长江沿线城市水源氯(胺)化消毒副产物生成潜能研究

以长江上游重庆、中游武汉、下游上海等大城市的长江饮用水源为研究对象,在对溶解性有机物分子量和亲疏水性分离的基础上,分别采用氯和氯胺两种方式消毒,对比分析了相同时期沿江这些城市原水中氯(胺)化常规和新兴含氮消毒副产物生成潜能的分子组成规律.研究表明,重庆、武汉、上海三地的溶解性有机物均以小分子前体物为主,主要分布在<1kDa的区间内,且以强疏水性成分和亲水性成分为主,原水经氯(胺)化可产生三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、三氯硝基甲烷等类型的消毒副产物;三地的氯(胺)化主要的含碳消毒副产物(C-DBPs)和含氮消毒副产物(N-DBPs)生成潜能均在<1kDa的区间内最大,从上游到下游,在<1kDa的区间内的生成潜能占各自总潜能比例逐渐增加.三地的氯(胺)化的C-DBPs和N-DBPs生成潜能均以强疏水性组分或亲水性组分为主,且氯胺化可导致亲水性组分C-DBPs和N-DBPs生成潜能所占总量比例增加.     

氯消毒过程中水中色氨酸产生THMs和HAAs的特征研究

以氨基酸为代表的溶解性含氮有机物在水源水中广泛存在,成为制水工艺消毒副产物的主要前体物之一.选取色氨酸（Trp）为含氮前体物模型,考察了其在消毒工艺中产生受控消毒副产物的途径及影响因素.结果表明,Trp氯化过程经取代,脱羧,水解等一系列反应,可生成卤乙酸（HAAs）,三卤甲烷（THMs）等消毒副产物.THMs和HAAs的生成量随加氯量增加;随接触时间的延长逐渐增加.温度的升高,HAAs的生成量先增大后减少;碱性条件有利于THMs和HAAs的生成.氯胺消毒和遮光条件下可明显减少THMs和HAAs的产生.     

焦化废水尾水O3氧化消除消毒副产物生成潜能的影响分析

焦化废水经生化处理后的尾水中含有多种溶解性有机物(DOM),可能成为消毒副产物的前体物,进而影响受纳水体下游给水厂的水质安全.因此,对焦化废水外排水(尾水)的消毒副产物生成潜能进行了分析,以实际焦化废水厂尾水为基质,采用气相色谱(GC)考察了O3氧化深度处理前后卤乙腈和三卤甲烷的生成潜能,并结合分子质量分布法和三维荧光光谱法分析了O3氧化处理尾水过程中前体物的转化规律.GC结果表明,焦化废水尾水各个分子质量范围的卤乙腈和三卤甲烷生成潜能分别达到1950.5～3965.1μg.L-1和1498.2～2571.2μg.L-1,表明工业废水排放之前需要考虑其对水体消毒副产物生成潜能的贡献.O3氧化作用可以实现尾水中消毒副产物前体物的削减,相同反应时间的条件下O3浓度越高其削减越有效.溶解性有机碳(DOC)及在254nm波长下的吸光度值(UV254)分析结果表明,O3氧化能部分矿化尾水中的有机物,并优先分解不饱和芳香性有机组分.分子质量和荧光光谱分析结果表明,O3氧化优先矿化小分子组分(<1kDa),并将尾水中大分子有机物分解为小分子(<1kDa),对活泼基团进行预氧化,从而实现氯消毒副产物生成潜能的削减.     

AAO-MBR工艺污水处理系统中消毒副产物前体物变化规律

为探究DBPs（消毒副产物）前体物在污水处理过程中的变化情况,采用超滤膜和XAD大孔吸附树脂将AAO-MBR工艺沿程出水中DOM（溶解性有机物）进行分离,并利用3D-EEM（三维荧光光谱）对分离前后水样进行表征,同时测定DBPFP（消毒副产物生成势）.结果表明:①沉砂池出水具有较低的C-DBPFP（含碳消毒副产物生成势）;经过AAO和MBR后,由于微生物代谢作用生成的疏水性SMPs（微生物代谢产物）类物质（为主要的C-DBPs前体物质）包含较多不饱和键,导致C-DBPFP增加.②沉砂池出水的N-DBPFP（含氮消毒副产物生成势）较低,但经过AAO后生成的小分子物质（为主要的N-DBPs前体物）导致N-DBPFP增加;经过MBR后由于SRT（污泥停留时间）和污泥浓度的增加造成小分子物质减少,致使N-DBPFP降低.③市政污水经过AAO后,C-DBPs和N-DBPs前体物分别增加了90.9%和7.3%;而MBR具有较高的DOC去除率（74.4%）,去除了56.8%的C-DBPs前体物和78.1%的N-DBPs前体物.研究显示,AAO-MBR工艺对市政污水中C-DBPs和N-DBPs前体物有较好地去除效果.      

不同预氧化剂对长江原水氯(胺)化DBPs生成潜能的影响

以取自上海市杨树浦水厂的长江原水为研究对象,对比分析了3种常见预氧化剂二氧化氯(ClO2)、高锰酸钾(KMnO4)及氯(Cl2)预氧化对削减氯化和氯胺化消毒副产物(DBPs)生成潜能的效果情况.氯化培养实验结果表明,3种预氧化剂的处理对DBPs总量的去除效果均不显著,经ClO2、Cl2及KMnO4作用后可分别削减8.4%、5.7%及3.9%,效果为ClO2>Cl2>KMnO4.对于长江原水使用氯化消毒时,采用ClO2作为预氧化剂可取得对消毒副产物较好的去除效果.氯胺化培养实验结果表明,3种预氧化剂处理对长江原水氯胺化DBPs的生成潜能影响有较大差异,经ClO2和KMnO4作用后可分别削减18.1%及4.1%,而预氯化后则增高12.3%,对于长江原水使用氯胺化消毒时,采用ClO2作为预氧化剂可取得对消毒副产物较为明显的去除效果.同时,应尽量避免使用预氯化后加氯胺化的组合,以防止在水处理过程中生成更多的DBPs而影响出水水质.     

阿哈水库DOM的分离及其对消毒副产物的贡献

为研究高原喀斯特湖库DOM（dissolved organic matter,溶解性有机质）的组成及其化学特征对DBPs（disinfection by-products,消毒副产物）生成路径的影响,以西南喀斯特地区贵阳市阿哈水库的DOM为研究对象,结合XAD大孔树脂分离技术,通过化学表征〔包括UV-Vis（紫外-可见光光谱）、FTIR（红外光谱）和3D-EEM（三维荧光光谱）〕手段来研究各组分对C-DBPs（含碳消毒副产物）和N-DBPs（含氮消毒副产物）的生成贡献.不同组分芳香性的大小依次为HON（憎水中性物）> HIB（亲水碱）> HOA（憎水酸）> HIN（亲水中性物）≈HIA（亲水酸）> HOB（憎水碱）.憎水与亲水DOM的DBPs生成潜能相近.其中,HON最高,其次为HIB和HOA.HIB和HOA的主要卤代反应位分别来源于藻类有机物的蛋白质和富里酸,而HON的DBPs生成潜能的贡献主要为分子中的芳香和共轭不饱和结构.HIA和HIN的构成主要为脂肪烃,贡献较低的DBPs的生成潜能.对于C-DBPs,THMs和HAAs的生成潜能总体相近,不同组分的差异明显.对于N-DBPs,卤乙腈的生成潜能占80%以上,憎水DOM的贡献较高.DBPs的生成路径从UV-Vis、FTIR和3D-EEM的官能团和特征峰解析结果中均得到了较好的响应.      

煮沸对氯、氯胺模拟消毒饮用水中六大类DBPs的去除规律研究

以陆生来源有机物为原料制备了模拟氯、氯胺消毒饮用水,系统研究了煮沸对六大类46种消毒副产物（disinfection by-products, DBPs）的去除规律.结果显示,相比氯消毒,氯胺消毒可有效减少三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙醛（HALs）、卤代硝基甲烷（HNMs）、卤乙腈（HANs）等DBPs的生成,但会提高碘代DBPs (I-DBPs)、卤乙酰胺（HAcAms）的生成.煮沸对于绝大多数DBPs （除了二卤乙酸）有良好的去除效果,并发现如下规律：(1)就单种DBP而言,消毒方式对煮沸去除DBPs并无显著影响;(2)在同类型的DBPs中,取代程度高的DBPs普遍比取代程度低的DBPs容易去除;(3)取代程度相同的同类型DBPs,煮沸后DBPs去除率大部分遵循I-DBPs> Br-DBPs> Cl-DBPs的规律;(4)少部分DBPs （如Cl/Br-THMs、二卤乙腈）,煮沸去除率表现出沸点或亨利常数依赖性.总体来看,DBPs去除率排序为THMs≈HANs≈HALs≈HNMs> HAcAms>>HAAs.此外,煮沸后各类DBPs的...     

水源水中有机物特性及其氯化活性研究

以西南某市一个地表水为水源水的M水厂为研究对象，对其原水中有机物进行富集，有机物按照操作定义分为6个部分，分别为：亲水性有机酸、亲水性有机碱、亲水中性物质、疏水性有机酸、疏水性有机碱和疏水性物质，通过富集、确定了原水中6种有机物的组成分布，研究各种有机物的消毒副产物形成潜力以及替代剂（氯胺、二氧化氯）对卤乙酸形成的影响，提出了控制消毒副产物的主要对策，研究结果表明：1）M水厂水源水属于腐殖质含量的天然水体，受污染较小；2）原水溶解性有机物中疏水性有机酸是卤乙酸的主要前体物；3）用氯胺和二氧化氯代替传统的消毒剂作为替代消毒剂，可大大降低THMs和HAAs的生成量。     

有机肥施用下稻田田面水中消毒副产物前体物的赋存规律

稻田有机肥输入会使田面水含有含量的溶解性有机碳(DOC).溶解性有机物(DOM)是具有三致效应的消毒副产物(DBPs)的前体物,而DOC是用于表征DOM浓度的一个指标.本研究旨在评估水稻田田面水的三卤甲烷(THMs)前体物的生成反应性,解析猪粪有机肥对于THMs前体物从水稻田输出的潜在影响.于水稻种植季选取4个猪粪施用梯度(以C计,下同)(0[对照],714.1[低],1428.2[中]与2142.3[高]kg·hm-2),检测了稻田田面水中的DOC,UVA254与三卤甲烷生成潜能(THMFP).结果表明,3个指标两两之间呈线性相关性.田面水中以上3个指标都与有机肥施用量呈正相关性.在施肥后的7d内,DOC的输出潜能降低了32.9%至47.5%.有机肥施用与预期的降雨或灌溉之间的时间间隔相隔一周以上,将能在满足作物营养需求的条件下降低消毒副产物前体物输出的风险,使稻田土壤成为DOC的汇而非DOC输出至周边水体的源.     

南水北调中线工程总干渠河南段原水中消毒副产物前体物变化规律

以取自南水北调中线总干渠河南段沿线10个分水口门的原水为研究对象,探究了原水中有机物的相对分子质量分布和亲疏水性分布规律;并且研究了原水在氯化和氯胺化条件下消毒副产物生成潜能的变化规律.分离实验结果表明,南水北调沿程原水中的有机物以小分子和强疏水性为主,1×103区间的溶解性有机碳(DOC)所占的比例最大,质量分数约为57%,强疏水性组分的DOC含量最高,占到总量的50%左右;氯化及氯胺化消毒副产物生成潜能分析实验结果表明,氯化及氯胺化后主要生成了两种含碳消毒副产物(三氯甲烷和一溴二氯甲烷)和两种含氮消毒副产物(二氯乙腈和三氯硝基甲烷).氯化三氯甲烷生成潜能约为120μg·L-1,与氯化生成潜能相比,氯胺化三氯甲烷生成潜能减少了90%左右,一溴二氯甲烷减少了84.9%左右,生成的两种含氮消毒副产物增加了,其中二氯乙腈的生成量增加了约2.3倍,但总含氮消毒副产物生成潜能仍旧较低,均小于6μg·L-1.本研究成果可为南水北调中线工程河南段沿线城市的水厂工艺选择和优化提供有效的理论和技术支持.     

太湖、钱塘江取水口底泥及周边土壤有机物形成消毒副产物的特征研究

底泥、土壤均是水体有机物的重要来源,但目前相关消毒副产物(DBPs)形成方面的研究偏少.本研究以长三角重要水源地太湖、钱塘江取水口的底泥和周边土壤的浸出液为研究对象,探索氯、臭氧+氯、氯胺、臭氧+氯胺4种消毒方式下,三卤甲烷(THMs)、卤代酮(HKs)、卤乙腈(HANs)、卤代硝基甲烷(HNMs)的形成情况.结果表明,太湖、钱塘江取水口的底泥、周边土壤有机物的芳香度均很低(SUVA254(即比紫外吸光值)2),与腐殖质(Sigma)相比,底泥、土壤有机物不是氯消毒中THMs的重要前驱物,但却是HANs特别是HNMs的重要前驱物.相比氯消毒,氯胺消毒能大幅降低土壤、底泥有机物THMs、HKs、HANs、HNMs的生成量,而且也可抑制含溴DBPs的形成.臭氧预处理大幅提高了氯、氯胺消毒中HKs、HNMs的产量,但对THMs、HANs则不一定.太湖、钱塘江的土壤、底泥存在一定的溴污染,但不管是哪种消毒方式,均是HNMs的溴嵌入因子最大.     

Impact of pre-oxidation on the formation of byproducts in algae-laden water disinfection: Insights from fluorescent and molecular weight

Pre-oxidation has been reported to be an effective way to remove algal cells in water, but the released algal organic matter (AOM) could be oxidized and lead to the increment in disinfection by-product (DBP) formation. The relationship between pre-oxidation and AOM-derived DBP formation needs to be approached more precisely. This study compared the impact of four pre-oxidants, ozone (O₃), chlorine dioxide (ClO₂), potassium permanganate (KMnO₄) and sodium hypochlorite (NaClO), on the formation of nitrogenous (N-) and carbonaceous (C-) DBPs in AOM chlorination. The characterization (fluorescent properties, molecular weight distribution and amino acids concentration) on AOM samples showed that the characterization properties variations after pre-oxidation were highly dependent on the oxidizing ability of oxidants. The disinfection experiments showed that O₃ increased DBP formation most significantly, which was consistent with the result of characterization properties variations. Then canonical correspondent analysis (CCA) and Pearson's correlation analysis were conducted based on the characterization data and DBP formation. CCA indicated that C-DBPs formation was highly dependent on fluorescent data. The formation of haloacetic acids (HAAs) had a positive correlation with aromatic protein-like component while trichloromethane (TCM) had a positive correlation with fulvic acid-like component. Pearson's correlation analysis showed that low molecular weight fractions were favorable to form N-DBPs. Therefore, characterization data could provide the advantages in the control of DBP formation, which further revealed that KMnO₄ and ClO₂ were better options for removing algal cells as well as limiting DBP formation.     

Carbonaceous and nitrogenous disinfection by-product formation in the surface and ground water treatment plants using Yellow River as water source

This work investigated the formation of carbonaceous and nitrogenous disinfection by-products (C-DBPs, N-DBPs) upon chlorination of water samples collected from a surface water and a ground water treatment plant (SWTP and GWTP) where the conventional treatment processes, i.e., coagulation, sedimentation, and filtration were employed. Twenty DBPs, including four trihalomethanes, nine haloacetic acids, seven N-DBPs (dichloroacetamide, trichloroacetamide, dichloroacetonitrile, trichloroacetonitrile, bromochloroacetonitrile, dibromoacetonitrile and trichloronitromethane), and eight volatile chlorinated compounds (dichloromethane (DCM), 1,2-dichloroethane, tetrachloroethylene, chlorobenzene, 1,2-dichlorobenzene, 1,4-dichlorobenzene, 1,2,3-trichlorobenzene and 1,2,4-trichlorobenzene) were detected in the two WTPs. The concentrations of these contaminants were all below their corresponding maximum contamination levels (MCLs) regulated by the Standards for Drinking Water Quality of China (GB5749-2006) except for DCM (17.1 μg/L detected vs. 20 μg/L MCL). The SWTP had much higher concentrations of DBPs detected in the treated water as well as the DBP formation potentials tested in the filtered water than the GWTP, probably because more precursors (e.g., dissolved organic carbon, dissolved organic nitrogen) were present in the water source of the SWTP.     

溶解性有机氮乙酰胺氯化生成饮用水THMs的影响因素研究

氯化消毒可以有效杀灭细菌,但同时会产生危害人体健康的消毒副产物(DBPs).溶解性有机氮(DON)是DBPs的重要前体物,为考察DON对THMs的影响,首次选取乙酰胺(AcAm)作为前体物DON的代表物质,采用Plackett-Burman和Box-Behnken方法设计试验,考察了AcAm初始浓度、加氯量、pH、温度、溴离子浓度和反应时间等因素对三卤甲烷(THMs)生成的影响.结果表明,在AcAm生成THMs的过程中,AcAm初始浓度、pH和反应温度3个因素的影响程度较小,溴离子、有效氯和反应时间3因素的影响较大,其中溴离子的影响最为显著.溴离子浓度一定时,改变有效氯的含量,生成的THMs总量变化不大,溴离子对THMs的生成有一定的催化作用,控制溴离子的浓度是减少AcAm生成THMs的有效措施.在有效氯为8.77 mg/Ｌ、溴离子为0.77 mg/Ｌ及接触时间为6.20 h的条件下,THMs存在最大生成量为45.82 μg/L.随着反应时间的推移,溴分配系数n呈上升趋势,控制消毒反应时间,是减少THMs致癌风险的有效方法.同时探讨了AcAm生成THMs的反应路径,表述了溴离子的催化作用机制.     

Disinfection byproduct formation from algal organic matters after ozonation or ozone combined with activated carbon treatment with subsequent chlorination

Algal organic matter (AOM), including extracellular organic matter (EOM) and intracellular organic matter (IOM) from algal blooms, is widely accepted as essential precursors of disinfection byproducts (DBPs). This study evaluated the effect of ozonation or ozone combined with activated carbon (O₃-AC) treatment on characteristic alternation and DBP formation with subsequent chlorination of Chlorella sp.. The effects of pH and bromide concentration on DBP formation by ozonation or O₃-AC treatment were also investigated. Results showed that the potential formation of DBPs might be attributed to ozonation, but these DBP precursors could be further removed by activated carbon (AC) treatment. Moreover, the formation of target DBPs was controlled at acidic pH by alleviating the reactions between chlorine and AOM. Besides, the bromide substitution factor (BSF) value of trihalomethanes (THMs) from EOM and IOM remained constant after AC treatment. However, THM precursors could be significantly decreased by AC treatment. The above results indicated that O₃-AC was a feasible treatment method for algal-impacted water.