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饮用水氯化消毒过程中,水体中的天然有机物(NOM)和消毒剂(如氯)反应生成对人类健康有潜在危害的消毒副产物(DBPs),使饮用水化学安全性显著降低。在我国,加氯消毒依然是现阶段城市给水处理中广泛采用的消毒手段。因此,研究氯代消毒副产物的形成机理,对于控制给水中DBPs的浓度有着重要的理论和实践意义。
本文通过对深圳实际的水源水质进行分析测定,找出其中主要的有机物种类,在此基础上选取六种具有代表性结构的有机物为底物进行氯化消毒实验。在实验中研究了底物结构、加氯量和pH值等因素对二氯甲烷(CHC13)和氯代乙酸(CAAs)产量的影响,定性测定了氯化过程中产生的多种有机物;考察了高氯条件下CAAs的相互转化规律。结合实验结果和前人的研究成果,探讨了底物降解和氯化产物产生的机理,解释了羟基苯甲酸在氯化中的脱羧过程,给出了二氯乙酸(DCAA)和三氯乙酸(TCAA)的可能生成路径。结果表明:深圳市实际水体中有机物种类繁多,主要存在着芳香族化合物、长链烷烃、含氮化合物以及多环烃类化合物等四大类物质。主要消毒副产物(CHC13与CAAs)的产量随底物结构的变化而不同,含有两个问位羟基结构的物质如间苯二酚和间苯三酚等产生的CHC13最多;二氯乙酸(DCAA)和二氯乙酸(TCAA)的产量均维持在较低的水平,其主要产生结构需要进一步论证。氯的投加量直接影响副产物的产量;以间苯二酚和间笨三酚为底物时CHCl3在[HOCl]0=5x10-3 mol/L和[HOCl]0=2.5x10-3 mol/L条件F的产鼍之比与三氯代乙酸(TCAA)的比值相近。pH对CHCb产量的影响没有显著的规律性:五种底物在pH=7时TCAA的产量最大;而pH对DCAA产量的影响与底物的结构有关。通过GC-MS研究氯化后产物的种类说明,在初始氯浓度较低的情况下([HOCl]0=2.5x10.4 mol/L或[HOCl]0=5x10.4mol/L),氯化反应只得到简单的氯代酚类产物,不发生开环反应;随着氯化时间的延长和氯浓度的增加([HOCl]0=2.5x10-3 mol/L或[HOCl]0=5x10-3 mol/L),氯化产物中出现更多分子量小,氧化程度高,多氯取代的物质如氯代酮类和酸类。HAAs的相互转化实验证实了在[HOCl]0=1x10-2 mol/L的条件下DCAA通过继续氯化生成TCAA的可能性,但是转化率较低,说明这二者在氯化反应中的形成过程并不相同。