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饮用水的安全直接关系到人类的健康、社会的稳定和经济的发展,备受人们的广泛关注。饮用水的生物安全性主要是依靠消毒工艺来保证,因其价廉高效等特点,氯消毒是目前世界各地应用最广泛的消毒技术。但是水中天然有机物及其他人工合成化学物质在氯消毒过程中可与氯发生反应,产生对人体有害的消毒副产物( disinfection by-products,DBPs)。以三卤甲烷(THMs)和卤代乙酸(HAAs)为代表的氯系消毒副产物的含碳有机前体物、产生机理和毒性等得到了充分的阐释。近年来以含氮有机物为前体物的消毒副产物因其毒性更强、种类更多受到学者的广泛关注。 氨基酸是水环境中天然存在溶解性含氮有机物的一类,是近年来消毒副产物前体物的研究热点之一。因其侧链基团不同,氯化消毒副产物呈多样性特点。本课题以具有苯环结构的苯丙氨酸为研究对象,考察了其经过氯消毒后生成各种消毒副产物的种类,展开了生成途径分析,并明确了主要消毒副产物苯乙腈的生成途径;探讨了水环境中苯乙腈的嗅味及衰减特性;通过柱前衍生/SPE/GC-MS检测水中苯丙氨酸,并采用LLE/GC-ECD法对实际饮用水中苯乙腈的存在水平展开了调查;探讨了活性炭吸附及UV-C/H2O2等技术对水中微量苯乙腈的控制效果及机理。 利用GC-MS及HPLC-MS对苯丙氨酸消毒副产物进行鉴定分析,氯消毒副产物主要苯乙醛、苯乙腈、苯丙氯代亚胺、2,6-二苯基吡啶、氯甲苯、邻氯苯乙腈等六种。经过加标消毒试验验证,苯乙腈为常规条件下苯丙氨酸的主要氯化消毒副产物,其主要产生途径为:Phe经氯代反应生成N-氯代Phe,进一步被氯取代生成N-二氯代Phe,然后脱羧脱去HCl小分子产生苯乙醛phenylacetaldehyde,继续与氯反应继续脱去一个HCl小分子,最终生成含氰基的phenylacetonitrile。利用GC-O-MS联用技术分析确定苯乙腈嗅阈值为0.6μg/L,带有苦杏仁味,辛辣,花香味等嗅味。 本文对杭州市4个主要饮用水厂源水和出厂水中的苯丙氨酸进行了检测。结果表明,2015年1月至7月水厂源水中检出苯丙氨酸(3.27~50.79μg/L),出厂水中检出(0.27~37.19μg/L)。并对杭州市4大饮用水厂出厂水和浙江工业大学内管网末端水中苯乙腈含量进行了检测。饮用水厂出厂水中检出苯乙腈(5.03~30.97μg/L),管网末端水中检出(4.66~6.53μg/L)。 活性炭吸附苯乙腈试验结果表明,Langmuir模型可更好的描述GAC吸附苯乙腈过程,GAC吸附苯乙腈主要为单分子层吸附。不同浓度的苯乙腈的吸附行为均符合拟二级方程(R2>0.99)。GAC和PAC对苯乙腈的去除率均达到92.5%以上,具有较好的吸附效果。pH,温度、初始浓度、底质和共存离子对颗粒活性炭吸附苯乙腈有一定的影响。去除率随着pH值升高而降低;去除率随着温度增大有下降;浓度越大,吸附平衡容量越大,去除率越大;不同的盐类的加入对苯乙腈的吸附效果影响不同,主要是Mg2+和Al3+对苯乙腈的吸附效果有明显的抑制作用。 UV-C/H2O2联合降解苯乙腈试验结果表明,苯乙腈降解规律符合拟二级动力学方程。苯乙腈去除率随着H2O2投加量增大呈先增大后减小的趋势,在20 mg/L时达到最大(94.9%)。在试验浓度范围内,去除率跟初始浓度成正相关,去除率随着辐照强度增大而增大。自来水中苯乙腈去除率较大,可能是余氯存在的缘故。Cl-1对苯乙腈去除率影响不大,Mg2+、Al3+对苯乙腈去除有一定的抑制作用。