组合消毒中高贡献率前体物生成CX3R型DBPs的共性机制与调控研究

The disinfection by-products (DBPs) with a CX3R molecule structure (referred to as CX3R DBPs), such as trihalomethanes, haloacetic acids, haloaldehydes, haloacetamides, haloacetonitriles and halonitromethanes, which have the characteristics of high concentration, high toxicity and frequent determination in drinking water. Nowadays, they are one of the most representative DBPs groups in all identified DBPs. Integrated control of the CX3R DBPs has great significance to guarantee drinking water safety. The key of integrated control is to screen out the precursors of CX3R DBPs with high contribution rate and to reveal the common mechanisms of generating CX3R DBPs in combination disinfection. This project aims to develop a simultaneous analysis technology of trace CX3R DBPs, to develop a coupling evaluation technology of the formation potential and generation rate of the CX3R DBPs, and screen out the precursors with high contribution rate correctly. Then, to establish path analysis technology based on transition state search and multi-mass spectrometry qualitative, and systematically reveal the common mechanisms of generating CX3R DBPs from the high contribution rate precursors in combination disinfection. Finally, to elucidate the source and process control mechanisms of CX3R type DBPs, and put forward the control scheme. The above research will provide theoretical basis and technical support for the integrated control of the combined pollution caused by DBPs and the improvement of drinking water quality.

饮用水中的三卤甲烷、卤乙酸、卤乙醛、卤乙酰胺、卤乙腈、卤代硝基甲烷等是具有CX3R型结构的消毒副产物(DBPs)，其浓度高、毒性大、易检出，对饮水安全造成的危害不容忽视。综合控制上述DBPs的产生，关键是明确各类CX3R型DBPs的前体物特性，甄别出其中的高贡献率前体物，揭示出其在组合消毒中生成CX3R型DBPs的共性机制。本项目拟健全饮用水中微痕量CX3R型DBPs的精确分析方法；开发CX3R型DBPs生成潜能与生成速率耦合评价技术，精确甄别其高贡献率前体物；创建基于过渡态搜索与多质谱组合分析的路径解析技术，从量子力学和分子水平探明影响高贡献率前体物生成各类CX3R型DBPs的关键共性因子及其作用机制；在组合消毒模式下阐明CX3R型DBPs的前端和过程调控机理，提出兼顾常规水质指标的CX3R型DBPs综合控制方案。研究将为消毒副产物的复合污染控制和饮用水水质的提升提供理论依据和技术支撑。

CX3R型DBPs因其毒性大、浓度高而备受关注。但单一消毒方式无法实质性改善饮用水水质，在组合消毒模式下开展CX3R型DBPs的综合调控、消减其造成的复合污染，是十分有必要的。本项目从分析方法开发、生成机制和控制技术等方面开展了递进式系统研究，主要取得以下成绩：. 一、分析方法开发：①探明了CX3R型DBPs水解动力学规律，构建了生成潜能预测模型，发展出溴代、碘代CX3R型DBPs的生成潜能评价新方法；②揭示出美国环保局卤乙酸经典检测方法(EPA552.2)在用于实际饮用水检测时准确度不高的本质原因，提出了相应解决方案。. 二、生成机制研究：①发现大气颗粒物对CX3R型DBPs的产生具有不可忽视的贡献，阐述了其通过干湿沉降汇入水源水对CX3R型DBPs生成的重要影响；②探明了结合态氨基酸中可生成新型CX3R型DBPs的关键氨基酸残基，并揭示出游离态和结合态氨基酸消毒生成新型消毒副产物的重要机制。. 三、控制技术研发：①针对富营养化高有机氮水源水质特征，从源头控制角度，开发出生物降解目标性前体物抑制CX3R型DBPs的生成；②从消毒过程控制角度，开发出二氧化氯与氯胺优化组合消毒抑制CX3R型DBPs产生的过程控制技术；③针对已经生成的消毒副产物，开发出Cu/Fe双金属还原体系有效降解消毒副产物，实现CX3R型DBPs的末端控制。. 总之，项目负责人以第一/通讯作者在ES&T和Water Research等环境、水处理领域重要期刊上发表SCI收录论文30篇（已标注本项目编号），申请国家发明专利24项和国际发明专利2项，相关成果在上海和长三角地区水司分析中心和水厂得到业务化应用。