有机氮类化合物在饮用水氯、氯胺消毒过程中的作用及机理研究

随水环境的日益恶化，水中不仅含有以无机形式存在的氨氮，还有以有机形式存在的有机氮类化合物。在消毒过程中，有机氮类化合物也可与氯反应并生成有机氯胺，从而使得有效氯下降，造成消毒不彻底，严重时有可能造成水致流行病的大面积爆发。本课题以提高饮用水的生物安全性和化学安全性为目标，通过有机氮类化合物对氯、氯胺消毒效果的影响研究和由有机氮类化合物所生成的有机氯胺的消毒性能及机理探讨，明确有机氮类化合物影响氯、氯胺消毒效果的机理；通过研究有机氮类化合物与氯、氯胺的反应特性，明确其对经典的折点氯化反应特性的影响，建立水中同时存在氨氮和有机氮类化合物时的安全加氯方法，为提高饮用水的生物安全性提供基础与支持；通过研究有机氮类化合物对氯、氯胺消毒过程中消毒副产物生成量的影响，探讨有机氮类化合物的消毒副产物生成潜能及机理，为控制饮用水消毒副产物生成量、提高饮用水的化学安全性提供理论基础和实践支持。

项目围绕有机氮类化合物在饮用水氯、氯胺消毒过程中的作用及机理，从有机氮类化合物对氯、氯胺消毒效果的影响、有机氮类化合物与氯、氯胺的反应特性和有机氮类化合物对氯、氯胺消毒过程中消毒副产物生成量的影响及机理三个开展了试验研究。研究结果显示：有机氮类化合物可使氯消毒效果下降0.3log~3log以上，可使氯胺（先氨后氯工艺）消毒效果降低0.15log~3.69log，影响消毒效果的机理主要是由于有机氯胺的生成和还原性有机氮类化合物对氯、氯胺的消耗所致；有机氮类化合物对预先形成氯胺的消毒效果影响较小，在实际应用时可向水中投加预先形成的氯胺以保证消毒效果；首次测定了有机氯胺的消毒效果，结果显示有机氯胺的消毒效果较差，在同等含氯量情况比氯胺低1.52log~3.04log，并且有机氯胺的消毒效果受pH影响较大。有机氮类化合物可与氨形成对氯的竞争反应，造成自由氯、氯胺含量的下降；对有机氮类化合物与氯的反应特性研究显示，有机氮类化合物与氯可按一定的化学计量比进行反应，生成较为稳定的一级有机氯胺。一级有机氯胺还可进行与氯进行反应，生成二级有机氯胺。二级有机氯胺不稳定，可进一步与氯反应，从而造成有效氯的消耗；）在有机氮类化合物对折点氯化曲线的影响研究中发现，在折点前，有机氯胺的生成量与氯胺生成量之比和有机氮类化合物含量与氨氮含量之比成正比，而与加氯量无关；自由氯出现时的Cl2:N、峰点及折点时的Cl2:N均与有机氮类化合物含量具有良好的线性关系；首次提出了水中存在有机氮类化合物的氯、氯胺消毒策略，并给出了加氯量计算方法。有机氮类化合物的存在会使得在加氯过程中消毒副产物（三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈等）生成量大大升高；有机氮类人物强化消毒副产物生成的机理为：第一，有机氮类化合物自身在氯化过程中会生成消毒副产物；第二，有机氮类化合物的存在会使得耗氯量升高，导致加氯量升高，从而强化水中天然有机物在氯化过程中消毒副产物的生成；首次测定了水中典型有机氮类化合物（包括20种氨基酸、5种芳香胺和2种芳香胺）的消毒副产物生成潜能。结构中含有被富电子基团活化苯环的有机氮类化合物（如酪氨酸、色氨酸和组氨酸等）表现出了较高的消毒副产物生成潜能；在有机氮类化合物氯化过程中生成的消毒副产物中，以饮用水水质标准中严格限制的三卤甲烷和卤乙酸两类消毒副产物为主要物种；当水中含有较大量的有机氮类化合物时可采用预先形成的氯胺