N-亚硝基二甲胺在水处理过程中生成规律及影响因素研究

摘要

亚硝基二甲胺(NDMA)是亚硝胺的一种典型代表，最近其作为一种新型的消毒副产物在经氯或氯胺消毒的水中被检出，由于其潜在的强致癌性引起广泛的关注。
　　在我国，NDMA的研究尚处于起步阶段。所以，本课题在小试基础上对NDMA的生成规律进行系统性的研究，以提出一套优化消毒工艺和相关处理工艺来减少饮用水中NDMA含量的可靠的控制方法。
　　本文首先建立了适合实际操作的NDMA的合成方法，NDMA的HPLC分析方法，NDMA的前质二甲胺(DMA)的快捷的比色测定方法；优选了亚硫酸钠作为实验用反应终止剂。
　　研究影响NDMA生成因素的实验表明，NDMA在消毒阶段的生成与消毒剂的种类、消毒方式、温度、反应时间等多种因素有关且均有很大的相关性。根据正交试验结果的极差分析，确定各因素影响NDMA生成作用大小的顺序是：pH值、NH3-N、一氯胺、次氯酸、反应时间、Br-、NO3-、二甲胺(DMA)、水温。
　　NDMA的生成对pH值有很大的依赖性，pH=7时NDMA生成量最大，pH=9时次之，pH=4和pH=12时均生成较微量的NDMA。NH3-N对NDMA生成的影响主要由于NH3-N会与次氯酸反应，进而使氯消毒转变为氯胺消毒。采用次氯酸作为消毒剂，NDMA的产量没有明显的规律，且均在5μg/L以下；采用一氯胺作为消毒剂，一氯胺的投加量与NDMA的产量有明显的线性并成正比例关系；采用二氯胺作为消毒剂，NDMA的产量相对于一氯胺会明显的增加，但存在一个最大值。所以，为能够有效、简便地控制NDMA生成，必须优先控制水体中的氨氮浓度、一氯胺的投量、次氯酸的投量和消毒作用时间。
　　水体中存在的腐殖酸、亚硝酸盐或硝酸盐会在某种程度上抑制NDMA的生成；溴离子会因消毒剂的不同而对NDMA的生成有不同的影响；氨氮对NDMA生成的影响复杂，其投加顺序和投加间隔时间的不同都会导致NDMA生成量的变化。
　　在实际水处理中，则可尝试采取强化混凝、强化过滤及优化消毒条件等措施来控制NDMA的生成。本论文针对常规水处理工艺，采用松花江水作为实验本底，投加一定量的DMA后进行混凝沉淀、过滤、消毒的优化实验。对聚合铝、硫酸铝、氯化铁3种混凝剂的对比试验中，聚合铝显示出对检测指标良好的去除效果，能够保证微生物、有机物和NDMA的有效控制，硫酸铝在各项检测指标控制性能上作用最差。在对过滤的优化中，颗粒活性炭滤柱对检测指标控制作用最强，但其生成的NDMA远大于其他处理方式，石英砂滤柱控制优势仅次于颗粒活性炭滤柱，NDMA生成很小；在经过经济技术条件分析，石英砂滤柱是过滤工艺控制NDMA的优选方式。
　　通过色质联机对松花江原水和石英砂滤柱出水中的有机物进行分析，特别确认了含氮类化合物在处理过程中的变化，推断出水中大量有机物的存在会抑制NDMA生成的原因，含氮杂环类化合物不是NDMA生成的有效前质。
　　消毒过程是控制NDMA产量的重点，若原水受到氨氮的污染，通过采用次氯酸消毒应加大投加量折点后加氯，能有效的减少NDMA的生成量，满足饮用水的化学安全性。

目录

N-亚硝基二甲胺在水处理过程中

RESEARCH ON FORMATION AND INFLUENCING FACTORS OF

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 饮用水安全性问题

1.2 课题背景及其研究意义

1.3 N-亚硝基二甲胺(NDMA)简介

1.3.1 物化特性及毒性

1.3.2 NDMA 在水体中的存在

1.4 国内外研究现状及分析

1.4.1 分析检测方法

1.4.2 NDMA 的生成机理

1.5 消毒副产物前质(DBPPs)的研究与去除

1.5.1 有机氮前质的来源及存在

1.5.2 消毒副产物前质(DBPPs)的去除

1.5.3 NDMA 的处理及控制方法

1.6 课题来源及研究内容

1.6.1 课题来源

1.6.2 主要研究内容

第2章 实验条件与分析方法

2.1 试验所用试剂与设备

2.1.1 仪器与设备

2.1.2 试剂

2.1.3 实验反应过程

2.2 实验方法

2.2.1 溶液的配置

2.2.2 仪器洗涤

2.3 测定方法

2.3.1 NDMA 浓度的测定

2.3.2 DMA 的测定

2.3.3 气相色谱-质谱(GC-MS)分析

2.3.4 臭氧的测定

2.3.5 有效氯的测定(碘量法)

2.3.6 氯胺浓度的测定

2.3.7 氨氮浓度的测定

2.3.8 高锰酸盐指数(CODMn)的测定

2.3.9 UV254 的测定

2.3.10 浊度分析

2.3.11 pH 值分析

2.4 本章小结

第3章 不同消毒条件对纯水配制二甲胺溶液生成NDMA 的影响

3.1 消毒剂种类和投量的影响

3.1.1 以次氯酸为消毒剂

3.1.2 以一氯胺为消毒剂

3.1.3 以二氯胺为消毒剂

3.1.4 以臭氧为消毒剂

3.2 温度的影响

3.3 反应时间的影响

3.4 水中前质DMA 含量的影响

3.5 水体pH 值的影响

3.6 本章小结

第4章 单因素模拟水质对NDMA 生成的影响

4.1 水体中天然有机物的影响

4.2 水体中氨氮的影响

4.2.1 以次氯酸为消毒剂

4.2.2 以一氯胺为消毒剂

4.2.3 投加顺序对NDMA 生成量的影响

4.3 水体中溴离子的影响

4.4 水体中亚硝酸根离子和硝酸根离子的影响

4.5 影响NDMA 生成量的因素的显著性研究

4.5.1 试验设计

4.5.2 正交试验结果与分析

4.6 本章小结

第5章 常规水处理工艺单元中NDMA 的生成规律及工艺参数优化

5.1 检测指标的选择

5.2 常规水处理工艺单元中NDMA 生成规律的考察

5.2.1 混凝单元对NDMA 生成的影响

5.2.2 过滤单元对NDMA 生成的影响

5.2.3 消毒单元对NDMA 生成的影响

5.3 气相色谱-质谱(GC-MS)分析

5.3.1 水样及其前处理

5.3.2 结果与讨论

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致 谢