微污染原水溴代碘代消毒副产物形成机理

溴代碘代消毒副产物（DBPs）比氯代DBPs具有更高遗传风险，已在饮用水厂出水中普遍监测出，而溴代碘代DBPs的形成机理尚不清楚，特别是形成过程所涉及的众多自由基反应历程及动力学尚不能确定。微污染原水中藻细胞和生物处理产生的细菌及其胞外聚合物、溶解性产物同属生物质物质，目前国内外关于生物质前驱物的种类和性质对溴代碘代DBPs形成影响的研究较为少见。本选题拟采用可以直接观测物质寿命短至10-7秒的纳秒级激光光解仪进行微观实验，监测溴代碘代DBPs形成过程中各种自由基反应的中间及最终产物，确定反应历程及动力学，同时结合宏观实验揭示藻和细菌胞内、胞外物质，及它们的蛋白质、脂肪、多糖、腐殖酸、DNA等组分和亲、疏水物质在不同消毒及其组合工艺作用下溴代碘代DBPs的形成，由此阐明消毒过程中溴代碘代DBPs形成机理，为微污染原水生物处理、消毒工艺的选择、优化，及新工艺的开发提供理论依据。

通过微观实验，利用可以直接观测到寿命短至10-7秒级物质的纳秒级激光光解仪 获得了甘氨酸被羟基自由基攻击后的中间产物的瞬态吸收光谱，该中间产物主要吸收范围在260nm-290nm波段，二级反应速率常数为5413×107 /(m•s)。羟基自由基可分别和溴离子与甘氨酸反应，两者的中间产物也可发生相互反应，同时检测到了有溴代氨基乙酸溴代消毒副产物的生成，其余主要终产物包括乙二酸和铵根离子，并阐述了相关反应机理和反应历程。通过宏观实验，以牛血清蛋白（BSA）、淀粉、腐殖酸（HA）、鱼油和DNA分别模拟微污染原水中生物源有机物的五种主要成分，研究其与无机前驱物溴或碘经不同消毒工艺——氯化消毒、臭氧消毒，和组合消毒工艺——氯化/臭氧消毒后，其溴代/碘代/氯代DBPs随时间浓度变化情况。研究表明，在溴离子浓度升高过程中，各模拟生化成分生成CHCl3浓度逐渐降低，CHCl2Br和CHClBr2浓度呈先升高后降低的趋势，CHBr3生成浓度则不断升高。五种模拟生化成分中，DNA对氯代/溴代DBPs生成量的影响最小；牛血清蛋白（BSA）模拟的蛋白质成分更易生成CHCl3，而HA模拟的腐殖酸成分更易生成CHBr3，生成浓度最高为356.05 ug/L。碘离子浓度升高过程中，鱼油模拟的脂肪成分是最易生成CHCl2I的前驱物，即浓度范围为13.63-16.98 ug/L。五种模拟生化成分对CHCl2I生成量的影响顺序为：鱼油＞HA≈淀粉＞BSA≈DNA。同样以铜绿微囊藻的胞内、胞外物质，细菌的胞内、胞外物质，不同疏水性的物质为有机前驱物，分别研究其与无机前驱物溴或碘经氯化消毒、臭氧消毒，和氯化/臭氧消毒后，其溴代/碘代/氯代DBPs随时间浓度变化情况。此外，分别调研了不同微污染水源（内河水甲、乙）不同处理工艺，如饮用水常规处理工艺（A水厂）和生物深度处理工艺（B水厂）各处理单元段内溴代/碘代/氯代DBPs的已有种类及生成潜能种类进行定性、定量分析等。共发表了期刊论文18篇，其中SCI收录9篇（含3篇有DOI号码的录用证明），申请并公开发明专利和实验新型专利各一项。研究成果阐明饮用水消毒过程中溴代、碘代DBPs形成机理，为消毒工艺的选择提供理论依据。