【摘 要】
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消毒是饮用水处理的关键环节,用以灭活水生病原微生物以确保居民的饮用水安全。然而,消毒剂会与水中赋存的有机物反应生成多种危害人体健康的消毒副产物(DBPs),部分DBPs对人体具有潜在的“三致”作用(即致癌、致畸、致突变),因此,世界卫生组织及许多国家水质标准均对其最大生成量设置指导值。然而,DBPs的种类繁多且产量低,在水中含量一般以μg/L甚至ng/L计,因此难以对其生成量进行实时监测。水中存在
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消毒是饮用水处理的关键环节,用以灭活水生病原微生物以确保居民的饮用水安全。然而,消毒剂会与水中赋存的有机物反应生成多种危害人体健康的消毒副产物(DBPs),部分DBPs对人体具有潜在的“三致”作用(即致癌、致畸、致突变),因此,世界卫生组织及许多国家水质标准均对其最大生成量设置指导值。然而,DBPs的种类繁多且产量低,在水中含量一般以μg/L甚至ng/L计,因此难以对其生成量进行实时监测。水中存在的有机物是DBPs的前驱物,使用DOC、UV254等指标可表征其含量,因此有学者提出并证实用DOC、UV254、SUVA等指标可以指示DBPs的生成。但这些指标仅与特定条件下部分DBPs具有良好的相关性,不具备普遍适用性。三维荧光光谱技术通过不同的激发和发射波长构成荧光矩阵用以表征水中有机物的成分和投加量,因此可以获得有机物更详细的信息。本研究利用多变量分析法对三维荧光光谱进行定量分析,拟构建三维荧光光谱的衰减与DBPs生成势之间的关系,以期筛选出预测DBPs生成势更加准确、易于检测的水质参数。本研究选取西安市某水厂进水口原水为研究对象,分别使用FeCl3或Al2(SO4)3作为混凝剂,采用氯或氯胺化两种消毒手段,模拟水厂混凝-沉淀-过滤-消毒的常规处理过程。本文系统地比较水质常规指标及三维荧光光谱(区域积分、平行因子分析)与DBPs(三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)、1,1,1-三氯-2-丙酮(1,1,1-TCP)和三氯硝基甲烷(TCNM))生成势之间的关系。得到主要结果如下:(1)使用氯作为消毒剂时,平行因子分析组分1(C1,陆地/人为腐殖质)与大部分DBPs生成势具有更好相关性。FeCl3混凝时,水质常规指标中UV254与THMs、HAAs、HANs和1,1,1-TCP四类物质相关性最优,R2为0.869±0.069;区域积分分析中FA区相关性高于其他区域,R2为0.909±0.024;平行因子分析中C1(Ex 256 nm,Em 419 nm)相关性最好,R2达0.918±0.065。Al2(SO4)3混凝时,水质常规指标中UV254的相关性略高,R2为0.903±0.158;区域积分分析中HA区相关性最高,R2为0.879±0.147;平行因子分析中C1相关性依然最好,R2为0.913±0.055。此外,比较TCNM与各指标的相关性,发现常规指标及区域积分与其相关性较差R2均小于0.5,没有明显线性;而C1对其相关系数达到0.631,显著高于其他指标。因此,最终确定C1为Na Cl O消毒时DBPs生成势的指示指标。(2)使用氯胺作为消毒剂时,平行因子分析组分2(C2,类腐殖质)与大部分DBPs的生成势具有良好相关性。FeCl3混凝时,水质常规指标中UV254与THMs、HAAs、HANs和1,1,1-TCP四类物质相关性最优,R2为0.88±0.06;区域积分中HA区相关性最好,R2为0.912±0.059;平行因子分析中C2(Ex 268 nm,Em 468 nm)相关性略高于其他组分,R2为0.93±0.046。此外,TCNM在NH2Cl消毒FeCl3混凝时与各项指标之间的相关性较差,R2低于0.4,说明这些指标均不能指示TCNM的生成势。Al2(SO4)3混凝时,水质常规指标中UV254与THMs和HAAs的相关性最优,R2为0.823±0.016;区域积分中HA区相关性优于其他区域,R2为0.885±0.068;平行因子分析中C2相关性最高,R2为0.891±0.031。此外,HANs、1,1,1-TCP和TCNM在NH2Cl消毒Al2(SO4)3混凝时,与各项指标之间的相关性较差,(R2<0.6)说明这些指标均不能指示HANs、1,1,1-TCP和TCNM的生成势。以上数据表明C2可指示NH2Cl消毒条件下DBPs的生成势。
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