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        FESE | 前沿研究:溶解態黑碳對氯化消毒副產物生成的影響
        發布時間: 來源: 高教學術公眾號

        提 要

          從生物炭中釋放的溶解性黑碳是消毒副產物的潛在前體物之一,但溶解性黑碳的理化特性和對消毒副產物的生成的影響機制仍不清楚。本文研究比較了兩種溶解性黑碳和天然有機物在氯和氯胺消毒過程中消毒副產物濃度和生成勢的變化,發現溶解性黑碳和天然有機物生成消毒副產物的能力相似,但與天然有機物相比,溶解性黑碳作用下消毒副產物的生成勢較弱。本研究為探究氯化消毒副產物生成的機理和影響因素提供了理論支撐,對揭示溶解性黑碳在飲用水消毒過程中的潛在危害有重要意義。

        圖1 摘要圖

        研 究 概 覽

          本研究采用了兩種黑碳(DBC),分別為以秸稈為原料的植物源黑碳(PL-DBC)和以畜禽糞便為原料的動物源黑碳(WS-DBC),對氯和氯胺消毒過程中黑碳和天然有機物(NOM)存在時,8種消毒副產物(DBP)濃度和生成勢(DBPFP)進行了系統性比較研究。

          研究表明,在兩種消毒過程中,由PL-DBC、WS-DBC和NOM產生的總DBP濃度相近(圖2),在氯消毒中分別為61.23 μg/L、64.59 μg/L和64.66 μg/L;在氯胺消毒中分別為44.63 μg/L、44.42 μg/L和45.58 μg/L。其中,氯胺消毒的DBP濃度和DBPFP較低,這可能是由于氨抑制了消毒劑與DBP前體活性基團之間的斷鍵過程。此外,在兩種消毒過程中,DBC的DBPFP弱于NOM,表明DBC在氯化過程中形成DBPs的潛力較小。

        圖2 黑碳和天然有機物存在時氯和氯胺消毒過程中消毒副產物的(a)總濃度和(b)總生成勢 

          本研究表明,DBC和NOM都可以作為消毒副產物的前體物,且它們產生消毒副產物的能力相似。其中,DBC具有較低的分子量和芳香度、較弱的氯取代活性和親疏水性,這些性質抑制了其生成部分消毒副產物。但由于DBC較NOM有更高的有機質和蛋白質含量,并含有更多的富含氮的溶解性微生物產物,故DBC傾向于形成更多的一氯乙酸和鹵代乙酰胺(圖3)。此外,對比氯和氯胺消毒,后者引入的氨可能抑制了消毒劑與DBP前體活性基團之間的斷鍵過程,進而表現出更低的DBP濃度和DBPFP。此外,天然水環境中還存在多種溴源,因此未來還需進一步探索DBC對溴代消毒副產物生成的影響。

        圖3 黑碳和天然有機物存在時氯和氯胺消毒過程中消毒副產物的(a)濃度和(b)生成勢 

        編 者 按

          在飲用水消毒領域中,有機質誘導消毒副產物產生的機理一直是研究熱點和難點。本研究采用多種表征手段,系統研究對比了溶解態黑碳和天然有機物的物化性質和結構特性,并對多種氯化消毒副產物進行了鑒別和量化,為闡明這兩種有機質對氯化消毒副產物生成的影響提供了強有力的支撐。

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        責任編輯:施惠文

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