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污水回用消毒过程中产生的氯化副产物,是影响回用水质安全的重要因素。但由于污水成份复杂,对污水消毒副产物(DBPs)形成的前驱物质及影响因素的认识仍然非常有限。为此,本论文主要以中水(污水处理厂二级出水经混凝和砂滤后出水)为研究对象,考察了中水氯消毒过程中消毒副产物产生的主要影响因素、前驱体类型以及臭氧预氧化与氯化副产物生成的关系,并利用不同的生物毒性测试方法对溶解性有机物及各种处理工艺进行了安全评价。
本论文研究了中水氯消毒副产物的生成及其影响因素,发现氨氮(NH3-N)的加入能有效削减DBPs的生成量;溴离子(Br)的存在影响消毒副产物形态的分配,而且溴对消毒副产物的贡献与有效氯投加量负相关,但随着氯化时间和Cl2/N质量比的增加出现峰值。为进一步研究不同结构有机物对DBPs生成的贡献,采用树脂吸附将中水中的溶解性有机物分离为疏水酸性有机物、疏水中性有机物、疏水碱性有机物、亲水酸性有机物、亲水中性有机物和亲水碱性有机物6种组分,研究了溶解性有机物各组分在不同水质条件时的氯化消毒,对其消毒副产物生成势进行了分析;采用傅立叶红外光谱、高效液相排阻色谱、三维荧光光谱等方法对有机物的结构特性进行了表征,并对不同组分的有机物结构及其消毒副产物生成势的相关性进行了分析,发现酸性有机物含有相对较高的vC-O和不饱和结构,是消毒副产物的主要前驱物;腐殖酸类物质对消毒副产物生成的贡献最大,其次是富里酸类物质。
考察了臭氧预氧化对DBPs前驱物的去除,结果表明臭氧预氧化改变了DBPs前驱物的结构,减少了DBPs的生成量,特别是三卤甲烷的生成量。
利用发光细菌、绿藻和青鳉鱼卵考察了溶解性有机物各组分以及臭氧预氧化等处理工艺出水的生物毒性,并分析了消毒副产物与生物毒性之间的关系,发现氯化副产物对发光细菌、绿藻和青鲻鱼卵均有毒性作用,而且亲水性有机物对发光细菌具有最强的毒性,但在发光细菌急性毒性、绿藻急性毒性和青鳉鱼卵毒性之间,没有发现明显的相关关系。