水源水中卤代消毒副产物主要前驱物识别

Natural organic matter (NOM) in raw waters react with disinfectants to produce carcinogenic halogenated disinfection byproducts (DBPs) such as trihalomethanes (THMs), haloacetic acids (HAAs), and haloacetonitriles (HANs), which have been considered to be one major contributor to the human health risk of drinking water. However, due to the extremely complex nature of NOM, the molecular compositions and structures of the precursors of halogenated DBPs are not well known. The objectives of this study are to characterize the molecular compositions and structures of NOM in typical raw waters from different regions in China and to relate the amount and composition of NOM to the formation of DBPs. Characterization method based on EEM, FTICR MS, and TMAH-thermochemolysis-GC×GC/TOFMS will be established and applied to characterize the molecular compositions and structures of NOM from different raw water. In addition, the relationship between the formation of DBPs and the amount and composition of NOM will be clarified through DBPs formation test and statistical analysis. Results of this study will improve our knowledge on molecular composition and source of DBPs precursors in raw waters in China, and provide useful information for better understanding DBPs formation mechanism and selectively removing the precursors during drinking water treatment.

水源水中的天然有机物（NOM）在消毒过程中与消毒剂反应生成具有致癌性的三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈等消毒副产物（DBPs），已经成为环境健康和水处理业界关注的热点问题。然而，由于NOM分子组成极其复杂，目前对NOM中主要的DBPs前驱物的分子组成和结构仍然不清楚。本研究将以探明我国不同地区典型水源水中卤代DBPs前驱物分子组成、结构信息及其对DBPs的贡献率为目标，将EEM、FTICR MS、TMAH-thermochemolysis-GC×GC/TOFMS分析技术相结合，建立NOM主要分子组成与结构表征方法，用于表征不同水源水中NOM的分子组成和结构；并结合DBPs生成势实验研究NOM中主要DBPs前驱物的分子组成及其对DBPs的贡献率，明确我国饮用水中DBPs前驱物的主要种类和来源，为进一步阐明氯消毒过程中典型DBPs的生成机理，及饮用水处理过程中选择性去除主要DBPs前驱物提供理论依据。

饮用水消毒是杀灭水中致病微生物，阻断介水传播传染病发生，确保饮用水安全的重要技术手段。然而，从1974年发现饮用水消毒过程中会生成具有致癌性的三氯甲烷等消毒副产物（Disinfection byproducts，DBPs）以来，DBPs已经成为环境健康和水处理业界关注的热点问题。水源水中的天然有机物（Natural organic matter，NOM），在氯消毒过程中会与消毒剂反应，是三卤甲烷等卤代DBPs的主要前驱物。同时，在某些溴离子、碘离子含量高的水源水中，消毒后会生成溴代和碘代DBPs。研究表明溴代、碘代DBPs通常具有比与之类似的氯代DBPs更高的细胞毒性和遗传毒性。为了有效消减控制饮用水中三卤甲烷、卤乙酸及新型溴代、碘代DBPs的生成，就必须了解NOM的分子组成及其在消毒过程中与消毒剂反应的活性，探明哪些或哪类NOM分子是DBPs的主要前驱物。本研究综合利用超高分辨质谱、三维荧光光谱、全二维气相色谱-飞行时间质谱分析技术对NOM组成成分进行表征，结合氯/氯胺生成势实验，研究了NOM分子中主要DBPs前驱物的分子组成及DBPs生成势贡献情况。同时系统研究了溴离子、碘离子存在情况下新型溴代、碘代DBPs的生成情况。对我国不同地区水源水中NOM组成成分与三卤甲烷和卤乙酸生成势的研究结果表明不同水源水中三维荧光区域V的腐植酸类物质浓度对DBPs生成量有显著影响，其与三卤甲烷和卤乙酸生成势呈正相关性，相关性系数R2分别为0.65和0.68。同时发现NOM组成分子的结构特性是影响三卤甲烷和卤乙酸生成势的重要因素。NOM中O/C高、H/C低，且芳香度高的组成分子在氯消毒过程中更易生成三卤甲烷和卤乙酸，是三卤甲烷和卤乙酸的主要前驱物。对含溴和含碘水样在氯或氯胺消毒后生成的溴代、碘代DBPs的研究结果显示氯消毒可以生成大量溴代DBPs，但生成的碘带DBPs较少，而氯胺消毒生成的溴代DBPs较少，但生成的碘代DBPs远多于氯消毒，且新型溴代、碘代DBPs多为具有芳香结构的极性DBPs。本研究的相关成果，将有助于我们优化饮用水处理工艺，消减控制三卤甲烷、卤乙酸及新型溴代、碘代DBPs，实现在有效杀灭病原微生物的同时消减有害DBPs。