饮用水中三卤甲烷生成与四氯化碳降解影响因素研究

摘要

氯代烃是与人们生活密切相关的一类有毒有害有机物。其中，三卤甲烷是最主要的一类饮用水氯化消毒副产物，四氯化碳是使用最为广泛的化工原料之一。关于三卤甲烷的形成、四氯化碳的降解机理及影响因素研究，是环境科学工作者关注的重要课题。 本文以腐殖酸模拟天然水中的有机物，研究了Fe<'3+>、Cu<'2+>、Mn<'2+>、Ni<'2+>、pb<'2+>、Zn<'2+>、Ca<'2+>等水体中常见的金属离子在不同pH值、不同Br<'->含量条件下对三卤甲烷 (THMs) 生成量和相对分布规律的影响，研究了在模拟管网沉积物——羟基氧化铁的存在下，余氯和三卤甲烷生成量变化的情况；以Fe<'2+>-FeO(OH)为还原系统，研究了Cu<'2+>、Ag<'+>对Fe<'2+>-FeO(OH)还原系统还原降解四氯化碳的催化作用，探讨了pH值对四氯化碳脱氯还原的影响作用。得出了以下几点重要结论： (1) 水体中的溴离子含量的升高会增加氯化过程中三卤甲烷的生成总量，产物中溴代甲烷的百分比随着水样中Br<'->浓度的增加而增大； (2) 水体中常见的金属离子中，Fe<'3+>、Cu<'2+>对产生THMs的反应有催化作用，这种催化作用在偏碱性的水质条件下的表现更为显著；Mn<'2+>在偏酸性环境中与腐殖酸共存时容易被氯氧化，对氯有消耗，结果使THMs的生成量减少；而在中性和偏碱性环境中，Mn<'2+>与 Ni<'2+>、pb<'2+>、Zn<'2+>类似，对THMs的生成基本不构成影响；Ca<'2+>硬度影响腐殖酸氯化反应后 THMs 的组成分布，一部分三氯甲烷向一氯二溴甲烷和三溴甲烷转变； (3) 供水管网腐蚀沉积物FeO(OH)与腐殖酸水样共存可增加消毒剂氯的消耗，且三氯甲烷的生成量有所增加； (4) 由于溴代消毒副产物具有较大的毒性，在沿海地区对水源水中Br<'->浓度的监测应引起关注；碱性环境中，Br<'->、Fe<'3+>、Cu<'2+>在水处理系统中与天然有机物共存会放大饮用水的致癌风险，因此应加强消毒副产物前体物和Fe<'3+>、Cu<'2+>的去除，或考虑增加消毒副产物去除工艺，以保证供水安全性。 (5) 四氯化碳在Fe<'2+>-FeO(OH)还原系统中的降解符合一级动力学反应定律，降解速率随着体系中投加的Fe<'2+>量的增加而提高；没有羟基氧化铁固体存在时，Fe<'2+>单独作用无法将四氯化碳还原；Cu<'2+>、Ag<'+>离子对四氯化碳在Fe<'2+>-羟基氧化铁固体表面的还原降解起催化作用； (6) 碱性环境有利于四氯化碳在Fe<'2+>-FeO(OH)还原系统中的脱氯降解，Fe<'2+>-FeO(OH)还原CT在pH>7时才会进行；在 Cu<'2+>、Ag<'+>的催化作用下，四氯化碳可以在较宽的pH值范围内脱氯降解，且pH值的影响更加显著；还原的主要降解产物是CHCl<,3>，在Ag<'+>的催化作用下，可进一步将 CHCl<,3> 还原，所以添加Ag<'+>不仅可以提高CT的降解速率和去除率，而且有助于降低降解产物的总体毒性。 本课题通过深入研究影响氯化消毒副产物三卤甲烷生成量的各个因素，可以有针对性地提出相应的措施以减少消毒副产物的生成量，在保障饮用水的安全性的基础上优化饮用水处理工艺。研究结果可为供水企业有效控制饮用水处理中THMs的生成量提供理论参考；通过研究Fe<'2+>-FeO(OH)还原四氯化碳的影响因素，可以更准确地预测四氯化碳在多种环境条件下的还原反应速率，可以采取更加有效的措施提高降解速率和去除率，减少有毒有害物的生成量，研究结果可用于指导渗透性反应墙对氯代烃污染的治理技术。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1饮用水氯化消毒工艺的广泛应用和潜在的问题

1.1.2四氯化碳的污染与修复治理

1.2国内外研究进展

1.2.1消毒副产物的毒害作用

1.2.2消毒副产物的前体物

1.2.3消毒副产物的形成机理

1.2.4 DBPs生成的影响因素研究

1.2.5有机氯代烃脱氯还原机理研究

1.2.6铁还原系统对氯代烃的脱氯还原的影响因素研究

1.2.7 CT脱氯还原的降解产物研究

1.2.8羟基氧化铁和二价铁的存在普遍性

1.3研究内容

1.4研究意义

第二章试验方法和试验材料

2.1腐殖酸模拟水样配制

2.2 a-FeO(OH)的制备

2.3主要测试项目与测试方法

2.3.1消毒剂浓度测定

2.3.2三卤甲烷(THMs)和四氯化碳(CT)的测定

2.3.3其它指标测定

2.4主要试验仪器和试剂

2.4.1试验仪器一览表

2.4.2主要试验试剂一览表

第三章氯化消毒过程中挥发性消毒副产物三卤甲烷形成的影响因素研究

3.1腐殖酸模拟水样的特性表征

3.1.1腐殖酸模拟水样的TOC表征

3.1.2腐殖酸模拟水样的吸光度

3.1.3腐殖酸的最大需氯量

3.1.4腐殖酸与氯反应时间的确定

3.2 THMs影响因素实验研究

3.2.1 Br-对消毒副产物的影响

3.2.2水体中常见金属离子对氯化消毒副产物THMs的影响

3.2.3羟基氧化铁对THMs和氯消耗量的影响

3.3分析与讨论

3.3.1 Br-的影响

3.3.1金属离子的影响

3.3.2pH值的影响

3.3.3羟基氧化铁对THMs的影响

3.3.4致癌风险评价

3.4小结

第四章 Fe2+-羟基氧化铁对四氯化碳的脱氯还原降解的影响因素研究

4.1实验内容与步骤

4.2试验结果与讨论

4.2.1 Fe2+-FeO(OH)还原系统对四氯化碳的脱氯还原降解

4.2.2 Cu2+，Fe2+-FeO(OH)还原系统对四氯化碳的脱氯还原降解

4.2.3 Ag+，Fe2+-FeO(OH)还原系统对四氯化碳的脱氯还原降解

4.2.4 pH值对Fe2+-FeO(OH)还原四氯化碳的影响

4.3小结

第五章结论与展望

5.1结论

5.2进一步研究的建议

致谢

参考文献

个人简历在读期间发表的学术论文与研究成果