Br-在紫外/氯胺消毒下对藻溶液生成卤代硝基甲烷的影响

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藻细胞破裂会产生大量的藻类代谢物,通过藻类代谢活动释放的藻类有机物(AOM)含有氨基酸、碳水化合物和蛋白质等,这些物质是生成消毒副产物(DBPs)重要的前体物。卤代硝基甲烷(HNMs)是典型的含氮消毒副产物(N-DBPs),相较于三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs),HNMs具有更强的细胞毒性和基因毒性。本论文以藻溶液作为生成HNMs的前体物,研究了藻溶液在紫外/氯胺条件下生成HNMs的规律,其次研究了溴离子(Br-)在紫外/氯胺条件下影响藻溶液生成HNMs的规律,考察了Br-浓度、氯胺浓度、初始浓度、光照强度和p H等因子的影响,分析了反应过程中形态氮和HNMs毒性的变化规律,并根据实验结果和文献推导了反应机理。最后通过实际水样验证实验室水样生成HNMs的规律。本论文研究结果可为UV/氯胺消毒在处理含溴水的应用和发展提供科学依据和基础数据。本文首先研究了藻溶液在紫外/氯胺消毒中生成HNMs的规律。实验结果表明:三种藻溶液在紫外/氯胺消毒中能生成一氯硝基甲烷(CNM)、二氯硝基甲烷(DCNM)、三氯硝基甲烷(TCNM),且随着反应时间的延长,CNM、DCNM和TCNM的生成量呈现先升后降的趋势。CNM、DCNM和TCNM的生成量随着氯胺浓度、初始浓度和光照强度的增加而增加,随p H的升高而下降。胞内物(IOM)生成HNMs的量高于胞外物(EOM)的生成量。其次研究了Br-在紫外/氯胺消毒过程中影响藻溶液生成HNMs的规律。实验结果表明:在加入Br-时,小球藻生成了TCNM、一溴硝基甲烷(BNM)、一溴二氯硝基甲烷(BDCNM)、二溴一氯硝基甲烷(DBCNM)和三溴硝基甲烷(TBNM)等5种HNMs;铜绿微囊藻生成了8种HNMs,只有一溴一氯硝基甲烷(BCNM)未检测到;硅藻生成了BNM、BDCNM和TBNM等3种HNMs。随着Br-浓度的增加,三种藻溶液生成的氯代硝基甲烷(Cl-HNMs)呈下降的趋势,溴代硝基甲烷(Br-HNMs)呈上升的趋势。随着氯胺浓度增加,小球藻生成的TCNM、BNM、BDCNM和TBNM的量呈上升的趋势,生成DBCNM的量呈先升后降的趋势;铜绿微囊藻生成的CNM、DCNM、TCNM、BNM、TBNM和BDCNM的量呈上升的趋势,生成二溴硝基甲烷(DBNM)和DBCNM的量呈先升后降的趋势;硅藻生成BNM和TBNM的量呈上升的趋势,生成BDCNM的量呈先升后降的趋势。三种藻生成HNMs的量随着光照强度和初始浓度的增加而增加,随p H的升高而下降。藻溶液EOM生成HNMs的量低于IOM。三种藻溶液溴掺入因子(BIF)的值随Br-浓度的增加而增加,随着反应时间的延长呈先升后降的趋势。三种藻的细胞毒性大小排序为:铜绿微囊藻>小球藻>硅藻;在经过紫外光照后,铜绿微囊藻IOM内的类蛋白质、可溶性微生物(SMP)、类腐殖酸等物质的荧光强度变弱;小球藻和硅藻IOM中SMP的荧光强度变弱。与氯胺消毒条件下相比,总氮(TN)和总有机氮(DON)的浓度在UV/氯胺消毒条件下随反应时间下降量更大,而氨氮(NH3-N)和硝态氮(NO3-N)的浓度在UV/氯胺消毒条件下增加量更多。最后,本论文用实际水样在紫外/氯胺和紫外/氯胺(加溴)的条件下进行实验,验证实验室模拟HNMs生成的规律。对比实验室和实际水样的实验结果,发现两者生成HNMs的种类和规律类似,但由于实际水样的成分更为复杂,HNMs生成量的大小和最大值出现的时间存在差异。
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