饮用水中亚硝胺类消毒副产物的关键前体物识别与控制技术研究

饮用水消毒副产物问题是饮用水安全研究领域中的重要内容之一。亚硝胺类消毒副产物是近十年来国际消毒副产物研究的热点话题。该类物质是由水中的含氮有机物与消毒剂反应产生，其潜在致癌性远高于常见的三卤甲烷类消毒副产物。我国在该领域的研究尚处于起步阶段，缺乏对饮用水中亚硝胺类副产物浓度分布、主要前体物识别和控制技术的系统研究。本研究主要研究（1）我国饮用水中亚硝胺类消毒副产物的种类和时空分布特征；（2）使用树脂分级、分子量测试、官能团分析、三维荧光、红外光谱等现代分析技术手段，研究水中亚硝胺类副产物主要前体物的类别、分布、极性特征和关键官能团；（3）深入研究前体物中关键官能团在亚硝胺副产物生成中的作用机制和影响因素；（4）从控制前体物角度出发，研究高级氧化技术、深度处理技术和不同消毒工艺组合对亚硝胺副产物的控制作用，给出我国供水行业的亚硝胺类消毒副产物优化控制方案。

本项目研究了我国饮用水中亚硝胺消毒副产物的分布特征，识别了前体物的关键组分，研究了典型化合物的生成特性，确定了适用的控制技术。成果总结如下：.一、我国的分布特性.监测了23个省56个城市66个水厂的出厂水和管网水，并对其中1座水厂进行了12个月的连续监测。采用固相萃取结合液相色谱串联质谱法，能同时测定9种亚硝胺消毒副产物，检测限0.5-5.0μg/L。.监测结果：9种副产物的检出率7.1%-88.5%，其中NDMA检出率43.4%， 1.0-583.8ng/L；亚硝胺消毒副产物生成总量（TONA）0.5-640.3ng/L，NDMA占TONA的57.8%。地下水水厂检出量低，长三角地区和水处理工艺落后地区浓度高。监测表明，亚硝胺消毒副产物在我国饮用水中普遍存在，其浓度和检出率明显高于美国、加拿大等地区，应给予重视。.水厂使用不同水源时生成种类和浓度有显著差异，说明主要受水源影响。此外，亚硝胺消毒副产物在管网中仍继续生成。.二、关键前体物识别.确定了水源水中前体物的主要组分—亲水性组分和低分子量组分。组分具有低碳氮比和低SUVA254。通过三维荧光法确定了前体物以微生物代谢产物类和芳香蛋白类有机物为主。确定了生成特性与水质指标有机氮、氨氮、氨基酸、三维荧光光谱的关系。.三、典型化合物氯胺消毒的生成特性.7种有机胺：生成潜能189.6-20454.6ng(NDMA)/mmol，生成途径是通过亲电、水解和霍夫曼消除形成中间产物二甲胺（DMA）进而形成NDMA，影响因素：pH、消毒剂种类和剂量、反应时间等。.19种氨基酸：精氨酸生成12.9ng(NPip)/mmol，色氨酸、谷氨酰胺和谷氨酸分别生成6.7、9.2和33.7ng(NDMA)/mmol，脯氨酸和赖氨酸分别生成17.4和51.6ng(NPyr)/mmol。其他氨基酸不生成。.四、净水工艺控制技术.所研究的1座常规工艺水厂对NDMA、NPyr、NDEA和TONA前体物的去除率分别为40.4%、39.7%、56.4%和44.1%，而臭氧活性炭深度处理（长三角地区中试）的去除率均大于90%，原因是深度处理能去除芳香性蛋白质、微生物代谢产物、亲水性和小分子有机物等前体物。.通过优化消毒也能降低NDMA生成。以DMA为前体物，采用顺序氯化法，NDMA的生成量降低66%。二氯胺能大量生成NDMA，消毒工艺中应避免产生二氯胺。