饮用水中溴代消毒副产物的生成机理及控制技术研究

Brominated disinfection by-products (Br-DBPs), which have highly cytotoxicity, mutagenicity, carcinogenicity and genotoxicity, are formed during disinfection. Along with increasing of the bromide concentration in the source water of our country and promotion of ozonation technology in water treatment process of our country , concentration of the Br-DBPs is increasing and the health risk caused by Br-DBPs may enhance. On behalf of drinking water safety, it is significant to research the Br-DBPs formation mechanism, and control technology. The key content of the project is to investigate influence factors and the reaction flow path of on Br-DBPs formation with regarding to different disinfection processes and water quality indexes, combining the variation of HOBr/BrO-. On this basis, the control effect of H2O2、NH3 technology on Br-DBPs formation are researched to clarify the control mechanism of Br-DBPs. The theoretical basis of Br-DBPs controlling in drinking water safty treatment is provided by the research.

溴代消毒副产物(Br-DBPs)是消毒过程中生成的具有强细胞毒性、致突变性、致癌性及遗传毒性的有机物，而我国水源水中溴离子浓度普遍较高，同时臭氧工艺的在水处理工艺中的逐步推广，导致溴代有机副产物的健康风险的可能增加，因此开展Br-DBPs生成机理和控制技术的研究对保障饮用水水质安全具有重大意义。本项目重点在于通过研究消毒工艺、水质指标对Br-DBPs生成的影响作用，结合中间产物HOBr/BrO-的变化规律，揭示Br-DBPs的影响因素及生成路径；并在此生成路径基础上，研究H2O2、NH3技术对不同消毒工艺中Br-DBPs控制作用，分析反应过程中Br-DBPs的中间产物HOBr/BrO-的变化规律，阐明H2O2、NH3技术对Br-DBPs的控制机理。通过本项目的研究，为饮用水安全处理中溴代消毒副产物的控制提供理论依据。

溴代消毒副产物的毒性通常比相应的氯代消毒副产物高，而当原水中含有溴离子时，在消毒后可能产生浓度较高的溴代副产物，影响水质安全。本项目主要研究饮用水处理过程中溴代消毒副产物的生成特性及控制技术。结果表明：水中有机物不同时消毒副产物的生成和分配会发生极大的变化。在本研究所采用的四种不同水质原水中，腐殖酸和富里酸配水的主要产物为三卤甲烷，而两种实际水的主要产物为卤乙酸。在消毒过程中，溴比氯更容易和水中的有机前体物结合生成消毒副产物，且Br-浓度越高，溴代副产物所占比例越大。在含溴水体臭氧-氯消毒过程中，随着臭氧浓度从1 mg/L增加至6 mg/L，THMs、THAAs和DHAAs生成量均先增加后减小，在臭氧浓度为2 mg/L时达到最大，其生成量分别为单独氯消毒时的1.38倍，1.23倍和1.43倍。进一步增加臭氧浓度会减小常规DBPs生成量，但是会引起溴酸盐浓度超标问题。在含溴水体二氧化氯-氯消毒过程中，THMs、THAAs和DHAAs生成量均随着二氧化氯浓度的增大呈现先增加而后减小的趋势。在二氧化氯投加量为0.5~2 mg/L的范围内，THMs、THAAs和DHAAs生成潜能的变化范围分别为-8.2%~4.9%、1.1%~9.5%和-2.1%~-3.4%。总体来说，增加二氧化氯预氧化后对常规DBPs的总生成潜能并无太大影响。在含溴水体高锰酸钾-氯消毒过程中，仅使用高锰酸钾氧化后直接氯消毒生成的THMs、THAAs和DHAAs浓度与高锰酸钾投加量无关。通过先投加臭氧、二氧化氯和高锰酸钾，再投加次氯酸钠考察预氧化工艺对非常规DBPs生成特性的影响，结果表明CH是生成浓度最高的一类非常规DBPs，比DHANs和TCNM生成量高1-2个数量级。含溴水体预氧化-氯消毒过程中，臭氧预氧化能显著促进后续氯消毒过程中CH的生成。随着溴离子浓度的增大，氯消毒过程中CH浓度逐渐减少。这表明在含溴水体中CH同样会被溴取代形成相应的溴代DBPs。在臭氧氧化的同时，投加过氧化氢或者氨，均可有效降低溴酸盐生成，但同时会导致溴代有机消毒副产物的比例升高。