氯消毒和臭氧-氯消毒过程中藻类有机物产生的新兴溴代含氮消毒副产物的特点和生成机理研究

Disinfection is essential for providing safe drinking water. However, in disinfection of drinking water, chemical disinfectants used to inactivate microorganism react with organic or inorganic matters in water to generate harmful disinfection byproducts (DBPs). It has been reported that brominated or nitrogenous DBPs are more toxic than the corresponding chlorinated or non-nitrogenous DBPs, respectively. By now, most of studies still focus on the commonly known DBPs, e.g., haloamethanes and haloacetic acids. Studies on emerging brominated nitrogenous DBPs are very limited. Today, the problems of water pollution and eutrophication become serious, which cause increases of bromide and dissolved organic nitrogen levels in source water; thus there should be more brominated nitrogenous DBPs generated in disinfection. Accordingly, in this project, the formation of emerging brominated nitrogenous DBPs from algal organic matter (AOM) in chlorination and ozonation-chlorination will be investigated. The representative algae in eutrophication, Mycrocystis Aeruginosa, will be selected for collection of AOM. The structure of AOM will be characterized and deeply explored. Then the formation mechanisms from AOM to emerging brominated nitrogenous DBPs will be explored. Results from this project will provide new information in DBP research, and important reference for DBP toxicity evaluation, risk assessment, and control policy in future.

饮用水消毒是保障饮用水安全必需的处理过程。然而，化学消毒剂灭活微生物的同时，也和水中的一些无机和有机物反应生成具有健康风险和生态风险的消毒副产物（DBPs）。研究发现，溴代或含氮DBPs比相应的氯代或非含氮DBPs具有更高的毒性或危害。但是目前的研究多数是关于卤代甲烷、卤代乙酸等常规DBPs的，关于新兴溴代含氮DBPs的研究很少。现在工农业污染以及水体富营养化问题日益严重，这使得饮用水中溴离子和有机氮的水平升高，从而会导致消毒过程中更多溴代含氮DBPs生成。因此本项目将研究藻类有机物在氯消毒和臭氧-氯消毒过程中产生的新兴溴代含氮DBPs的特点和生成机理。本项目选用铜绿微囊藻，通过深入分析藻类有机物的结构探讨藻类有机物生成新兴溴代含氮DBPs的机理。本项目的研究成果可以进一步填补DBPs研究领域的空白，为饮用水中DBPs的毒性研究、风险评价、控制技术等提供重要参考信息。

饮用水消毒是保障饮用水安全必需的处理过程。然而，化学消毒剂灭活微生物的同时会和水里的有机物反应生成具有健康风险和生态风险的消毒副产物（DBPs）。目前很多饮用水水源藻华问题严重，藻类及其藻类有机质（AOM）成为了重要的消毒副产物前体物，关于AOM生成新兴溴代含氮DBPs 的研究有限。本项目研究了AOM（来源于藻华中常见的Microcystis aeruginosa）的结构特征，在氯消毒和臭氧-氯消毒过程中AOM产生常规DBPs和新兴溴代含氮DBPs 的特点，以及DBPs的控制方法。. 研究发现了AOM具有高亲水性、低芳香性等特点，AOM中不仅包括叶绿素a和藻蓝蛋白，还包括比例较高的芳香族蛋白和类腐殖酸类结构。AOM不稳定，部分有机氮转化成了自由胺或氨。. 研究了不同反应时间、pH值、加氯量、溴离子浓度对AOM生成DBPs的影响，进行了动力模型研究。研究发现碳基（例如三氯甲烷）DBPs和含氮DBPs（例如二卤乙腈）受pH值、加氯量和溴离子浓度影响的变化规律不同。. 臭氧氧化不能降低AOM溶液的有机碳浓度和比紫外吸收值，但可以快速降解腐殖质类结构、叶绿素a和藻蓝蛋白。部分有机氮转化成氨。. 研究了臭氧浓度、臭氧停留时间、pH值、氯投加量、溴离子浓度、天然有机质（NOM）浓度对AOM生成DBPs的影响。研究发现臭氧对不同DBPs的影响不同，某些浓度下臭氧氧化提高了三氯甲烷、二卤乙腈、卤代丙酮的总生成浓度。NOM和AOM的混合液中，NOM和AOM相互竞争和氧化剂反应，降低了某些DBPs的生成，但促进了某些含溴DBPs的生成。. 研究了典型藻类有机质藻毒素（MC-LR）在氯消毒以及臭氧-氯消毒过程中生成DBPs的特点。研究结果表明，MC-LR在氯消毒和臭氧-氯消毒过程中降解的很快，有机氮主要转化为硝酸盐。MC-LR在氯化过程中生成三氯甲烷、二卤乙腈、卤代丙酮等。. 混凝沉淀和活性碳吸附试验表明两种处理方法对AOM的去除能力不高，对含氮DBPs和常见的不含氮DBPs的控制能力不同。.