南水北调丹江口水库水氯(胺)化消毒副产物产生特性与消毒工艺对比

系统研究了南水北调中线工程水源——丹江口水库水在氯(胺)化消毒条件下,常规消毒副产物的产生特性,考察了消毒方式、消毒剂投加量、接触时间、p H和溴离子浓度等因素的影响,并对消毒工艺参数进行了优化.结果发现,丹江口水库水经氯化消毒可产生三氯甲烷、二氯一溴甲烷等常规含碳和较低浓度二氯乙腈、三氯硝基甲烷等含氮消毒副产物,而氯胺化消毒仅产生三氯甲烷和三氯硝基甲烷等消毒副产物(disinfection by-products,DBPs).自由氯消毒过程产生的各类型DBPs浓度约为氯胺消毒的7.5倍,短时自由氯转氯胺方式DBPs产生量介于两者之间;随着自由氯投加量增加,各类型消毒副产物均呈现增加趋势,投加量大于2 mg·L-1后DBPs增加量较少.随氯胺投加量增加,三氯甲烷生成量变化不大,投加量大于2mg·L-1后可产生三氯硝基甲烷等副产物.随反应时间延长,自由氯的衰减速率明显大于氯胺,同时消毒副产物增长量明显快于氯胺消毒.随着p H升高,自由氯消毒后三卤甲烷含量呈现增加趋势,而氯胺消毒后变化不明显.随溴离子浓度的增加,自由氯和氯胺消毒后副产物类型均向溴代DBPs转变,同时总生成量明显增加,自由氯消毒DBPs增长量明显大于氯胺消毒过程.丹江口水库水采用氯胺化消毒可以降低消毒副产物的生成风险,如采用自由氯消毒方式,水厂需根据实际常规处理工艺重点控制自由氯的投加量等参数.     

4,4’-二溴联苯在水溶液中光降解的动力学研究

多溴联苯作为溴代阻燃剂被广泛应用,从而广泛存在于环境。但少有对于多氯联苯环境行为的研究。文章以4,4’-二溴联苯为研究对象,模拟自然环境,探讨了光源强度、初始浓度、pH值和溶解氧等因素对4,4’-二溴联苯降解的影响,以及在模拟太阳光的照射下,研究了Fe3+和腐殖酸对4,4’-二溴联苯在水溶液中光降解速率的影响。结果表明,在高压汞灯照射下,4,4’-二溴联苯的光降解过程符合准一级动力学规律。提高光源强度可加速4,4’-二溴联苯的降解;初始浓度的增加使4,4’-二溴联苯降解速率减慢;反应液在高pH值和低pH值时,均促进4,4’-二溴联苯的光降解进程;体系中溶解氧增多也同样促进4,4’-二溴联苯的降解;小剂量的添加腐殖酸和Fe3+可以促进4,4’-二溴联苯的降解,但超过一定浓度则抑制其光降解。     

水体中2,6-二溴酚光降解行为研究

溴酚是一类天然水体中广泛存在的有机污染物。为进一步研究溴酚在水体中的光化学行为,该研究以2,6-二溴酚为模型化合物,系统研究了其在模拟太阳光照射下水体中的光降解,并考察初始浓度、pH值、Fe(Ⅲ)及NO2-等因素对降解速率影响。实验结果表明,在模拟太阳光照射下,2,6-二溴酚能够快速发生降解反应。其中,光降解速率随初始浓度的降低及pH值的增加而增大,并且Fe(Ⅲ)或NO2-的存在能显著提高2,6-二溴酚的光降解速率。同时,液相色谱高分辨质谱LC-TOF-MS对2,6-二溴酚光解产物的分析结果表明,2,6-二溴酚经过光化学降解,主产物为一种单溴代二羟基苯。     

饮用水消毒中一氯胺的衰减动力学研究

对饮用水消毒过程中一氯胺的衰减过程,采用二级反应速率模型对其衰减规律进行了非线性拟合;分别考察了pH值、温度、碳酸盐、溴离子、碘离子和天然有机物(NOM)浓度等水质参数变化对一氯胺衰减速率的影响.结果表明,pH值是影响一氯胺衰减速率的重要因素,pH<7.0时尤为明显;温度和碳酸盐对一氯胺的衰减速率均有明显影响;在pH=6.60时,随着溴离子浓度的增加一氯胺的衰减加快;在pH>7.60,0.1 mg/L的溴离子浓度对一氯胺的衰减影响不明显,碘离子对一氯胺的衰减影响较相同反应条件下溴离子的影响明显.此外,一氯胺衰减动力学模拟结果表明,采用二级动力学反应模型可以较好地拟合在卤素离子(Br-I、-)共存条件下的一氯胺衰减规律,对在沿海地区饮用水消毒工艺中不同条件下氯胺消毒剂浓度预测可以提供一定的理论和技术支持.     

含盐水体中酪氨酸的光致溴代反应研究

选取溶解性有机质中小分子酪氨酸(Tyr)作为研究对象,研究了含盐水体中Tyr的光降解及溴代转化.同时,探讨了pH值及天然水体中广泛存在的Fe(III)对Tyr光转化的影响.结果表明,汞灯照射下(λ290 nm),在含14.56 mg·L-1Fe(Ⅲ)的溴离子溶液中(pH=3.0),检测到Tyr(C0,Tyr=0.40 mg·L-1)反应0.5 h过程中产生了3-溴-酪氨酸(3-Br Tyr,15.97μg·L~(-1))和3,5-二溴-L-酪氨酸(3,5-di Br Tyr,10.45μg·L~(-1))两种溴代产物.在pH=3.0~8.0范围内,Tyr光降解速率随pH值升高而降低;3-Br Tyr和3,5-di Br Tyr的形成量随pH升高而减少;而在pH=3.0时,Tyr光降解速率、3-Br Tyr和3,5-di Br Tyr形成量随Fe(Ⅲ)浓度的增加而增加.这说明在自然环境中,Tyr能通过光转化形成溴代有机污染物.     

铜管模拟输配系统中氯胺衰减过程与模拟

研究了氯胺在铜管模拟输配系统中的衰减过程,并利用一级反应动力学模型对氯胺衰减规律进行了模拟;考察了pH、初始氯胺浓度等水质条件与流速等水力条件对氯胺衰减速率的影响.结果表明,pH值是影响氯胺衰减速率与金属铜溶出的重要因素,pH越低氯胺衰减越快;提高氯胺初始浓度可加快氯胺衰减速度,也可增加金属铜的溶出量;流速对氯胺衰减速率的影响不大.此外,衰减动力学过程模拟结果表明,采用一级反应动力学模型可以较好地拟合不同条件下的氯胺衰减规律.从而对于工程中不同条件下消毒剂浓度预测具有重要意义.     

光催化降解水介质中的人工甜味剂安赛蜜

研究了紫外(UV)体系对水介质中人工甜味剂安赛蜜降解的影响因素和动力学模型。结果表明,在相同的pH值下,光降解反应速率常数随安赛蜜初始浓度升高而减小;不同安赛蜜初始浓度下,光降解反应速率常数受到pH值的影响也不同。当安赛蜜初始平均浓度为13 mg/L时,在pH值为7时的光降解速率最快,且在反应时间6 h内符合一级反应动力学模型,光降解速率常数为0.819 0 h~(-1)。安赛蜜初始平均浓度为108 mg/L时,在p H=9时光降解反应速率常数最大为0.223 4 h~(-1)。安赛蜜初始平均浓度为54 mg/L时,在pH为7和9且反应时间6 h内符合一级反应动力学模型,光降解速率常数分别为0.350 38和0.361 93 h~(-1)。     

UV/PMS体系硝基氯酚降解动力学及机理研究

采用紫外光(UV)/单过氧硫酸氢盐(PMS)体系可有效地氧化降解4-氯-2-硝基酚(4C2NP).考察了溶液pH值、底物初始浓度、PMS初始浓度和氯离子、硝酸根离子初始浓度对4C2NP降解效果的影响.在pH2~5时,体系中4C2NP的降解速率并未出现显著差异;随着pH值升高至近中性,其降解过程受到一定程度抑制.初始底物浓度和PMS浓度与体系中4C2NP的降解速率分别呈现负、正相关关系.外加氯离子对4C2NP降解呈现出双重作用,而硝酸盐离子对4C2NP降解抑制作用不显著.脱氯和脱硝过程是4C2NP主要的降解途径.被释放的氯离子会通过自由基反应进行再氯化过程,而脱落的硝基会很快被氧化生成稳定的硝酸盐,从而抑制了硝基的循环过程.最后,根据中间产物推断了4C2NP降解过程的反应机理.     

紫外/过硫酸盐工艺降解水中氯贝酸的研究

采用紫外/过硫酸盐（UV/PS）工艺去除水中典型PPCPs类物质氯贝酸（CA）.考察了氯贝酸初始浓度、PS投加量、溶液初始pH值、碳酸氢根离子浓度、氯离子浓度和腐殖酸（HA）投加量共计6种因素对UV/PS工艺去除氯贝酸的影响.结果表明：UV/PS工艺降解氯贝酸与准一级动力学模型相符（R²>0.95）,准一级反应速率常数随氯贝酸初始浓度增加而减小.在一定的范围内,随着PS投加量的增加,氯贝酸的降解速率快速增加.不同的pH值环境对氯贝酸的降解有一定影响,溶液pH值从酸性到碱性再到强碱性的过程中,UV/PS工艺对氯贝酸的降解速率呈先加快后减慢的趋势.溶液中的碳酸氢根离子和氯离子都会对UV/PS工艺降解氯贝酸产生抑制作用,且两者对该反应的抑制作用大小关系为HCO₃^->Cl^-.HA的存在对UV/PS工艺去除氯贝酸有抑制作用.     

天然/模拟海水中2,4,6-三溴苯酚的光化学行为研究

有机溴代苯酚类污染物在水体中普遍存在,尤其在海洋环境中,除人为污染源外,它还存在广泛的天然来源.以2,4,6-三溴苯酚为模型化合物,以氙灯(λ290 nm)作为模拟太阳光源,研究了海水中溴代苯酚的光化学过程,并系统考察了溴代苯酚初始浓度、Cl~-、Fe(Ⅲ)和pH值等环境因素的影响.实验结果表明,在海水中,2,4,6-三溴苯酚能够快速发生光化学反应,通过产物分析发现其主要产物为通过光致脱溴氯代过程产生的2,4-二溴-6-氯苯酚,并且该产物随2,4,6-三溴苯酚初始浓度、Cl~-浓度、Fe(Ⅲ)浓度的增大及溶液pH值的降低而增加.以明亮发光杆菌为受试生物的毒理学实验表明,2,4,6-三溴苯酚在海水中光化学的前期,系统的毒性效应增强,而毒性的增加可能主要由光致氯代过程导致.     

次氯酸钠氧化消除水中BPA的影响因素和动力学

采用常用消毒剂次氯酸钠对内分泌干扰物双酚A（BPA）的氧化消除及动力学规律进行研究,考察了加氯量、BPA初始浓度、pH值、Br^-浓度和温度各因素对降解效果的影响.结果表明,次氯酸钠对BPA的氧化降解过程符合拟一级反应动力学;pH值对该降解反应影响较大,当pH为8～9时,BPA与 HOCl的反应速率达到最大为0 .544 3　min^-1;溶液中存在Br^-会加快BPA的降解,并且其整体反应不符合拟一级动力学规律,随着Br^-浓度的增加,BPA降解得越快;温度对该降解反应的影响较大并且符合Van't Hoff规则,提高反应温度,有利于氯对BPA的降解.     

UV/氯联合处理含溴溶液中溴酸根的生成

研究了UV和氯联合作用下溴酸根离子(BrO^-₃)在低浓度含溴溶液中的生成,旨在探讨pH、次氯酸钠(NaOCl)浓度、溶解氧(DO)、光强和温度等因素对其生成的影响.研究表明,暗反应条件下H₂O-NaOCl-Br^-体系较稳定,而UV照射可使游离氯浓度持续降低,同时伴有部分Br^-（6 .6%～32%）被氧化成BrO^-₃离子;pH、温度和光强恒定时余氯的分解可用拟一级反应速率方程拟合;实验条件下（I为610～1 896 μW/cm²,T为12 .2～36 .1℃）,拟一级反应速率常数分别与体系温度和光强值有线性关系;BrO^-₃的生成大致可以分为快速、慢速和平缓3个阶段;在慢速生成阶段,BrO^-₃的生成量与余氯的分解量有良好的线性关系（绝大部分相关系数在0 .96以上）;实验范围内（pH为4 .41～11 .07,DO为1 .5～9 　mg/L,Cl₂为1 .23～4 .50 　mg/L）,低pH、低DO和高初始NaOCl（以氯计）浓度有利于溴酸根的生成,提高温度与光强均不同程度提高溴酸根生成速度,但同时因加速余氯的分解而减少了溴酸根的总生成时间.     

Photolysis kinetics and influencing factors of bisphenol S in aqueous solutions

The photodegradation of bisphenol S (BPS) in aqueous solutions was studied under different conditions. Photolysis and kinetics were investigated, as were the photolysis mechanism and the influences of initial pH value, light source, and environmental substances in water. The results showed that the photolysis of BPS occurred under UV light, and the rate increased with light source intensity. The photolysis of 5.0-50.0 mg/L BPS in water followed first-order kinetics: the rate was γ= 0.0161C_BPS under a 40-W UV-lamp, and the degradation half-life was 43.1 min. Due to its absorption of light, direct photolysis of BPS was a predominant pathway for BPS but was not obviously affected by reactive oxygen species. The results confirmed that the photolysis rates of BPS in alkaline water solution were faster than those in acidic and neutral water solution because of the ionization of BPS. The photodegradation rate of BPS increased in the presence of chloride and ferric ions, while the rate was inhibited by nitrate and phosphate in aqueous solution.     

顺硝烯新烟碱杀虫剂环氧虫啶在水中的光降解

为了正确评估新型杀虫剂环氧虫啶(CYC)的环境风险,了解环氧虫啶在水环境中的光降解规律,探讨了CYC初始浓度、温度、初始pH值、过氧化氢浓度及硝酸根对CYC光降解的影响.结果表明,CYC的光降解符合一级动力学反应.直接光降解中,随浓度降低、温度升高,光解速率加快,环氧虫啶的反应活化能为21.27kJ/mol.通过测定CYC的pKa值为3.42以及模拟计算CYC不同粒子形式的光反应活性,可知pH值对CYC光解的影响较为复杂:酸性条件下,CYC的降解速率取决于其形态(阳离子和中性粒子)与单线态能量;碱性条件下,降解速率主要受羟基自由基数量的影响.间接光降解中,硝酸根和过氧化氢对CYC光解均表现为促进作用.在评估环氧虫啶的环境风险时,应综合考虑环境因素对其降解的影响.     

Bromate ion formation in dark chlorination and ultraviolet/chlorination processes for bromide-containing water

Bormate （BrO3^-） is a carcinogenic chemical produced in ozonation or chlorination of bromide-containing water. Although its formation in seawater with or without sunlight has been previously investigated, the formation of bromate in dilute solutions, particularly raw water for water treatment plant, is unknown. In this article, the results of bench scale tests to measure the formation rates of bromate formation in dilute solutions, including de-ionized water and raw water from Yangtze River, were presented in dark chlorination and ultraviolet （UV）/chlorination processes. And the effects of initial pH, initial concentration of NaOCl, and UV light intensity on bromate formation in UV/chlorination of the diluted solutions were investigated. Detectable bromate was formed in dark chlorination of the two water samples with a relatively slow production rate. Under routine disinfecting conditions, the amount of formed bromate is not likely to exceed the national standards （10 μg/L）. UV irradiation enhanced the decay of free chlorine, and, simultaneously, 6.6%-32% of Br^- was oxidized to BrO3^-. And the formation of bromate exhibited three stages： rapid stage, slow stage and plateau. Under the experimental conditions （pH = 4.41-11.07, CCl2= 1.23-4.50 mg/L）, low pH and high chlorine concentration favored the generation of bromate. High light intensity promoted the production rate of bromate, but decreased its total generation amount due to acceleration of chlorine decomposition.     

扑热息痛在硝酸根溶液中的光解研究

以中压汞灯为光源模拟阳光,研究了环境浓度范围内的硝酸根溶液中扑热息痛（paracetamol）的光解;探讨了pH值、硝酸根浓度以及天然水体中广泛存在的腐殖质、碳酸盐等因素对扑热息痛间接光解的影响.结果表明,扑热息痛的光解符合一级动力学,提高硝酸根浓度,其光解速率可由0.79×10^-3 min^-1增至8.90×10^-3 min^-1.提高体系pH值,加入碳酸氢根或高浓度的Suwannee河富里酸（SRFA）会促进扑热息痛的间接光解;而加入Nordic湖腐殖酸(NOHA)或低浓度的SRFA产生抑制作用.采用分子探针方法鉴定了硝酸根在光照过程中产生的羟基自由基.利用GC/MS技术鉴定了扑热息痛的光解产物,探讨了扑热息痛在硝酸根体系中可能的光解反应历程.     

氯消毒中有机防晒剂BP9的去除转化与风险评价

对典型有机防晒剂二苯甲酮-9（BP9）在氯消毒过程中的氧化反应进行研究,考察BP9初始浓度、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度对反应的影响,探究BP9氯氧化降解机理,评估其生态风险.结果表明,在BP9初始浓度5mg/L、余氯初始浓度5mg/L的条件下,90s内BP9去除率达到91.3%,符合准一级反应动力学.降解速率常数随着BP9初始浓度及氨氮浓度增加而减小,随余氯初始浓度增大而增大,中性条件下有利于BP9氯氧化反应.基于HPLC-MS/MS和GC-MS解析出7种中间产物,提出可能降解路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,BP9氯氧化反应生成了比母物质毒性更高的中间产物,对饮用水水质安全造成潜在风险.     

PMS/Cl^-体系中橙黄Ⅱ脱色的影响因素和机理

为考察橙黄Ⅱ在单过硫酸盐(PMS)/Cl^-体系中的脱色过程和脱色机理,研究了初始pH值、PMS初始浓度、Cl^-初始浓度、反应温度等因素对橙黄Ⅱ在PMS/Cl^-体系中脱色效能的影响,通过自由基猝灭试验和活性氯浓度的检测,确定了不同pH值条件下PMS/Cl^-体系中的主要活性氧化物种。结果表明:橙黄Ⅱ在PMS/Cl^-体系中的脱色受pH值的影响;橙黄Ⅱ在该体系中的脱色过程符合准一级反应动力学方程,增加PMS和Cl^-的初始浓度均能提高橙黄Ⅱ在PMS/Cl^-体系中的脱色率;升高反应温度有利于橙黄Ⅱ的脱色;体系中橙黄Ⅱ脱色过程的主要活性物种随着pH值的变化而不同,在酸性条件下体系中橙黄Ⅱ的脱色主要通过活性氯(主要为HOCl)的氯化作用实现,在碱性条件下体系中橙黄Ⅱ的脱色主要由单线态氧(1O2)的氧化导致。该研究结果可为染料废水的治理提供新思路。     

萘普生在氯消毒过程中的去除、转化与风险评价

药用活性化合物（PhACs）在氯消毒过程中生成消毒副产物的问题引起了广泛关注.以典型PhACs物质萘普生（NAP）为研究对象,考察各因素对游离氯与NAP反应的影响,探究NAP氯化机制并进行风险评估.结果表明,NAP氯化反应遵循一级反应动力学,NAP在氯化过程中的降解率和反应速率常数随着NAP初始浓度和氨根离子投加量的增加而降低,随着游离氯初始浓度的增加而增大,酸性条件下更有利于NAP的氯化反应.基于HPLC-MS/MS分析鉴定出5种含氯降解中间产物,并提出氯化NAP反应机制.ESCOAR风险预测和发光菌毒性分析表明氯化NAP过程中生成了毒性更高的中间产物,对饮用水安全可能构成潜在威胁.     

UV/Cl工艺对三氯生的去除与降解机理研究

对UV/Cl高级氧化工艺降解水中广谱抗菌剂三氯生（TCS）进行研究,对比单一UV、单一Cl和UV/Cl工艺对TCS的去除效果.考察UV光强、余氯初始浓度、溶液pH值和氨氮浓度等因素对反应的影响,探究TCS在UV/Cl工艺中的降解机理,评估其生态风险.结果表明,与单一UV、单一Cl相比,TCS在UV/Cl工艺中降解效果较好,反应符合准一级反应动力学,降解速率常数随UV光强、余氯初始浓度增大而增大,随NH₄⁺-N浓度的增加而减小.基于HRMS Q-TOF解析出17种中间产物,提出了降解反应路径.发光细菌毒性分析和ECOSAR预测均表明,TCS在UV/Cl工艺中产生毒性较高的中间产物,随着反应的进行,产生了毒性较低的中间产物,生态环境风险得以减少.