饮用水中三卤甲烷的生成机理与影响因素研究进展

在饮用水消毒过程中,氯会与天然有机物(NOM)等反应生成消毒副产物(DBPs),三卤甲烷(THMs)是一种主要的DBPs,长期低浓度的THMs暴露对人体有一定的健康风险。THMs和其前驱物种类繁多、生成机理复杂且影响因素诸多,如何抑制消毒过程中THMs的形成是饮用水安全领域的研究热点。通过查阅大量文献,从THMs形成机理及影响因素等方面归纳了目前THMs研究现状,总结了甲基酮、腐殖酸、氨基酸、β-二酮等重要前驱物生成THMs的反应途径,探讨了操作条件以及离子对THMs生成的影响,对该领域未来研究方向进行了展望。     

预氯化及常规工艺对消毒副产物的影响

以天津市某给水厂的水源水为实验对象,通过在实验室规模上模拟的给水处理厂工艺流程,比较了3种不同工艺流程中各单元出水的三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)和总有机物(TOC)浓度变化,分析了水处理单元工艺和TOC浓度对消毒副产物的影响。结果表明,预氯化生成的三卤甲烷和卤乙酸分别占最终出水中三卤甲烷和卤乙酸浓度的55.7%和66.7%,说明预氯化对出厂水中消毒副产物的产生有显著影响;混凝沉淀和过滤对三卤甲烷的去除率分别为17.2%和19.6%,而卤乙酸在水处理过程中变化不大,仅在过滤之后降低了3.32μg/L,说明过滤对三卤甲烷和卤乙酸均有一定的去除作用,而混凝沉淀仅对三卤甲烷有一定的去除作用;TOC浓度经过水处理工艺后整体呈下降趋势,但分析表明,其浓度对三卤甲烷和卤乙酸的生成影响很小,而氯则是三卤甲烷和卤乙酸生成的重要限制因素。     

城市污水再生氯消毒过程中HAAs生成及迁移转化

针对城市污水再生处理工艺中卤乙酸类(HAAs)消毒副产物和卤乙酸生成潜能(HAAFP),结合三维荧光光谱,分析HAAs及其前体物的变化规律。结果表明,二级出水经2次加氯过程后,再生出水中的总卤乙酸浓度增加了90%,其中溴代乙酸的增幅最大,占增加量的82%。卤乙酸生成潜能较大的为氯代乙酸类物质,说明水中存在大量的氯代乙酸前体物。从工艺过程来看,总卤乙酸生成潜能与总有机物荧光强度分别下降了32%和28%,表明该再生处理工艺对HAAs前体物有一定的去除作用。     

臭氧对饮用水管网中溶解性有机物的影响

利用生物膜环状反应器模拟配水管网系统,将水厂砂滤池出水经过臭氧氧化后投加氯然后进入该模拟管网,另外把水厂砂滤池出水加氯后通入另一模拟管网作为对照实验。通过对两管网出水余氯、总铁、浊度、溶解性有机物(DOC)、以及消毒副产物三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)生成情况的测定,研究了饮用水臭氧处理对管网出水水质的影响。单因素方差分析结果表明,两管网出水的余氯、总铁、浊度以及THMs、HAAs含量相差不大,但DOC在臭氧氯管网中消耗较多。同时通过高效凝胶色谱(HPSEC),红外光谱(FTIR)和三维荧光光谱(EEM)表征了不同管网进出水DOC变化,结果表明,臭氧氧化后的管网出水中溶解性有机物荧光光谱中三区富里酸和五区腐植酸荧光峰值(ФⅢ+Ⅴ,n)减小较多,管网出水消毒副产物稍有增加。     

水源地生态工程对消毒副产物生成的影响

水源地生态工程可改善饮用水水源水质,但其中的水生生物代谢物可能是消毒副产物(DBPs)前体物的来源。本文构建现场实验装置探究了水源地生态工程对原水水质的影响及原水中主要消毒副产物前体物的来源,考察了氯投量、温度以及pH对香蒲根分泌物、菰根分泌物和鲢鱼排泄物氯化后消毒副产物生成的影响。结果表明,实验装置对NH₄⁺-N、TN和TP的平均总去除率分别为74.93%、53.98%和73.02%,总DOC沿程增加。溶解性有机物(DOM)中分子质量分布在<500 Da的DOC含量总体上呈沿程减少的趋势,>3 000 Da的DOC沿程有所增加。总三卤甲烷生成势(TTHMFP)和总卤乙酸生成势(THAAFP)沿程呈现增加的趋势,分子质量<3000Da的有机物中TTHMFP和THAAFP沿程有所下降,分子质量>3 000 Da的TTHMFP和THAAFP呈沿程增加的趋势。考察了装置中3种水生生物代谢物经氯化后得到的二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA)、三氯甲烷(TCM)和二氯乙腈(DCAN)4种消毒副产物生成势,均随着氯投量和温度...     

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。     

氯消毒对城市污水中DOM的三维荧光特性影响

在城市污水二级出水氯消毒过程中,通过对溶解性有机物(DOM)的三维荧光光谱(3DEEM)分析及反应过程中三卤甲烷(THMs)生成量的连续测定,分析各类荧光物质随加氯反应时间的变化规律,探讨其与THMs生成量之间的关系,以此来推测THMs的主要前驱物质。结果表明,加氯后0～6 h内,各反应时间点三维荧光光谱图的等高线的密集程度较原二级出水明显降低,荧光峰的荧光强度减少40%～70%,说明DOM与氯发生反应,芳香构造化程度及不饱程度降低,从而失去荧光特性。其中,简单芳香族蛋白质(酪氨酸类)、腐殖酸类及富里酸类物质在加氯前后荧光强度变化较大,是生成THMs的主要前驱物质。THMs的生成量随反应时间的增加呈现明显的上升趋势,15 min内各类荧光特性有机物的荧光强度减少约50%左右,同时生成了50.17%的THMs。     

饮用水中含氮消毒副产物卤代腈(氰)的生成特性与控制研究进展

卤代腈(氰)是水处理过程中产生的一类含氮的氯化消毒副产物。鉴于这种物质有极强的致畸和致突变性,其细胞毒性也远大于三卤甲烷和卤乙酸等常规消毒副产物,因此成为近年来饮用水中颇受关注的含氮消毒副产物种类之一。卤代腈(氰)在水厂出厂水中被大量检出,其质量浓度基本维持在μg/L,而采用氯胺消毒的出厂水中其浓度明显高于自由氯消毒方式。重点对卤代腈(氰)的物质种类、理化特性、遗传毒性、生产机制、检测方法及控制方法进行综述。鉴于多数卤代腈(氰)类消毒副产物均具有含量低、亲水性强等特点,若生成将难以在饮用水处理工艺中有效去除,因此如何有效控制其生成是卤代腈(氰)研究的主要发展方向。     

水体中卤乙酸(HAAs)的产生、测定方法与控制途径

对饮用水中普遍存在的消毒副产物形式HAAs的产生、测定方法以及控制途径进行了阐述.并对影响HAAs生成的主要因素投氯量、溴的影响以及卤乙酸副产物(HAAFP)含量等进行了分析.生物活性炭技术是一种非常有效的控制HAAs含量和减少HAAFP含量的方法,对于保障饮用水安全性具有重要意义.     

南方某市饮用水源三氯乙醛生成特性

以我国南方某市饮用水源为研究对象,分析了不同反应条件下的三氯乙醛(CH)生成情况、CH与常规消毒副产物(DBPs)的相关关系及水质指标与CH生成势(CHFP)的相关关系。结果表明,5~35℃温度范围内,CH生成量随着温度的升高而逐渐升高,45℃时,反应约30 h后CH降解速率大于生成速率,生成量逐渐减少;CH生成量随着p H的升高而逐渐降低,当p H=11时,CH已经完全降解;Cl_2∶TOC=1∶1~4∶1(质量比)时,CH的生成量随着加氯量的增加而增加,但是当Cl_2∶TOC4∶1时,CH的生成量基本保持不变。CH与两类常规DBPs(三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs))之间均为正相关关系,且CH与卤乙酸(HAAs)的相关关系更为显著。与UV_(254)和SUVA_(254)相比,CHFP与TOC线性关系更为显著,可以根据原水的TOC来简单预测水体中的CHFP。     

水体中卤乙酸（HAAs）的产生、测定方法与控制途径

对饮用水中普遍存在的消毒副产物形式HAAs的产生、测定方法以及控制途径进行了阐述。并对影响HAAs生成的主要因素投氯量、溴的影响以及卤乙酸副产物（HAAFP）含量等进行了分析。生物活性炭技术是一种非常有效的控制HAAs含量和减少HAAFP含量的方法，对于保障饮用水安全性具有重要意义。     

饮用水氯化消毒副产物的分析检测方法

氯化消毒饮用水中普遍存在消毒副产物 (DBPs) ,其中主要的是三卤甲烷和卤乙酸。文章在大量国内外文献调研的基础上 ,综述了饮用水氯化消毒 DBPs的种类及副作用 ,并对主要 DBPs的预处理技术和检测方法进行了系统的介绍和比较 ,为在不同实验条件下选择 DBPs的分析检测方法提供了指导。     

Al_2(SO_4)_3和FeCl_3混凝对红枫湖溶解性有机质的去除及卤代烃控制的影响

以三价阳离子(Al_2(SO_4)_3和FeCl_3)为混凝剂,在不同的投加量和水力条件下对贵阳市红枫湖取水口处溶解性有机质(DOM)的去除和卤代烃(THMs)生成势控制变化趋势进行研究。实验结果表明,在不同的混凝条件下,对DOM的去除率在60%左右,随着快速搅拌速率的增加,去除率略有提高;UV_(254)的去除率为85%左右,不同的混凝剂投加量和水力条件对其影响不大。混凝前后DOM的THM生成势降低约60%,二氯一溴甲烷(CHCl_2Br)和一氯二溴甲烷(CHClBr_2)占THMs的80%以上;对于不同的混凝剂类型,投加量和水力条件均对THMs生成势变化没有明显差异。三维荧光光谱(3DEEM)结果表明,DOM中腐殖酸部分在混凝过程中有较大去除,红外光谱(FTIR)验证了混凝去除的基团主要为羰基(C=O)的类共轭结构。而在强化混凝过程中没有得到较大去除的内源有机质(藻源有机物)可能是混凝后THMs的主要前体物质。因此,传统的混凝工艺主要去除DOM的腐殖酸部分,还需要结合其他的预处理方法对DOM中的其他组分进行有效去除,以控制THMs的生成势,提高饮用水的安全性。     

芳香类有机物氯化生成消毒副产物的特性研究

选择有代表性的芳香类有机物,在含有腐殖酸的水溶液中进行氯化试验.测定三卤甲烷和卤乙酸的生成特性.并分析有机物的化学结构对生成消毒副产物的影响.结果表明.各受试物氯化生成消毒副产物的活性和反应速率排序为间苯二酚>对苯二酚>邻苯二酚>苯酚>苯胺>苯甲酸>硝基苯;芳香类有机物苯环上官能团的性质、数量和位置等影响消毒副产物的生成;间苯二酚的氯化反应可分为快速反应阶段和慢速反应阶段.     

氯胺消毒对三卤甲烷生成影响因素研究

采用腐殖酸模拟天然水体中消毒副产物前体物,探求了氯氨比、氯胺投加量、总有机碳(TOC)浓度和Br-浓度在氯胺消毒过程中对消毒副产物——三卤甲烷(THMs)生成量的影响。结果表明:(1)随着氯氨比的降低,THMs及各组分的生成量显著减少。(2)THMs的生成量均随着氯胺投加量的增加而增加,且都呈现出了良好的线性关系。当氯胺投加量大于7.0mg/L时,氯代卤化物成了优势产物。(3)随着TOC浓度的增加,THMs生成量增加,且具有一定的线性关系;三氯甲烷和一溴二氯甲烷生成量均增加,氯氨比为3∶1(质量比,下同)时三氯甲烷和一溴二氯甲烷生成量增加了9.86、7.80μg/L,氯氨比为5∶1时则分别增加了15.21、13.62μg/L;三溴甲烷和二溴一氯甲烷生成量均呈现先增加后减少的趋势。(4)随着Br-浓度的增加,THMs、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷生成量均增加,三氯甲烷生成量减少。溴化物的存在会促进THMs的产生。     

去除饮用水中三卤甲烷和腐殖酸的活性炭选型方法

三卤甲烷(THMs)是水中天然有机物在氯化消毒过程中产生的对人体有致癌作用的挥发性有机物,腐殖酸是生成消毒副产物的主要前驱物.活性炭吸附是去除THMs和腐殖酸最常用的方法.不同炭型的活性炭对THMs和腐殖酸的吸附容量并不相同.以饮用水中最常见的THMs(即三氯甲烷)和腐殖酸为吸附对象,进行煤、椰壳和果壳3种不同材质活性炭的吸附容量实验.实验结果验证了苯酚值预测各类活性炭对小分子THMs吸附性能以及丹宁酸值预测各类活性炭对大分子腐殖酸吸附性能的有效性.具有丰富微孔和表面氧化程度较低的上海椰壳炭YK-2和上海果壳专用炭对三氯甲烷的吸附容量比上海原煤破碎高,大孔丰富的上海果壳专用炭和上海原煤破碎对腐殖酸的吸附性能高.将实验结果与美国环保局RREL(Risk Reduction Engineering Laboratory)水污染物处理数据库中相关信息对比发现,相比国外常用活性炭,国产活性炭对三氯甲烷的吸附性能与之相当或略高,具有更好的性价比,应用前景广阔.     

Fe~(3+)和Cu~(2+)对饮用水氯消毒副产物三卤甲烷形成的影响

为了研究水中存在Br-的情况下,Fe3+和Cu2+对三卤甲烷(THMs)的生成及CHCl3、CHBr Cl2、CHBr2Cl、CHBr34种消毒副产物相对分布的影响,以腐殖酸模拟氯消毒过程中的前体物进行实验。结果表明,在p H为6、7和9 3种条件下,Fe3+抑制了THMs的生成,p H=6时只有CHCl3生成量随着Fe3+浓度的增加逐渐减少,其余3种消毒副产物均在增加,p H=7时4种消毒副产物浓度均减小并在Fe3+浓度为2 mg/L时生成量最低,p H=9时的生成趋势与p H=6时类似。Cu2+能促进THMs的生成,在p H为6、7和9时,当加入0.5 mg/L Cu2+时,THMs总量分别增加了16.7%、22.6%和2.5%,随着p H增加,THMs总量增加。在3种p H环境中,Cu2+对THMs生成的影响大于Fe3+,在偏酸性环境中,Fe3+影响THMs生成,产生的致癌风险高,当金属离子浓度为2.5 mg/L时,致癌风险相差最高为15%,在中性和偏碱性环境中,Cu2+影响THMs生成,产生的致癌风险高。     

氯消毒再生水中4种卤乙酸的测定和影响因素分析

再生水在回用过程中氯消毒副产物对人体产生的危害逐渐引起人们的关注.在USEPA552.3(2003)标准方法的基础上,建立了适用于检测再生水中氯消毒副产物4种卤乙酸(haloacetic acids,HAAs)的分析方法,并对加氯量、UV254、氨氮浓度等影响因素及控制方法进行了研究.研究表明,方法前处理过程简单、安全,内标、HAAs组分峰在谱图分辨良好;4种HAAs在浓度范围1～150 μg/L内呈线性关系,校准曲线相关系数均大于0.999;加标回收率在82.27％～119.9％之间,满足标准方法的要求;HAAs浓度随加氯量的增大而增大,随氨氮浓度的增大而减小,随UV254的变化不明显;先加氨后加氯的消毒方式产生的HAAs浓度最低,两点加氯产生的HAAs总量要少于单一点加氯.     

三卤甲烷和卤乙腈类消毒副产物在14个饮用水厂出水中的浓度水平及原水氯化/氯胺化中的生成势

选取长江、黄河、太湖、海河和辽河流域14个饮用水厂,对出厂水中4种三卤甲烷(THM4)和4种卤乙腈(HAN4)消毒副产物的浓度水平进行了调查,同时评价了原水氯化、氯胺化条件下上述消毒副产物的生成势。结果表明,14个饮用水厂出厂水中THM4和HAN4的浓度范围分别为23.45~57.04μg·L~(-1)和ND~3.29μg·L~(-1),均符合我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。氯化消毒实验中THM4生成势和HAN4生成势范围分别为56.18~183.38μg·L~(-1)和ND~5.98μg·L~(-1);氯胺消毒实验中THM4生成势和HAN4生成势范围分别为4.47~33.84μg·L~(-1)和0.88~5.3μg·L~(-1),与氯消毒相比THM4生成势平均减少86%,HAN4生成势增加61%。生成势结果显示原水中溶解性有机碳(DOC)含量与THM4生成势有良好的相关性,氯和氯胺消毒过程中r2分别为0.69和0.81。     

MBR出水氯、紫外、臭氧单独与组合消毒

采用氯、紫外和臭氧单独与2种组合工艺对MBR工艺中试出水进行了消毒实验,研究了不同消毒方式对指示性微生物的去除效果以及消毒副产物三卤甲烷(THMs)生成量随有效氯投加量的变化。结果表明,组合工艺消毒效果明显优于单独消毒效果,紫外剂量为25 mJ/cm2与有效氯投加量为3 mg/L的紫外与氯组合、臭氧投加量为6 mg/L与有效氯投加量为4 mg/L的臭氧与氯组合2种工艺消毒后出水中的总大肠菌群指标均满足《污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T 18920-2002)的要求。THMs生成量随着有效氯投加量的增加而增加。相对紫外与氯组合消毒,臭氧与氯组合消毒可以大幅度降低THMs生成量,有效氯投加量为4 mg/L时,THMs生成浓度为14.11μg/L,比氯单独消毒过程降低了37.19%。