用,对二氯一溴甲烷(DCBM)、二溴一氯甲烷(DBCM)和三溴甲烷(TBM)生成势的变化呈现出先增强后减弱的现象.研究结果推动了水源水氧化消毒工艺的发展并为相关研究提供理论指导.

原水天然有机物化学特性与消毒副产物关系

原水氯消毒过程中,氯会与水中的天然有机物(NOM)反应,生成三卤甲烷、卤乙酸等消毒副产物(DBPs)。为了选择有效的饮用水净化工艺,控制消毒副产物的生成,研究天然有机物的化学特性及与消毒副产物的关系,是十分必要的。在总结NOM相似组分化学分离方法的基础上,概括了不同水源中NOM及各组分溶解性有机物(DOC)的含量、对消毒副产物的贡献、化学组成以及可能生成DBPs的化学结构。不同水源中NOM及各组分DOC含量不同,相同组分对消毒副产物的贡献也有很大的差别,且NOM各组分的化学组成有一定的重叠,对生成DBPs的化学结构需继续研究。

水库水中有机物特性对生成消毒副产物的影响

饮用水中消毒副产物(DBPs)对人体健康构成极大威胁,明确水源水中有机物的特性及对DBPs生成的影响,是实现DBPs有效源头控制的关键环节。研究探讨了上海某水库水源水中有机物不同组分与消毒副产物生成潜能之间的关系,为水处理工艺及饮用水安全保障技术研究提供基础性数据。结果表明,水样中亲水性有机物比例占到60%左右;各组分的相对分子质量分布情况以小于1 000的小分子为主;加强消毒前水处理工艺对亲水性和小分子有机物的去除,可以有效控制DBPs的生成。

藻源型有机物氯化消毒副产物的生成特性

通过亲水、疏水组分分离和电渗析获得6种不同特性的铜绿微囊藻细胞胞内外富氮有机组分,其中溶解性有机氮（DON）的质量浓度范围为0.57～1.69 mg/L;三维荧光光谱图表明,疏水性有机物主要由类腐殖质物质组成,亲水性有机物主要由蛋白质组成.经过3天氯化培养实验,分析比较各有机物组分含碳（氮）消毒副产物的生成特性.结果表明,细胞内外强疏水性有机物组分的三卤甲烷生成潜能最大,以生成三氯甲烷为主;卤代酮生成潜能与细胞内外各有机物组分有明显相关性;细胞内亲水性有机物组分的含氮消毒副产物生成潜能（DBPFP）最大;各组分消毒副产物生成潜能并不完全由溶解性有机碳（DOC）与溶解性有机氮的质量浓度比值的大小决定,还由DON的性质决定;细胞外有机物组分的DBPFP高低与芳香性有机物的含量呈正相关,细胞内有机物组分的DBPFP还受芳香性有机物性质的影响;细胞外有机物组分消毒副产物生成总量的顺序为：强疏水性组分＞亲水性组分＞弱疏水性组分;细胞内有机物组分消毒副产物生成总量的顺序为：亲水性组分＞强疏水性组分＞弱疏水性组分.

新型组合工艺对微污染原水中有机污染物和消毒副产物前体物的去除

本文采用中试试验装置研究了生物陶粒过滤-微絮凝砂滤-活性炭吸附组合工艺，对微污染原水中有机污染物和消毒副产物前体物的去除效果。在原水UV_(254)为0.047～0.065cm^(-1)，DOC为2.70～4.10mg／L，TOC为3.50～5.00mg／L的条件下，组合工艺对UV_(254)、DOC、TOC平均去除率分别为98.4％、74.1％、69.2％。色-质联机分析结果表明，经组合工艺处理水中有机物由54种降至25种。组合工艺出水中三卤甲烷总含量不及常规工艺出水中该物质含量的五分之一。组合工艺能有效控制和消除水中有机物的污染，提供安全的优质饮用水。

南方某水源水中天然有机物的特点及氯胺对氯化消毒副产物的控制

在对天然有机物分类的基础上进行了水体中有机物的特性研究,并采用氯胺对不同特性有机物的氯化消毒副产物进行了控制研究。结果表明,疏水酸占有机物总量的24%,疏水中性物质占41%,疏水性有机物占67%;对于三卤甲烷类消毒副产物生成势,疏水酸所产生的最多,疏水碱次之,亲水酸最少;对于卤乙酸类消毒副产物生成势,疏水碱产生的三卤乙酸最多,其次为疏水酸,亲水酸最少。氯胺对不同类有机物氯化消毒副产物控制程度不同,氯胺对疏水中性物质控制三卤甲烷类消毒副产物最好,其次是疏水碱和亲水碱;对疏水酸的三卤甲烷生成量控制较弱,对亲水酸的控制效果最差;氯胺对亲水碱氯化产生卤乙酸的控制效果最好,其次是疏水碱,控制效果最差的为疏水中性物质。

组合工艺控制有机物及消毒副产物前体物的特性研究

通过XAD-8树脂将水中有机物分成疏水性、亲水性两部分,对传统常规处理工艺(混凝气浮、过滤)和深度处理工艺(臭氧氧化、生物活性炭)出水的DOC,UV254THMFP,HAAFP指标以及疏水、亲水有机物去除率进行了检测分析。结果表明,生物活性炭(BAC)单元工艺能同时去除疏水性和亲水性两种有机物,且两者去除率均为最高。其次去除效果较好的是传统的常规工艺。臭氧工艺具有将天然的疏水性有机物氧化成可生化降解的亲水性小分子有机物的特点,在预臭氧+常规以及O3-BAC组合工艺中,起到了强化去除有机物和消毒副产物前体物的效果。

微絮凝-大梯度磁滤工艺对消毒副产物前驱物控制的研究

以珠江水为原水,利用微絮凝-大梯度磁滤工艺对水中消毒副产物前驱物进行处理,研究工艺的磁场强度和磁滤速度的变化对消毒副产物生成势(THMFP)和UV_(254)的去除效果影响。研究发现,去除THMFP以去除三氯甲烷生成势为主;THMFP的去除效率随着磁场强度的升高或滤速的降低而升高,在磁场强度为0.23T时达到最高为47.83%,磁滤速度为6~8m/h时,去除率稳定在46%左右;UV_(254)的去除效果受滤速的影响较大,滤速从6 m/h提高到16 m/h时,去除率从57.56%下降到39.58%,而磁场强度的变化对UV_(254)的去除效率影响较小,去除率稳定在46.0%~50.7%。

曝气生物滤池对消毒副产物及其前体物的控制机制

消毒已成为水处理系统中不可或缺的一部分,但水中溶解性有机质(DOM)与消毒剂反应时会不可避免地产生有毒有害的消毒副产物(DBPs),从而影响饮用水安全。为探究水处理系统中曝气生物滤池(BAF)对DOM去除与DBPs生成的影响,以某水厂的BAF单元为研究对象,采用傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)结合光谱技术和色谱质谱联用等方法,探究了BAF对DBPs及其前体物的控制机制,并通过质量差网络分析探究了DBPs的生成途径。结果表明:BAF去除了部分进水中的类芳香蛋白质,降低了消毒后产生的三卤甲烷、卤乙酸和卤乙腈的浓度,但消毒后卤代硝基甲烷的浓度有所升高,这些常规DBPs仅能解释不到60%的总有机氯化物的浓度;在分子水平上,BAF处理倾向于将低氧化程度和高饱和度的分子转化成高氧化程度和高不饱和度的分子,导致后续消毒过程中生成的低不饱和度DBPs更少,高不饱和度DBPs更多,这可能会促进水厂后续的混凝沉淀单元对DBPs及其前体物的去除;质量差网络分析显示,氯取代(+Cl—H)、氯加成(+HClO)和羟基化与氯取代(+ClO—H)这3种反应类型是生成DBPs的最主要途径,参与加成反应的DBPs前体物的不饱和度要比参与取代反应的DBPs前体物高。研究结果可为饮用水消毒副产物控制提供基础参考信息。

真菌氯(胺)消毒过程中消毒副产物的形成特征

以饮用水中常见的3种丝状真菌(黑曲霉、黄曲霉和波兰青霉)及大肠杆菌为研究对象,采用氯和氯胺作为消毒手段,探究消毒过程中消毒副产物(DBPs)的形成规律.结果表明,由于细胞成分及与消毒剂反应活性的差异,4种微生物形成DBPs的潜能不同,顺序为:黑曲霉>黄曲霉>青霉>大肠杆菌,氯消毒过程DBPs的产率分别为73.4,66.3,47.7,27.0μg/mgC,氯胺过程为17.4,14.5,10.4,7.7μg/mgC.曲霉氯消毒形成的DBPs更多来源于细胞壁,细胞壁成分中,黑色素对形成DBPs贡献远高于几丁质和葡聚糖,且对卤乙酸(HAAs)形成的贡献最大;青霉和细菌经消毒形成的DBPs更多来源于细胞内容物.曲霉氯(胺)消毒形成DBPs的种类和浓度受到消毒剂量、pH值、温度及溴离子浓度的影响.

组合工艺控制有机物和消毒副产物的研究

利用MBBR预处理、常规处理及臭氧活性炭深度处理组合工艺I型和预臭氧氧化、常规处理及生物活性炭深度处理组合工艺II型,对郑州段黄河水进行有机物和消毒副产物去除效果的研究,结果表明:在臭氧投加量均为1mg/L的条件下,两种组合工艺对高锰酸盐指数、UV254和三卤甲烷生成势TFMP都有良好的去除效果,能提供安全的优质饮用水。

韩江滤后水次氯酸钠消毒过程有机副产物生成规律研究

以汕头市某自来水厂滤后出水为原水,研究韩江滤后水次氯酸钠消毒过程有机副产物生成规律,考虑反应时间和消毒剂用量对次氯酸钠消毒过程几种有机副产物生成量的影响。结果表明,反应60 min时次氯酸钠消毒出水THMs、DCM、CTC、DCAA、TCAA和甲醛质量浓度远低于《生活饮用水卫生标准》2006版和2022版标准限值;TCM、DCBM和DBCM在60 min内的生成量持续增加;反应时间60 min时,有效氯投加量越大,余氯质量浓度越高,THMs总生成量也呈现增加趋势;Br_(THMs)随有效氯投加量的增加而增加,并在投加量为4.68 mg·L^(-1)时达最高值。因此,反应时间、有效氯投加量对THMs总生成量有显著的促进作用。

强化混凝去除饮用水中消毒副产物前驱物(DBPFP)的应用

天然有机物（NOM）是水体产生色度和嗅味的主要原因。它可分为腐殖质和非腐殖质两部分，腐殖质包含土壤浸析和从植物分解产生的有机物质——腐殖酸和富里酸等，非腐殖质包括亲水酸类、蛋白质、氨基酸、糖类。NOM能产生对人体有害的消毒副产物（DBP）的形成，如三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）。因此，NOM的有效去除是控制饮用水中DBPFP的关键问题，

水处理各工艺单元对有机物及消毒副产物前体物的去除效果

通过搭建具有新型工艺"臭氧预处理+常规工艺+臭氧生物活性炭处理(臭氧-BAC)"的中试装置,考察了其对北太湖原水中有机物和消毒副产物前体物的去除效果。结果表明:整套工艺能够有效降低各类有机物浓度,对COD_(Mn)、DOC、UV_(254)和三卤甲烷生成潜能(THMFP)的去除率分别达到63.8%、42.1%、72.3%以及33.4%,其中COD_(Mn)的出水浓度为1.39 mg/L,出水中THMFP的浓度为316.1μg/L;对有机物和三卤甲烷(THMs)前体物去除效果最显著的是混凝沉淀阶段,其中对UV_(254)的去除效果最明显,去除率达到59.1%,UV_(254)能够间接表征水体中的THMFP含量;水中的余氯能够持续与有机物反应生成消毒副产物,因此三卤甲烷初始值(THM_0)与水中余氯含量的变化具有较大的相关性;臭氧-BAC阶段THMFP浓度升高了13.0%。

东太湖原水臭氧氧化过程中溴酸盐及溴代有机消毒副产物的控制

以太湖为水源水,利用静态试验的方式,分别研究在预加氯、加氨以及预加氯后加氨三种条件下臭氧氧化对溴酸盐及溴代有机消毒副产物的控制情况。结果表明,在所研究的条件下,最佳加氯量及加氨量分别为1 mg/L和0.04 mmol/L,碱度的影响在三种条件下基本一致,随着碱度升高(0~200 mg/L),溴酸盐生成量略微上升,同时溴代有机副产物产量略微下降,消毒副产物总量呈小幅上升。预加氯后加氨的方式对溴酸盐的抑制率最大(57.9%),显著高于单独加氯(29.9%)和加氨(39.1%)的方式,但同时协同效应也增加了溴代有机副产物的生成量。

卤代醛/酮消毒副产物的生成潜能及其前驱物的结构特征

卤代醛和卤代酮类消毒副产物因具有"致畸、致癌、致突变"作用而倍受关注.对卤代醛/酮类消毒副产物控制及其前体物识别对饮用水安全保障具有重要意义.以大分子酸、疏水性酸、芳香族类亲水酸、亲水酸、糖类和氨基酸6类共14种常见有机物为对象,研究了不同有机物在氯化消毒过程中的卤代醛/酮生成潜力.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卤代醛/酮生成势.有机物生成卤代醛/酮的过程包括2个阶段:前体物首先经氧化、脱羧等过程生成乙醛和丙酮,乙醛和丙酮被逐步氯代而生成氯代醛和氯代酮.实际水体的消毒实验表明,卤代醛/酮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(R^2=0.69—0.98).

巢湖水中溶解性有机物分子大小分布、亲疏水性与消毒副产物的生成势

以微污染巢湖原水为研究对象,考察了原水中溶解性有机物(DOM)的分子大小分布模式和亲疏水性分子组成规律,并对其氯化消毒副产物(DBPs)的生成潜能进行了系统研究。巢湖原水中的DOM主要以小分子的形式存在。亲疏水性组分的分布为:强疏水组分占43.48%,弱疏水组分占17.39%,亲水组分占39.13%。在微污染巢湖原水有机物中,分子大小(MS)<1 kDa和10~30kDa的组分具有最大的三卤甲烷(THMs)和卤代酮(HKs)等含碳消毒副产物(C-DBPs)生成潜能;同时,MS为5~10 kDa的有机物具有较高的二氯乙腈(DCAN)和三氯硝基甲烷(TCNM)等含氮消毒副产物(N-DBPs)生成潜能。不同亲疏水性组分的THMs和HKs生成潜能从大到小依次均为强疏水组分>亲水组分>弱疏水组分。同时,强疏水组分生成最多的N-DBPS,弱疏水组分次之,而亲水组分最少。

藻源有机质表征及消毒副产物生成潜能研究进展

随着当前水华和赤潮现象在世界范围自然水体中的广泛发生,藻源有机质(algal organic matter,AOM)对饮用水安全的影响受到广泛关注. AOM作为有机前体物生成高毒性的消毒副产物(disinfection by-products, DBPs)直接影响饮用水健康.因此,阐明AOM结构特征与DBPs的生成潜能具有十分重要的意义.本文综述了AOM表征方法,并结合其DBPs生成潜能和影响因素,探讨了通过AOM结构表征来预测DBPs生成潜能的可行性;提出未来需结合多种AOM表征方法和多因素分析来尝试预测其DBPs生成潜能.本文对于AOM提取和表征方法的规范化以及水华时期饮用水安全的保障具有参考意义.

金属有机骨架纳米材料-固相萃取环境水样中亚硝胺类消毒副产物

将通过水热合成法制备的金属有机骨架材料[MIL-101(Cr)]作为吸附剂应用于吸附环境水样中的亚硝胺类消毒副产物,采用超高效液相色谱-串联质谱法(UHPLC-MS/MS)进行测定.通过SEM、TEM和FT-IR技术对MIL-101(Cr)的表面形态和特征基团进行表征,并对影响萃取效率的主要因素,如MIL-101(Cr)的用量、萃取时间、水样的pH值和解吸条件等进行考察.研究表明,当MIL-101(Cr)用量为6.0 mg,pH=9.0,30℃下9 min内可达吸附平衡,回收率高于63.5%,3种亚硝胺的检出限为0.029-0.283μg·L^-1.将方法应用于环境水样的测定,加标回收率在77.9%-107.2%范围内,相对标准偏差低于5.4%.该方法操作简单快速、准确可靠、检出限低,可用于水样中痕量亚硝胺类消毒副产物的检测.