高藻水中含氮消毒副产物前体物识别与预处理控制规律研究

Dissolved Organic Nitrogen (DON) and nitrogenous disinfection byproducts (N-DBPs) are becoming one of the hottest issues in drinking water field. Water eutrophication is a growing problem in China, while algae thrives in the eutrophic water. The metabolic substances of the algae contain a wide range of organic nitrogen compounds, which are considered to be important precursors of some N-DBPs. This study tries to assess the N-DBPs precursors in algae containing water. The aims of this work are to investigate the concentrations, molecular structures and variations of N-DBPs precursors released by algae during its growth in suitable and hostile environments, and access the variation rule of the N-DBPs precursors in pre-oxidation treatment of the algae containing water. The study will reveal the molecular structure of the typical N-DBPs precursors in algae containing water and obtain the variation rule of the N-DBPs precursors in pre-treatment processes. This study can provide a theoretical foundation for algae containing water treatment and its risk assessment.

饮用水中的含氮有机化合物与含氮消毒副产物（N-DBPs）是目前水处理领域所关注的热点问题。我国水体富营养化问题严重，藻类生长旺盛，藻类代谢产物中含有较多的有机氮物质，被认为是N-DBPs的重要前体物。本研究以高藻饮用水源水为对象，研究水华藻种在正常生长和突发逆境环境情况下所释放的N-DBPs前体物的水平、结构和规律，着重研究典型水处理预氧化技术在高藻水处理过程中，对藻类有机物中的N-DBPs前体物的转化、控制规律。本研究将明确高藻水中典型N-DBPs前体物结构性质及产生规律，获悉高藻水预处理过程中N-DBPs前体物的转化规律。本研究可为高藻饮用水源水的处理及风险评估提供一定的理论支持。

以明确典型淡水藻种全生命周期含氮消毒副产物前体物释放转化规律为目标，系统研究了铜绿微囊藻细胞全生命周期中的氮的转化过程以及藻类有机物的性质变化，明确了藻细胞在其生长不同阶段的有机氮释放量，明确了藻类释放EOM和IOM的性质变化及其消毒过程中产生含氮消毒副产物的潜势，主要得到如下结论：.①藻细胞正常生长周期中，胞外有机物（EOM）中溶剂性有机氮（DON）的浓度在整个过程中呈现先缓慢上升然后急剧上升的趋势，藻细胞在生长初期释放能力较小，进入衰亡期后释放量显著增加。EOM在对数期和衰亡期的分子量分布主要集中在<1kDa和>100kDa区域；而稳定期EOM有机质分子量集中在<30kDa的区域；IOM在整个生长周期中的分子量分布范围变化较小，分子量主要集中在<1kDa和>100kDa内。.②逆境胁迫条件下，藻细胞正常生理代谢被干扰，导致液相EOM中大分子、疏水性物质明显减少，小分子亲水性物质增多。相较正常生长状态藻细胞，高温、低温、缺氧、紫外照射四种逆境条件下N-DBPs生成潜势增加显著，强力搅拌逆境胁迫下N-DBPs生成潜势未有显著变化，而遮光逆境胁迫条件下N-DBPs生成潜势大幅减小。但若计算单位质量DON的N-DBPs生成潜势，却出现显著降低，而厌氧逆境下单位质量DON的N-DBPs生成潜势变化微弱。.③低剂量的氯预氧化会降低样品的N-DBPs的生成潜势，随着氯投加量的增加，藻细胞受到破坏，大量释放和分解IOM。高剂量氯氧化后总N-DBPs生成潜势有少量增加，其中DCAN和1,1,1-TCP增加相对明显。.④经低剂量的高锰酸钾预氧化后，AOM中总N-DBPs前体物有所减少，其中TCAN前体物得到较好控制，但DCAN、TCNM和1,1,1-TCP的前体物有所增加；高投加量氧化后AOM中总N-DBPs前体物增加11.5%，TCNM以及1,1,1-TCP前体物显著增多。 .⑤低剂量臭氧预氧化能够有效控制高藻水中总N-DBPs生成潜势，大幅度减少TCAN、DCAN前体物，但会导致TCNM以及1,1,1-TCP的前体物有所增加。随臭氧投量增加，N-DBPs的生成潜势显著增加，增幅可达183%，。不同的pH氧化环境会导致消毒副产物的生成的不同，TCAN、DCAN前体物随pH增大有所降低，TCNM前体物在碱性条件下最多，1,1,1-TCP前体物在中性氧化条件下最多。