金属离子对氯化消毒副产物生成的影响及机理研究

摘要

饮用水氯化消毒副产物的控制问题一直是水处理领域的研究热点之一。大量的实验证明，金属离子会在氯消毒剂与天然有机物(NOM)发生反应过程中起到一定的作用，从而影响DBPs的生成和分布规律，同时也会对消毒剂的消耗减少过程产生影响。在给水管网系统中，金属管道的腐蚀及金属管道管壁中的沉积物大量的向饮用水中溶解，这样会增加饮用水中常存在的Mg2+、Ca2+、Zn2+、Al3+、Fe2+、Mn2+等金属元素，其中，钙、镁元素含量在几十毫克/升的水平，而铁元素含量最高也可达十毫克/升，铝元素的含量也能达到较高水平。除此之外，由于工农业废水向水环境中排放，这样会使河底含有大量的金属化合物并且可以释放到水体内；不仅如此，而且水处理过程中大量使用含铝、含铁混凝剂，也会使处理的饮用水中的常存在金属离子含量增加，这样会对最后消毒过程中消毒副产物的生成产生影响。所以，研究加入金属离子在氯化消毒过程中对消毒副产物生成规律的影响，将有利于了解金属离子在饮用水系统中的安全风险，对于保障饮用水安全和饮用水消毒副产物生成的控制都具有重要的意义。
　　本文针对液氯消毒这一传统工艺,采用GC-EDC详细分析三氯甲烷(TCM)、三氯硝基甲烷（TCNM）、一溴二氯甲烷（BDCM）、一氯二溴甲烷（DBCM）、三溴甲烷（TBM）、二氯乙醛（DCA）、三氯乙醛（CH）、二氯乙腈（DCAN）、一溴一氯乙腈（BCAN）、二溴乙腈（DBAN）、三氯乙腈（TCAN）、二氯丙酮（DCP）、三氯丙酮（TCP）共13种挥发性消毒副产物，以及一氯乙酸（MCAA）、二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）、一溴乙酸（MBAA）、溴氯乙酸（BCAA）、二溴乙酸（DBAA）、一溴二氯乙酸（BDCAA）、一氯二溴乙酸（CDBAA）、三溴乙酸（TBAA）共9种非挥发性消毒副产物。通过对常价金属离子和变价金属离子的对比，以及对消毒副产物生成的影响机制研究，探讨金属离子在氯消毒过程中饮用水的安全性。
　　本实验研究中主要选择水中常见的金属离子和价态具有特殊性质的金属离子，此次研究的金属离子包括：Mg2+、Ca2+、Zn2+、Ba2+、Al3+、Mn2+、Fe2+、Fe3+、Cu2+、Cu+等，这些金属离子对消毒副产物有一定的抑制或者促进的作用。通过筛选NOM作为氯化的对象，研究消毒副产物THMs和HAAs的变化，进行试验，后续得到数据，并对数据整理，分析氯化后各种消毒副产物的分布变化规律，并结合消毒副产物生成机制，对影响氯化消毒副产物生成的因素进行研究。
　　通过对常价金属离子的研究，得出Mg2+、Ca2+对氯化消毒副产物的生成有一定的抑制作用。Ba2+和Zn2+对挥发性消毒副产物生成有一定的促进作用，而Al3+对挥发性消毒副产物基本没有影响，Ba2+、Zn2+、Al3+对非挥发性消毒副产物均有一定的促进作用。
　　通过对变价金属离子的研究，得出变价金属离子对非挥发性的消毒副产物以及挥发性的消毒副产物均有一定的影响，其中Mn2+对三氯乙醛的影响最为大，只要有锰离子存在三氯乙醛的浓度就会从27μg/L增加为58μg/L，浓度变化为原来的2倍。而Cu2+对挥发性消毒副产物的促进作用最大，随着Cu2+浓度的增加，TCM和CH的浓度分别由150μg/L和27μg/L变为255μg/L和120μg/L。
　　当有Mn2+和Cu2+存在时，随着pH的增高，消毒副产物的含量不断的减少，原因可能是由于脱卤的作用。而两者产生的氧化体系，在30min之内，不能对对氯苯甲酸（pCBA）和苯甲酸（BA）降解，由此可以得出其中起作用的可能是金属离子的不同价态以及不同的形态如氧化物形态。而金属离子与氯形成的氧化体系中，锰离子与氯形成的氧化体系对含藻水预氧化后，进行氯化实验生成的氯化消毒副产物的含量最低。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 饮用水消毒及其消毒副产物的研究和发展状况

1.3 消毒副产物的分类

1.4 消毒副产物的控制措施

1.5 化学预氧化的研究和发展现状

1.6 本文的主要研究内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验目的

2.2 实验试剂与材料

2.3 常规指标的测定

2.4 实验方法

第3章 常价金属离子对氯化消毒副产物生成的影响

3.1常价金属离子对水中次氯酸根的消耗

3.2 常价金属离子对挥发性消毒副产物生成的影响

3.3 常价金属离子对非挥发性消毒副产物生成的影响

3.4 本章总结

第4章 变价金属离子对氯化消毒副产物生成的影响

4.1变价金属离子对水中次氯酸根的消耗

4.2 变价金属离子对挥发性消毒副产物生成的影响

4.3 变价金属离子对非挥发性消毒副产物生成的影响

4.4 本章总结

第5章 金属离子对消毒副产物生成的影响机理探究

5.1 金属离子与次氯酸体系对pCBA和BA的降解

5.2 不同pH对次氯酸根的消耗

5.3 不同pH对氯化消毒副产物生成的影响

5.4 铜、锰离子氯预氧化与高锰酸钾预氧化对比

5.5 本章总结

结论

参考文献

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