饮用水中溶解性有机氮辨析与N-DBPs的生成控制

溶解性有机氮（DON）是水中有机物的重要组成部分，其与氯反应可生成强致癌与致突变特性的含氮消毒副产物（N-DBPs）卤化硝基甲烷、卤代乙酰胺和卤化乙腈等。DON与N-DPBs已成为国际水处理领域开始关注的重要水质问题。我国微污染原水有机物和氮含量高，且普遍采用氯胺消毒方式，将直接导致出厂水中较高浓度N-DBPs的产生。本课题将在前期研究基础上，将重点开展DON与N-DBPs生成控制理论研究。通过原创性纳滤膜样品前处理方法研究，有效提高水中DON测定的准确性和可操作性；通过组分分离与性质解析，揭示DON分子构成与N-DBPs生成的关联规律，确认典型N-DBPs的前体物分子结构；通过生成机制研究，掌握水中N-DBPs重要形成途径，探明其生成的重要影响因素；通过常规与深度处理工艺转变机制研究，揭示净水单元对DON与N-DBPs前体物的作用规律；最终为我国饮用水中N-DBPs的控制提供理论支持。

水中溶解性有机氮（DON）易与氯（胺）等消毒剂发生反应，产生新兴高致毒性含氮消毒副产物（N-DBPs）。DON与N-DPBs 已成为国际水处理领域开始关注的重要水质问题。本项目系统开展了饮用水中DON准确分析方法建立、微污染原水DON分子特性与N-DBP生成的相关性、典型N-DBPs前体物的筛选及其氯代反应特性、净水常规和深度处理工艺中DON及N-DBPs生成潜能的迁移行为与削减方法等工作。课题发明建立了基于纳滤膜样品前处理的DON测定方法体系，优选出了最佳的纳滤膜类型NF270，获得最优的操作条件；应用研发的DON分析技术，通过超滤膜分离发现微污染原水中DON的分子量组成与DOC和UV254基本相似，而平均分子量略大，XAD树脂分离发现DON的分子组成较DOC亲水性更强，结合核磁、红外、荧光、元素分析发现，微污染原水中DON主要包含胺基、硝基、蛋白质等分子构造，从而系统性阐明了微污染原水中DON的分子基本组成规律；应用DON分子区间切割与多批次N-DBPs生成潜能测试方法，找出了卤乙腈、卤代硝基甲烷、二甲基亚硝胺等不同类型N-DBPs的前体物组成规律差异性，揭示了DON分子构成与N-DBPs 生成的关联规律；通过生成机制研究发现带硝基的酚类物质、胺基的化合物、二甲胺基团化合分别是HNMs、HANs和亚硝胺的典型分子结构，获得了典型前体物地乐酚、土霉素、绿麦隆和罗硝唑等氯（胺）化反应动力学特征与基元反应速率常数、降解中间产物与途径和产生N-DBPs与变化的规律，掌握了不同类型N-DBPs生成的途径与重要影响因素；通过饮用水常规与深度处理工艺转变机制研究，发现常规饮用水处理工艺难于有效削减微污染原水中DON与N-DBPs生成潜能，二氧化氯预氧化是削减N-DBPs前体物的重要预处理手段，臭氧氧化可导致HANs、TCNM等N-DBPs前体物的大幅升高，而后续生物活性炭深度处理可有效削减N-DBPs前体物。课题成果可以为我国饮用水中有效控制N-DBPs提供了可靠的理论技术支持。