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.     

南方天然水体DOM的化学分级、变化特征及三卤甲烷生成势(THMFP)特性研究

采用XAD树脂吸附法,在春季内(3～5月)连续对南方深圳水库中的水体溶解性有机物(DOM)进行化学分级表征.结果表明,天然水体DOM的总量和单个化学分级组分含量在一个季节会发生一定的波动,但总的分布特征在季节内未发生根本变化,即憎水酸(HoA)和亲水部分(HiM)浓度始终较高,而憎水碱(HoB)、憎水中性物(HoN)、弱憎水酸(WHoA)浓度则相对较低.同时,选取代表性时间点对DOM各化学分级组分进行了消毒副产物三卤甲烷生成势(THMFP)的研究,发现三卤甲烷(THMs)的主要前驱物为憎水和弱憎水有机部分,对THMFP的贡献共占约80%.进一步研究发现,憎水中性物、憎水酸、弱憎水酸的THMs生成能力较强,总体上与紫外吸收能力基本一致;但弱憎水酸表现略有不同,其SUVA(100×UV254/DOC)值并不十分突出,但三卤甲烷生成能力却明显较高,说明DOM的紫外吸收特性不能完全作为THMFP特性的替代指标.亲水物质(HiM)的SUVA值也不高,但其THMs生成能力接近憎水酸部分,值得水处理工艺研究重点关注.     

黄河原水中消毒副产物前体物的组成特征及其化学预氧化处理效果对比

以取自河南省郑州市石佛原水厂的黄河原水为研究对象,系统研究了原水中消毒副产物(DBPs)前体物的组成规律,对比分析了3种预氧化剂(高锰酸钾、自由氯和二氧化氯)对原水中DBPs生成潜能的消减规律.试验结果表明:原水中DBPs的前体物均以小分子有机物和疏水性组分(52.51%)为主;分子量小于1 k Da有机物组分是生成含氮消毒副产物(N-DBPs)和三卤甲烷(THMs)的主要前体物;疏水性有机物是生成THMs的主要前体物,亲水性有机物是生成N-DBPs的主要前体物.经Cl2预氧化后,直接生成的DBPs随着自由氯投加量的增加而增加,Cl O2和KMn O4预氧化直接增加DBPs产生量.经3种预氧化剂氧化后,原水中三卤甲烷生成潜能(THMFP)均呈现一定的下降,其降低量依次为Cl O2Cl2KMn O4;然而3种预氧化剂都不能有效的减少含氮消毒副产物生成潜能(N-DBPFP),Cl O2预氧化和Cl2预氧化可增加N-DBPs生成潜能,尤其在较高投加量下,Cl2预氧化将大大增加N-DBPs生成潜能.为有效消减总DBPs生成潜能,水厂可优先采用KMn O4或Cl O2作为预氧化剂处理引黄水库或沉砂池水.     

浙江省H市供水系统消毒副产物及其健康风险评价

以浙江省H市供水系统为调查对象,采用配有电子捕获器的气相色谱(GC-ECD)检测2座水厂及相应供水管网中18种消毒副产物(DBPs)的含量,深入探讨了DBPs导致的饮用水健康风险及前体物指标与各类DBPs的相关性.结果发现H市饮用水中检出三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)和三氯硝基甲烷(HNMs)等类消毒副产物,THMs含量最高,HAAs次之.CX水厂出水和供水管网中THMs分别为7. 70～32. 73μg·L~(-1)和9. 00～51. 42μg·L~(-1),HAAs分别为3. 05～21. 30μg·L~(-1)和6. 00～26. 79μg·L~(-1). TH水厂出水和供水管网中THMs分别为8. 65～38. 76μg·L~(-1)和12. 09～42. 04μg·L~(-1),HAAs分别为2. 42～14. 79μg·L~(-1)和2. 80～33. 40μg·L~(-1),2家水厂出厂水和供水管网中消毒副产物浓度均符合《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006).采用溶解性有机碳(DOC)和UV254表征水样有机物,分析有机物与DBPs的相关性,发现管网水中三氯甲烷(TCM)与DOC和UV254呈显著负相关性.基于EPA推荐的健康风险评价模型对经口摄取途径时氯消毒副产物的致癌和非致癌风险进行计算,发现H市出厂水和管网水中消毒副产物引起的致癌风险分别为5. 94×10-6～4. 76×10-5和5. 94×10-6～5. 56×10-5,非致癌风险分别为0. 91×10-2～4. 20×10-2和1. 26×10-2～4. 72×10-2.致癌风险主要来自THMs,一溴二氯甲烷(BDCM)贡献了最高的致癌风险,非致癌风险主要来自TCM.     

高藻期控制消毒副产物及其前体物的优化工艺组合

为实现在控制藻类的同时减少副产物生成量,比较了预氧化＋常规工艺、预氧化＋常规＋深度处理2类共7种组合工艺对消毒副产物及其前体物的去除特性.试验结果表明,藻类是重要的前体物,在本试验原水中,藻类贡献了20%左右的卤乙酸和三卤甲烷前体物.气浮工艺是高藻期除藻的核心工艺,同时也可以去除一部分消毒副产物前体物.臭氧、高锰酸钾也有很好的杀藻效果和前体物去除效果.采用臭氧或高锰酸钾预氧化＋常规＋臭氧-活性炭工艺的组合对消毒副产物及其前体物的去除效果最佳.顺序氯化工艺比游离氯消毒减少卤乙酸生成量42.0%～45.9%,减少三卤甲烷生成量22.5%～71.4%.     

污水中溶解性有机物组分特性及其氯消毒副产物生成潜能

以城市污水厂二级出水为研究对象,采用大孔吸附树脂将污水中溶解性有机物分离成亲水性物质、疏水酸性物质、疏水中性物质和疏水碱性物质4个组分,分析了各组分的有机物特性、三维荧光光谱特征和氯消毒副产物生成潜能.结果表明,亲水性物质和疏水酸性物质分别占水样中溶解性有机碳的33%和30%,其中亲水性物质相对含有较多的生物源腐殖质类物质,疏水酸性物质相对含有更多的芳香族蛋白质和溶解性微生物代谢产物类物质.氯消毒后,亲水性物质的三卤甲烷生成潜能分别为630.4μg.L-1,占污水三卤甲烷生成潜能的73.7%.亲水性物质和疏水酸性物质的卤乙酸生成潜能分别为644.6μg.L-1和123.2μg.L-1,是污水氯消毒副产物的主要前体物.     

基于EEMs和DOM分离的荧光特征及DBPsFP研究——以南方某市水源水为例

以南方某市饮用水源地源水为研究对象,利用三维荧光-区域积分法(3D-EEMs-FRI)和DAX-8树脂富集分离技术,研究了水样各组分的溶解性有机物(DOM)组成特征、三维荧光光谱(3D-EEMs)特征;采用生成潜能测试,考察了典型消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤代乙酰胺(HAcAms)生成势以及其与水质指标和荧光强度之间的相关性.结果表明:DOM中疏水性有机物(以UV₂₅₄表征)的比例超过70%.HOB(疏水碱性物质)组分主要含有酪氨酸类蛋白质和色氨酸类蛋白质,而HOA(疏水酸性物质)和HIS(亲水性物质)组分相对于HOB组分则含有较多的紫外区类富里酸.调查水样HOA、HOB、HON和HIS组分的三卤甲烷生成势(THMsFP)分别为151.5~194.1,60.6~65,123.4~189.9和104.1~187.1μg/L,而卤代乙酰胺生成势(HAcAmsFP)分别为2.7~3.7,n.d.~0.1,1.3~3.9和2.2~8.4μg/L,THMs和HAcAms前体物在HOA、HON和HIS组分中的分布比较均匀.UV₂₅₄(R²为0.93)、腐殖化指数(HIX)(R²为0.59)与THMsFP有良好的线性关系,可作为预测组分间THMsFP的指标.UV₂₆₀(R²为0.80)、溶解性有机氮(DON)(R²为0.74)与HAcAmsFP有较强的线性关系,可作为预测HAcAmsFP的参数.Pearson相关性分析显示,类富里酸物质区域(III、V)与THMsFP显著相关,该类物质为组分间THMs的重要前体物.荧光的区域积分可以有效预测组分间THMs和HAcAms的生成势.     

水体冻结过程中卤乙酸前体物在水-冰体系中的分配研究

通过室内模拟试验,研究了水体冻结过程中,水体中溶解性有机物(DOM)和卤乙酸前体物在水-冰体系中的分配规律.按照DOM在XAD树脂上的吸附特性将其分为5个部分:疏水性有机酸(HPO-A),疏水性中性有机物(HPO-N),过渡亲水性有机酸(TPI-A),过渡亲水性中性有机物(TPI-N)和亲水性有机物(HPI).结果表明:在水体冻结过程中,5种DOM组分在水相中的DOC浓度均随冷冻时间的增长而增加,呈现冷冻浓缩效应.与溶解性有机碳(DOC)所表征的整体有机物相比,5种DOM组分中的卤乙酸(HAAs)前体物更倾向于停留在水相中浓缩.在5种DOM组分中,HPI是主要的HAAs前体物.5种DOM组分在未冻结水中的UV-254与HAAFP均表现出一定相关性,其中HPO-A, TPI-A和HPI的UV-254与HAAFP达到极显著水平.然而在融冰水中,这5种DOM组分的UV-254与HAAFP的相关性均不显著.     

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.     

水源水消毒副产物生成势与UV254/DOC的相关性研究

使用XAD-4和XAD-8树脂对宜兴3个水源原水中DOM进行亲疏水性分类,采用优化方法测定分类水样的DBPFP,并进行DBPFP与DOM量化指标之间的相关性分析,以确定实际生产过程DBPs生成量的主要影响因素.由三维荧光光谱图得到3个水源原水DOM组成差异较大,水质区别明显.由亲疏水性分类分析发现原水中疏水性和亲水性DOM含量较高,疏水性DOM水样的DBPFP大于原水,得到水样的DBPFP主要取决于DOM与消毒剂反应产生DBPs的效率,而不是DOM的量.引入UV_(254)/DOC这个指标,发现不同分类水样UV_(254)/DOC的差异情况与其DBPFP相吻合,对两者进行回归分析,发现水样THMFP和DHAAFP与UV_(254)/DOC之间存在明显的线性关系,线性可决系数R2分别为0.89和0.85.因此研究减小原水UV_(254)/DOC的技术工艺对于控制给水中DBPs浓度具有重要意义.     

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.     

Characteristics of molecular weight distribution of dissolved organic matter in bromide-containing water and disinfection by-product formation properties during treatment processes

The characteristics of dissolved organic matter (DOM) and bromide ion concentration have a significant influence on the formation of disinfection by-products (DBPs). In order to identify the main DBP precursors, DOM was divided into five fractions based on molecular weight (MW), trihalomethane formation potential and haloacetic acid formation potential were determined for fractions, and the change in contents of different fractions and total DBPs during treatment processes (pre-chlorination, coagulation, sand filtration, disinfection) were studied. Moreover, the relationship between bromide concentration and DBP generation characteristics in processes was also analyzed. The results showed that the main DBP precursors were the fraction with MW < 1 kDa and fraction with MW 3−10 kDa, and the DBP''s generation ability of lower molecular weight DOM (< 10 kDa) was higher than that of higher molecular weight DOM. During different processes, pre-chlorination and disinfection had limited effect on removing organics but could alter the MW distribution, and coagulation and filtration could effectively remove organics with higher MW. For DBPs, trihalomethanes (THMs) were mainly generated in pre-chlorination and disinfection, while haloacetic acids (HAAs) were mostly generated during pre-chlorination; coagulation and sand filtration had little effect on THMs but resulted in a slight removal of HAAs. In addition, the results of ANOVA tests suggested that molecular sizes and treatment processes have significant influence on DBP formation. With increasing bromide concentration, the brominated DBPs significantly increased, but the bromine incorporation factor in the processes was basically consistent at each concentration.     

臭氧-生物活性炭对南方河网典型污染物的去除特性

以我国南方河网原水中有机物和季节性溴化物(Br^-)为对象,研究臭氧-生物活性炭(BAC)工艺净化过程中有机物相对分子质量(M_r)分布变化及溴酸盐(BrO^-₃)和消毒副产物(THMs)的形成规律.结果表明,原水中M_r在10³以下的有机物(DOC)约占总量的80%,常规工艺主要表现为对M_r >100×10³有机物的去除,出水DOC去除率为8%、 SUVA(UV₂₅₄/DOC)值下降14%;臭氧-活性炭工艺主要去除10³<M_r<5×10³的有机物,但亲水性小分子有机物抑制生物降解作用,出水DOC去除率仅提高至30%、SUVA值下降31%.当臭氧投加量高于2 mg/Ｌ时,臭氧氧化出水中BrO^-₃增加明显,氧化过程原水中Br^-浓度升高BrO^-₃生成量增大;生物活性炭对BrO^-₃的去除率平均仅为13%,且波动较大.与常规处理相比,臭氧-生物活性炭处理后各类THMs均有减少,总量减少40%;但氯量和Br^-对溴代副产物影响大,主要为CHBr₃生成量增加.     

海水淡化超滤-反渗透工艺沿程溴代消毒副产物变化规律

研究了海水淡化超滤-反渗透(UF-RO)工艺沿程有机物和溴代消毒副产物(Br-DBPs)变化特征.该海水中含有较高浓度的Br-(45.6~50.9 mg·L-1)和较多的芳香类化合物[比紫外吸收值SUVA为3.6~6.0 L·(mg·m)-1];色氨酸类芳香族蛋白质、富里酸类有机物和溶解性微生物代谢产物是海水中主要的荧光特征有机物.UF-RO工艺进水海水经Na Cl O消毒后,DBPs的种类和浓度显著增加,且增加的主要为Br-DBPs,其中三溴甲烷(CHBr3)占总三卤甲烷(THMs)的70.48%~91.50%,二溴乙酸(Br2CHCO2H)占总卤乙酸(HAAs)的81.14%~100%,二溴乙腈(C2HBr2N)占总卤乙腈(HANs)的83.77%~87.45%.UF膜对THMs、HAAs和HANs的去除率分别为36.63%~40.39%、73.83%~95.38%和100%.RO膜可以完全去除HAAs,但是对THMs不能完全去除.进水海水的抗雌激素活性为0.35~0.44 mg·L-1,氯消毒后增加了32%~69%.海水淡化UF-RO系统生成的DBPs和其他生物毒性物质最终被截留到了UF浓水和RO浓水中.     

生物质炭对双季稻水稻土微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳氮的影响

生物质炭可影响土壤微生物量,但生物质炭对双季稻田土壤微生物生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳、氮(DOC、DON)的影响还不清楚.基于此,本研究选取亚热带2种典型双季稻田土壤(花岗岩母质发育的水稻土S1和第四纪红壤发育的水稻土S2)作为研究对象,开展室内培养试验来研究不施氮肥条件下生物质炭添加对土壤微生物生物量碳、氮及可溶性有机碳、氮的影响.每种土壤设置3个小麦秸秆生物质炭添加量,即土重的0%、1%和2%,分别用CK、LB和HB表示.培养70 d后,2种水稻土的MBC均值:S1为877. 03、832. 11和849. 30 mg·kg~(-1),S2为902. 94、874. 19和883. 22mg·kg~(-1). S1+LB、S1+HB和S2+LB均显著降低了土壤MBC均值(P 0. 05),这可能是由生物质炭吸附土壤有机碳及其他有机物,阻碍了微生物的生长而造成的. S1土壤中低生物质炭添加量较对照显著降低了土壤MBN均值(P 0. 05),降幅达9. 45%.生物质炭对S1土壤MBC/MBN均值影响不明显,但LB降低了S2土壤MBC/MBN均值(P 0. 05).由于生物质炭本身含有部分可溶性有机碳及其高p H值,添加到2种水稻土中均增加了土壤DOC均值,增幅分别达4. 42%～22. 20%和10. 57%～35. 47%.但生物质炭(除S2+HB处理)显著降低了土壤DON均值,这可能归因于生物质炭对土壤有机氮的吸附作用及生物质炭本身有机碳分解过程中对N的消耗作用.生物质炭显著增加了2种水稻土的DOC/DON均值,且随着生物质炭添加量的增加而增加.综上所述,在双季稻田土壤中单施生物质炭虽然可增加土壤可溶性有机碳,但对土壤微生物量有一定的降低作用,且会加重土壤氮亏缺状况.因此,在亚热带双季稻田中生物质炭应与化肥等配合施用.     

Nitrogen interception in floodwater of rice field in Taihu region of China

A field experiment located in Taihu Lake Basin of China was conducted,by application of urea or a mixture of urea with manure, to elucidate the interception of nitrogen(N)export in a typical rice field through"zero-drainage water management"combined with sound irrigation,rainfall forecasting and field drying,N concentrations in floodwater rapidly declined before the first event of field drying after three split fertilizations,and subsequently tended to retum to the background level.Before the first field drying,total particulate nitrogen(TPN)was the predominant N form in floodwater of plots with no N input,dissolved inorganic nitrogen(DIN)on plots that received urea only,and dissolved organic nitrogen(DON)on plots treated with the mixture of urea and manure.Thereafter TPN became the major form.No N export was found from the rice field,but total nitrogen(TN)of 15.8 kg/hm~2 was remained,mainly due to soil N sorption.The results recommended the zero-drainage water management for full-scale areas for minimizing N export.     

三峡库区典型农业小流域水体中溶解性有机质的光谱特征

溶解性有机质(DOM)作为重要的地球化学因子,在流域水体环境中扮演着重要的作用.本研究以三峡库区消落带典型农业小流域——重庆涪陵区王家沟为研究对象,结合该流域内不同土地利用类型,通过紫外-可见光吸收和荧光光谱,对小流域内水体DOM的光谱特征进行了表征和分析.结果表明,该农业小流域水体DOM空间差异较大,其组成和来源均存在明显不同.CDOM在DOM中所占比例[a*_g(355)]大小顺序为:稻田水沟渠水池塘水井水出口水,其中稻田水和沟渠水的SUVA_(254)较井水和出口水大,芳香性更明显.三维荧光光谱中2类4个荧光峰(A、C和B、T),DOM来源都是内部(微生物、藻类)以及外源(腐殖质)的双重贡献.除自生源微生物活动的影响外,外源生活污水和农业生产用水的影响也是导致DOM组分中类蛋白组分增多的重要原因.对比了不同种植季时相同位置水样DOM光谱特征,类蛋白组分是控制两个种植季水体DOM特征波动的重要因素.土地使用方式变化后水体DOC、CDOM和DOM当中的类蛋白/类腐殖荧光组分[r_(T/C)]比例存在明显差异,而FI、BIX和r_(A/C)差异不显著.     

饮用水消毒副产物分析及相关研究进展

饮用水消毒副产物（DBPs）是消毒剂和一些天然有机物（NOM）反应生成的化合物,主要包括三卤甲烷（THMs）、卤代G@（HAAs）、卤代乙腈（HANs）和致诱变化舍物（MX）4类。本文针对氯、氯胺、二氧化氯、臭氧4种主要消毒方式产生的消毒副产物,讨论了有关分析技术的发展过程,从DBPs的前处理技术、分析技术等角度,介绍了DBPs研究领域近期所取得的进展,并展望了今后研究的发展方向。