Br-在紫外/氯(胺)消毒过程中对硝酸盐生成HNMs的影响

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卤代硝基甲烷(HNMs)是一类典型的含氮消毒副产物(N-DBPs),在环境中的浓度较低,但较高的细胞毒性及遗传毒性使其受到特别关注。紫外(UV)联合氯(胺)消毒工艺具备高效灭菌及持续消毒能力,在水处理领域具有良好的应用前景,但UV/氯(胺)消毒可能会带来更多HNMs。目前对于UV/氯(胺)消毒过程中HNMs生成规律的研究还不够充分,因此本文以硝酸盐为氮源,腐殖酸为碳源,探究不加溴和加溴条件下HNMs在UV/氯(胺)消毒过程中生成的规律。本文首先研究在UV/氯消毒过程中硝酸盐生成HNMs的规律,分别在不加溴和加溴条件下探讨自由氯、硝酸盐、溴离子、温度、p H等因子对HNMs生成的影响;进一步分析了不同反应条件下HNMs的溴取代因子(BSF),并对比不加溴和加溴条件下生成HNMs的毒性变化。实验结果表明:在不加溴条件下,UV/氯消毒过程中检测到一氯硝基甲烷(CNM)、二氯硝基甲烷(DCNM)、三氯硝基甲烷(TCNM)的生成,且TCNM生成最多;自由氯浓度增加时HNMs生成呈先增加后减少的趋势,硝酸盐浓度和温度增加会促进HNMs的生成,并且中性环境下(p H=7)HNMs生成最多。在加溴条件下,UV/氯消毒过程中检测到CNM、DCNM、TCNM、一溴一氯硝基甲烷(BCNM)、一溴二氯硝基甲烷(BDCNM)、二溴一氯硝基甲烷(DBCNM)、二溴硝基甲烷(DBNM)以及三溴硝基甲烷(TBNM)的生成,其中TBNM是主要生成种类;HNMs生成随溴离子浓度增加呈现先增加后减少的趋势,并且由氯代HNMs(Cl-HNMs)、氯溴HNMs(Cl BrHNMs)向溴代HNMs(Br-HNMs)转化;HNMs生成随自由氯和硝酸盐浓度增加而增加,受温度影响较小,且随p H增大而减少。在UV/氯消毒过程中,BSF值随溴离子、自由氯、硝酸盐浓度增加而增加,随温度和p H升高呈下降趋势。加溴条件下相比不加溴条件下生成的HNMs细胞毒性和遗传毒性指数增高。其次采用氯胺替代自由氯作为消毒剂,研究在UV/氯胺消毒过程中硝酸盐生成HNMs的规律,分别在不加溴和加溴条件下探讨了自由氯、硝酸盐、溴离子、温度、p H等因子对HNMs生成的影响;进一步分析了在UV/氯胺消毒过程中不同反应条件对BSF值的影响,并对比不加溴和加溴条件下生成HNMs的毒性变化。实验结果表明:在不加溴条件下,UV/氯胺消毒过程中检测到CNM、DCNM、TCNM的生成,其中DCNM为主要生成种类;HNMs生成随硝酸盐浓度的增加呈现先增加后减少的趋势,随氯胺浓度增加而增加,随温度和p H升高呈下降趋势。在加溴条件下,UV/氯胺消毒过程中检测到CNM、DCNM、TCNM、BCNM及DBNM的生成,其中含溴HNMs生成较有优势;溴离子、氯胺、硝酸盐浓度、温度增加均能促进HNMs生成,且在中性环境下(p H=7)HNMs的生成量最大。在UV/氯胺消毒过程中,BSF值随溴离子、氯胺、硝酸盐浓度及温度的增加而增加,且在p H=7条件下BSF值较高。在加溴条件下生成的HNMs细胞毒性指数比不加溴条件下大1~2数量级,其遗传毒性指数约为不加溴条件的6.5倍。最后选取污水厂和自来水厂过滤后未消毒的水样,研究实际水样中HNMs的生成规律,以及溴离子和硝酸盐对实际水样生成HNMs的影响。实验结果表明:在实际水样氯(胺)化和UV/氯(胺)消毒过程中都检测到CNM、DCNM、TCNM、BCNM以及DBNM生成。在单独氯(胺)化下,实际水样生成的HNMs随时间增加而缓慢增加,在UV/氯(胺)消毒过程中,HNMs生成呈现先增加后减少的趋势。实际水样中额外添加溴离子会使BrHNMs生成量增加,添加硝酸盐也会使HNMs总生成量增加,这与实验室规律基本一致。但由于实际水样中有机物种类繁多,且含有大量无机离子,因此HNMs生成量及种类与实验室规律存在差异。
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