氯、氯胺消毒下钱江源水源水消毒副产物形成特征研究

以钱江源水源水为研究对象,以氯、氯胺为消毒方式,研究了不同消毒条件下,三卤甲烷(THMs)、卤乙腈(HANs)、氯代酮(CKs)、二卤乙酸(DHAAs)、三卤乙酸(THAAs)等消毒副产物(DBPs)的形成情况,以便为水务工作者监测钱江源建库前后水质、DBPs形成的变化提供基础数据.结果显示,氯消毒下DBPs的产量比氯胺消毒高出3~7倍甚至1个数量级,但不管是氯消毒还是氯胺消毒,THMs、HAAs形成量均在我国饮用水标准范围内.氯消毒下,大部分DBPs产量为中、碱性条件酸性条件(除了CKs),氯胺消毒则呈现不同的情况(所有DBPs的产量均为p H=6、p H=7p H=8).消毒剂量对所有DBPs形成具有明显的促进作用;溴离子对THMs、DHANs、DHAAs的形成有明显的促进作用.进一步研究表明,钱江源水源水的水质比钱塘江下游九溪水源水好,DBPs形成也较低,某些指标(如有机碳、有机氮、HANs形成量等)甚至比同省水质较好的金兰水库还要好;而且由于其较高的比紫外吸收值(SUVA),DBPs的溴嵌入能力均比九溪水源水、金兰水库低.此外,就目前的钱江源水源水来说,控制消毒剂量(氯、或氯胺)是控制DBPs形成的有效策略.     

操作条件及水质对海水氯消毒过程中消毒副产物生成的影响

氯消毒广泛应用于海水利用的预处理过程中,以减少生物膜淤积,而消毒过程会导致各类消毒副产物(DBPs)的生成,可能会对海洋生态环境具有潜在危害。系统研究了操作条件和水质对海水氯化消毒过程中生成三卤甲烷(THMs)、卤乙腈(HANs)和卤乙酸(HAAs)的影响。结果表明,氯投加量对DBPs生成的影响最大,随着投氯量的增加,THMs、HANs和HAAs的生成量显著增加,在反应初期随反应时间的延长而增加,随后HANs和HAAs的生成量开始缓慢降低而THMs基本保持不变。随着温度升高,THMs的生成量稳步增加,而HAAs和HANs在分别达到30,25℃后生成量达到最大值,之后随温度的升高而降低。p H对THMs、HANs和HAAs生成的影响相反,在酸性条件下HANs和HAAs的生成量最多,而在碱性条件下THMs的生成量最多。THMs、HANs和HAAs的生成量随溴离子浓度的改变无明显变化,但是随着氨氮浓度的升高,THMs、HANs和HAAs的生成种类和生成量均有明显降低。     

臭氧与氯联合消毒对钱塘江水源水DBPs形成及溴取代的影响

本文研究了在pH 6～8、反应时间2～72 h、反应温度10～30℃条件下,钱塘江水源水在臭氧-氯消毒联合作用下,三卤甲烷(THMs)、二卤乙酸(DHAAs)、三卤乙酸(THAAs)、二卤乙腈(HANs)、三卤硝基甲烷(THNMs)等5类消毒副产物(DBPs)的形成和溴取代特征.结果显示,臭氧-氯消毒下DBPs的形成与氯消毒有较多相似之处:①大部分DBPs形成量均随着温度的升高、时间的延长而增加,相应的溴取代因子(BSFs)则随着时间的延长、温度的上升而呈下降趋势;②氯代DHANs倾向于在酸性条件下形成多,而溴代DHANs则倾向于在碱性条件下形成多;③不管是氯消毒还是臭氧-氯消毒,也不管是哪种消毒条件,5类DBPs的BSF值顺序均为BSF_(HNMs)BSF_(DHANs) BSF_(THAAs)BSF_(THMs)≈BSF_(DHAAs).但与氯消毒不同的是,臭氧-氯消毒下THMs、DHAAs、THAAs、HANs的形成产量更低,而THNMs的产量则更高;而且与氯消毒相比,臭氧-氯消毒普遍增加了DBPs的溴取代程度,也改变了溴离子在不同DBPs之间的分配,即减少了THMs、DHAAs、THAAs、DHANs对溴的利用率,但大幅增加了HNMs的溴利用率.鉴于溴代HNMs的极高毒性,因此对于钱塘江水源水,臭氧-氯消毒要注意HNMs带来的健康风险.     

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。     

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.     

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.     

城乡供水管网中消毒副产物的浓度水平与分布规律

通过12个月采集的153个水样,调查了中国南方城市佛山某水厂城乡集中供水管网中消毒副产物（DBPs）的浓度水平与时空分布情况.在供水管网中,三卤甲烷（THMs）、卤乙醛（HALs）、卤乙腈（HANs）和卤乙酰胺（HAcAms）这4类DBPs均被检出,其中位浓度分别为19.81、2.91、1.70和1.14μg·L-1.4类DBPs浓度在输送至农村方向管网水中的沿程变化规律与在输送至城市方向的相似.供水干管中的THMs、HALs和HANs浓度均随输配距离的增加而增大,且支管中DBPs浓度普遍更高.管网水中的4类DBPs浓度在冬季均相对较低,而THMs、HALs、HANs浓度在春季相对较高.该调查结果补充了对中国南方城乡集中供水的长距离管网输送中DBPs浓度水平与变化规律的认识,为城乡集中供水地区水质安全评价与风险控制提供依据.     

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.     

两点短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺研究

基于顺序氯化消毒工艺的原理,采用两点短时游离氯后转氯胺的两点顺序氯化消毒工艺,即在过滤和清水池前的两点分别加氯,并在清水池加氯后立即加氨转化为氯胺消毒的工艺,该工艺在常规处理工艺的给水厂进行了消毒试验.结果表明,加氯点的适当提前,不仅有利于控制消毒副产物的生成量,而且有效抑制了滤池中的生物膜滋生.两点顺序氯化消毒工艺中生成的卤代消毒副产物比相同条件下一次性加入等量的氯消毒剂的消毒方法产生的三卤甲烷(THMs)平均减少了51.6％,卤乙酸(HAAs)平均减少了46.7％.细菌学指标HPC的结果也显示出了该工艺在保障水质的微生物安全方面的优势.     

不同管材对氯胺消毒副产物生成与水质生物稳定性的影响

模拟考察了上海某水厂出厂水在不同输配管网体系中水质的变化规律,研究了管材和氯胺投加量对输配过程水质变化的影响.结果表明,不同输配管网体系氯胺的衰减速率总体上符合如下规律:镀锌管>铜管>不锈钢管>聚乙烯管(PE管)>三型聚丙烯管(PPR管),季节因素对氯胺衰减速率影响较大,秋冬季节氯胺衰减的速率显著降低;消毒副产物三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的生成规律为:PE管?PPR管>玻璃管>不锈钢管>铜管>镀锌管;五种管材中异氧菌总数(HPC)的生长数量为:镀锌管>>PE管>不锈钢管>PPR管>铜管;铜管和PE管中生物可同化有机碳(AOC)显著高于其余管材及出厂水.     

高锰酸钾预氧化控制氯/氯胺消毒的卤乙酸生成量

结合南方某市典型受污染水源,研究了高锰酸钾预氧化对后继氯或氯胺消毒工艺中卤乙酸(HAAs)生成量和生成形态的影响.研究结果表明,氯胺消毒比自由氯消毒可降低HAAs生成量60%～80%左右;通过一致性生成条件试验比较表明,高锰酸钾的最佳投量范围是0.5mg·L-1～1.5 mg·L-1,在高锰酸钾为1.0mg·L-1的条件下,后续氯消毒工艺的HAAs生成量降低了30.9%;而后续氯胺消毒工艺的HAAs生成量则降低了25.3%;高锰酸钾预氧化对DCAA生成量的影响相对较大;高锰酸钾预氧化可降低氯/氯胺消毒工艺的HAAs生成量.     

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.     

海水淡化低温多效蒸馏工艺(LT-MED)沿程溴代消毒副产物的生成

研究了海水淡化低温多效蒸馏(LT-MED)工艺沿程水质和溴代消毒副产物(Br-DBPs)变化特征.LT-MED工艺进水海水的Br-浓度和比紫外吸收值(SUVA)分别为54.6 mg·L~(-1)和1.7 L·(mg·m)-1,其荧光特征有机物主要有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.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,三溴甲烷(CHBr3)占总三卤甲烷(THMs)的100%;一溴乙酸(C2H3Br O2)和二溴乙酸(C2H2Br2O2)分别占总卤乙酸(HAAs)的31.9%和68.1%;四溴苯酚(C6H5Br O)占总卤代酚(HPs)的100%.LT-MED海水淡化产品水中THMs、HAAs和HPs均未检出,但是其浓水中的THMs、HAAs和HPs浓度分别为56.9、35.0和0.1μg·L~(-1).     

配水管网中生物稳定性和消毒副产物的变化及相关性

研究了上海市2条不同水源水厂配水管网中可同化有机碳（AOC）、三卤甲烷（THMs）和卤乙酸（HAAs）的变化情况,并对饮用水生物稳定性和消毒副产物间的相关性进行了分析.结果表明,管网中AOC和HAAs含量受余氯和微生物活动双重作用的影响,在距水厂较近、余氯较高的管网中,可能因氯与有机物继续反应出现上升,在余氯较低的管网末梢则因为微生物降解作用使含量下降;THMs含量则只受余氯的影响,随管网延伸持续增长.HAAs与AOC含量间存在较好的线形关系,前体物间具有相似性,THMs与AOC含量间呈正相关性;作为饮用水安全性的2个重要方面,生物稳定性和消毒副产物间具有内在的关联性.     

单过硫酸氢钾复合粉在饮用水消毒过程中的副产物生成特性及遗传毒性变化

以北京田村山净水厂原水和炭后出水作为试验用水,对新型消毒剂单过硫酸氢钾复合粉消毒后生成的消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)进行定性分析.向受试水样中分别投加单过硫酸氢钾复合粉和次氯酸钠,比较了复合粉消毒和氯消毒的DBPs生成量,并通过umu试验对水样消毒后的遗传毒性变化进行测试.结果表明,测试水样投加单过硫酸氢钾复合粉消毒前后的有机物种类变化不大,但仍有新的卤代烃和卤代物生成.与氯消毒相比,单过硫酸氢钾复合粉消毒后生成的三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的含量更低.另外,根据umu测试的结果,经单过硫酸氢钾复合粉消毒后原水和炭后水的遗传毒性均明显低于氯消毒.然而在水中有机物较多和消毒剂投加量较大时,单过硫酸氢钾复合粉用于消毒仍有一定安全风险.     

供水管网终端消毒副产物分布特征及预测模型

消毒副产物(disinfection by-products, DBPs)是影响饮用水水质的重要指标.以浙江省H市某区域供水点为调查目标,考察终端龙头水及加热器处理后饮用水中DBPs的含量特征,结合水质理化指标,初步确定管网终端DBPs预测模型,评估经口摄入的健康风险.结果表明,H市某供水点龙头水中共检出THMs、HANs和HAAs这3类共计10种DBPs.龙头水中目标DBPs检出率均为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为10.12～28.39、 0.98～5.19和2.65～7.83μg·L~(-1);热水中TBM、TCAN和DBAN的检出率分别为46.43%、 82.14%和92.86%,BCAN未检出,其它DBPs检出率为100%,THMs、HANs和HAAs质量浓度分别为0.60～12.58、 0.02～0.52和2.42～5.86μg·L~(-1).加热处理后THMs和HANs的含量有所降低,总量分别降低84.22%和91.45%,HAAs变化不明显.水质理化指标pH值和SUVA与DBPs呈正相关关系,余氯和氨氮与DBPs呈负相关关系.根据常规指标与DBPs相关性建立THMs多元线性预测模型,相对误差小于10.00%,准确度较高,可用于管网供水终端THMs的预测.基于美国环保署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市龙头水和热水中DBPs通过饮水途径的致癌风险分别为(17.24～84.63)×10~(-6)和(25.49～258.82)×10~(-7);非致癌风险分别为(4.17～50.32)×10~(-2)和(6.52～107.74)×10~(-3).龙头水中BDCM对致癌风险的贡献率最大,而热水系统中TCM贡献率最大;龙头水及热水中非致癌风险主要来自于TCM.热水中THMs的削减量最高达到94.38%,致癌风险降低79.00%.     

加氯消毒过程中纯细菌物质生成消毒副产物研究

按照UFC方法对水体中3种常见细菌Acinetobacter junii、Staphylococcussciuri和Escherichia coli进行纯细菌加氯消毒处理,同时考察水中溴离子对纯细菌物质生成DBPs的影响.结果表明,3种细菌均为DBPs前体物,加氯消毒生成的DBPs除水合三氯乙醛(CHD)外,生成的三卤甲烷(THMs)物质主要为氯仿(TCM),卤乙腈(HANs)物质主要为二氯乙腈(DCAN).氯仿的生成量与细菌物质TOC浓度无明显关系,但HANs和CHD生成量均随细菌TOC浓度增大而增加.其中革兰氏阳性细菌Staphylococcus sciuri生成的DCAN和CHD比革兰氏阴性细菌Acinetobacter junii和Escherichia coli生成的要高,说明细胞壁的化学组分可能是DCAN和CHD生成的影响因素之一.Escherichia coli细菌反应液中溴离子(Br-)存在时,除生成CHD、TCM及DCAN外,THMs和HANs中的溴代种类CHBr3随Br-增多而持续增加,相反TCM持续减少.当Br-浓度为4mg.L-1时,TBM浓度增至最高127.9μg.L-1;HANs和CHD生成量随Br-浓度增加先有所增加,随后持续降低至低于检测限;Br离子存在时THMs为主要DBPs种类.     

南水北调丹江口水库水氯(胺)化消毒副产物产生特性与消毒工艺对比

系统研究了南水北调中线工程水源——丹江口水库水在氯(胺)化消毒条件下,常规消毒副产物的产生特性,考察了消毒方式、消毒剂投加量、接触时间、p H和溴离子浓度等因素的影响,并对消毒工艺参数进行了优化.结果发现,丹江口水库水经氯化消毒可产生三氯甲烷、二氯一溴甲烷等常规含碳和较低浓度二氯乙腈、三氯硝基甲烷等含氮消毒副产物,而氯胺化消毒仅产生三氯甲烷和三氯硝基甲烷等消毒副产物(disinfection by-products,DBPs).自由氯消毒过程产生的各类型DBPs浓度约为氯胺消毒的7.5倍,短时自由氯转氯胺方式DBPs产生量介于两者之间;随着自由氯投加量增加,各类型消毒副产物均呈现增加趋势,投加量大于2 mg·L-1后DBPs增加量较少.随氯胺投加量增加,三氯甲烷生成量变化不大,投加量大于2mg·L-1后可产生三氯硝基甲烷等副产物.随反应时间延长,自由氯的衰减速率明显大于氯胺,同时消毒副产物增长量明显快于氯胺消毒.随着p H升高,自由氯消毒后三卤甲烷含量呈现增加趋势,而氯胺消毒后变化不明显.随溴离子浓度的增加,自由氯和氯胺消毒后副产物类型均向溴代DBPs转变,同时总生成量明显增加,自由氯消毒DBPs增长量明显大于氯胺消毒过程.丹江口水库水采用氯胺化消毒可以降低消毒副产物的生成风险,如采用自由氯消毒方式,水厂需根据实际常规处理工艺重点控制自由氯的投加量等参数.     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

J市饮用水氯消毒副产物分析及其健康风险评价

J市位于太湖下游,其水源水质受上游和自身工农业发展的影响,有机物和氨氮浓度较高,氯消毒副产物及其引发的健康风险广泛受到关注.2012年5、8、10月以及2013年1月采样,使用气相色谱法分析了J市饮用水中4种三卤甲烷和5种卤乙酸的含量,发现自来水中三卤甲烷浓度占三卤甲烷与卤乙酸总和的88.1%以上,5月、8月和次年1月浓度较高(分别为39.34、50.37和28.02μg.L-1),10月浓度(19.19μg.L-1)较低,远高于卤乙酸的浓度(2.58～4.02μg.L-1).自来水煮沸3min后,三卤甲烷可去除92.3%以上,但卤乙酸会大幅度增加.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,发现化学致癌物质的健康风险为3.1×10-6～7.3×10-6,高于可接受风险水平1×10-6;煮沸后致癌物质的健康风险大幅度降低至7.9×10-7,低于可接受风险水平.煮沸后非致癌氯消毒副产物的健康风险由2.1×10-11显著升高至3.4×10-9,未超过10-5的风险管理参考值.