胺类物质在紫外/氯消毒过程中生成卤代硝基甲烷的研究

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卤代硝基甲烷(HNMs)是一种典型的含氮消毒副产物(N-DBPs),由于它的细胞毒性和基因毒性远高于其它的含碳消毒副产物(C-DBPs),引起人们越来越多的关注。目前,国内外学者已经对HNMs进行了相关的研究,包括HNMs的前体物识别、生成机理和控制方法等。但这些研究主要局限于传统的氯消毒或氯胺消毒,而对新兴的紫外/氯消毒研究较少。同时,研究对象多集中在三氯硝基甲烷(TCNM),而对HNMs的整体缺乏系统研究,特别是其中毒性更高的溴代硝基甲烷(Br-HNMs)。因此,本文以胺类物质为前体物,研究了其在紫外/氯消毒过程中生成HNMs的规律及反应途径,同时探究了二溴硝基甲烷(DBNM)和二溴一氯硝基甲烷(DBCNM)在低压紫外光照射条件下的光降解规律和反应途径。本论文成果可为在紫外/氯消毒过程中控制HNMs的生成提供理论依据和基础数据。本文首先研究了HNMs在紫外光下的光降解特性。实验以DBNM和DBCNM为研究对象,探讨了初始浓度、紫外光照强度、p H值、自由氯、溴离子对其光降解的影响并分析了其光降解动力学规律和反应途径。实验结果表明:DBNM和DBCNM的光降解均符合一级反应动力学规律,其光降解效率随初始浓度的增加而减小,随光照强度和p H值增加而增加;溴离子能够略微促进两者的光降解速率;自由氯的参与显著加快了两者的光降解速率,并且在降解的过程中能够生成其它种类的HNMs。其次研究了胺类物质在紫外/氯消毒过程中生成HNMs的规律和机理。实验选择甲胺、二甲胺和聚二烯丙基二甲基氯化铵这三种胺类物质作为前体物,探讨了光照时间、自由氯浓度、溴离子浓度、p H值、光照强度和前体物浓度等因子对HNMs生成的影响,分析了反应过程中自由氯、结合氯、总氯、氨氮、硝态氮和总氮的变化,并根据实验结果和相关文献,推导了胺类物质生成HNMs的反应途径。实验结果表明:溴离子存在时,甲胺和二甲胺和聚二烯丙基二甲基氯化铵在紫外/氯消毒过程中均具有生成HNMs的潜能,生成HNMs的潜能大小顺序为甲胺>二甲胺>聚二烯丙基二甲基氯化铵,且它们生成HNMs的量均随反应时间的延长呈先上升后下降的趋势。随着溴离子浓度的增加,氯代硝基甲烷(Cl-HNMs)的生成量会不断减少,氯-溴硝基甲烷(Cl(Br)-HNMs)的生成量会先增加后减少,Br-HNMs的生成量不断增加;随着自由氯浓度的增加,Br-HNMs的生成量会先增加后减少,而Cl-HNMs和Cl(Br)-HNMs的生成量会不断增加。此外,9种HNMs的生成量均随光照强度和前体物浓度的增加而增加,随p H值的增加而减少。最后选取污水厂和给水厂消毒前的水样,研究了实际水样以及加入胺类物质后在紫外/氯消毒过程中生成HNMs的规律。实验结果表明:实际水样在紫外/氯消毒过程中生成HNMs的变化趋势与在实验室中以胺类物质为前体物时的生成HNMs的趋势相似;胺类物质在实际水样和超纯水中生成HNMs的规律基本相同,但由于实际水样中成分复杂,HNMs生成量的大小、最大生成量出现的时间点和最后的剩余量都有差别。
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