饮用水源水DBPs形成的回归模型研究

摘要

太湖、钱塘江和金兰水库是长江三角洲地区三处重要的饮用水源地。金兰水库水质较好，但钱塘江和太湖由于受到生活污水、工农业废水、咸潮等因素的影响，水源水中存在较高浓度的有机物和溴离子。在饮用水消毒中，它们会与消毒剂反应形成具有致癌毒性、生殖毒性的消毒副产物(Disinfection by-products，DBPs)。虽然目前对这些水源地的DBPs形成情况有些许研究，但对DBPs形成的关键影响因子和模型预测方面却没有相关信息，基于此，本文以太湖、钱塘江和金兰水库的水源水为研究对象，研究不同消毒方式（氯消毒、氯胺消毒）、不同消毒条件（pH、时间、温度、溴离子、消毒剂量）下三卤甲烷（Trihalomethanes，THMs）、卤乙腈（Haloacetonitriles，HANs）和卤乙酸（Haloacetic acids，HAAs）的形成回归模型及其关键影响因素，结果如下:
　　1)氯消毒下THMs的回归模型表现出较好的预测效果，准确率达86-97％。然而，HANs模型预测能力较弱，准确率只有75-83％。溶解有机碳(DOC)、在254nm处的吸光度(UVA254)和溴离子是HANs形成中最重要的影响因子。然而对于THMs来说，除DOC、UVA254外，氯化反应时间也是一个关键因素。此外，本研究中三卤甲烷（T-THMs）模型与文献的模型对比发现，低SUVA水源水的回归模型DOC系数较小，但溴离子系数却较大。
　　2)氯消毒下，HAAs的形成水平依次为太湖＞钱塘江＞金兰水库，且均以二卤乙酸(Dihaloacetic acid，DHAA)、三卤乙酸(Trihaloacetic acid，THAA)为主。二氯乙酸(Dichloroacetic acid,DCAA)、总二卤乙酸(∑DHAA)、HAA5(USEPA规定的5种HAAs)、HAA9（9种HAA的简称）的回归模型具有良好的预测潜力，准确率达83.3％-94.4％，而三氯乙酸(Trichloroacetic acid,TCAA)、一溴二氯乙酸(Bromodichloroacetic acid,BDCAA)、∑THAA（总三卤乙酸）模型的预测准确率较低，只有47.2％-61.1％。根据偏相关系数分析，影响DCAA、∑DHAA、HAA5的关键的因子是DOC;影响TCAA、∑THAA、HAA9的关键的因子是投氯量;影响BDCAA形成的最关键因子是溴离子。
　　3)氯胺消毒下，三氯甲烷(Trichloromethane，TCM)，二氯乙腈(Dichloroacetonitrile，DCAN)和二氯乙酸(Dichloroacetic acid,DCAA)，二卤乙酸(Dihaloacetic acids，DHAAs)，5种受U.S.EPA监管的HAAs(HAA5)和总的卤乙酸(HAA9)模型都有较好的预测能力（预测准确度达到了81％-94％），然而，对于总的卤乙腈（HAN4），三氯乙酸(Trichloroacetic acid,TCAA)，三卤乙酸(Trihaloacetic acids，THAAs)和总的三卤甲烷(THM4)模型来说，则显示出相对较弱的预测准确度（53％-72％）。对于THMs来说，溶解有机氮(DON)使它们的关键有机前驱物，然而对于HANs，DHAAs和THAAs来说，UVA254起主导作用。其他影响DBPs形成的关键因子包括溴离子(THM4，DCAA，DHAAs和HAA9)，反应时间(DCAN，HAN4)和投氯胺量(TCM，HAA5，TCA和THAAs)。除此之外，对于这些水源水来说控制DHAAs可能是减少DBPs形成量的关键。
　　4)影响不同DBPs形成的关键因子千差万别，这会给水务工作者决策管理带来困扰。本研究利用文献中THMs、HAAs、HANs的基因毒性、细胞毒性数据，结合水源水消毒后该类DBPs的形成量，计算得每类DBPs的毒性潜力。结果发现基因毒性和细胞毒性的潜力（氯消毒/氯胺消毒）的大小次序均为NAN4(2.46*10-2/1.62*10-3)＞HAA6（2.30*10-3/2.96*10-4）＞THM4（7.99*10-5/1.03*10-5）。其中DBAN和BAA的毒性潜力高于其它各种DBPs。此外，分别比较三处水源地的基因毒性和细胞半毒性潜力发现，两种消毒方式下的其基因毒性和细胞毒性潜力大小顺序一致，太湖毒性潜力最高，钱塘江其次，而金兰水库的毒性潜力最低。

目录

摘要

第1章 文献综述

1．2．1 氯消毒

1．2．2 氯胺消毒

1．3 DBPs的概述

1．3．1 DBPs的种类

1．3．2 DBPs的危害

1．3．3 DBPs的影响因素

1．3．4 DBPs的限值

1．3．5 DBPs的控制途径

1．4 DBPs模型

1．4．1 多元回归模型

1．4．2 神经网络模型

1．4．3 动力学模型

1．5 太湖、钱塘江和金兰水库概况

1．6 研究的意义

1．7 研究框架

第2章 水源水氯化后THMs和HANs的形成及回归模型研究

2．1 引言

2．2 材料和方法

2．2．1 野外采样和水质分析

2．2．2 数据库描述

2．2．3 回归模型的建立

2．3 结果和讨论

2．3．1 THMs和HANs的模型

2．3．2 T-THMs模型的对比

2．3．3 THMs和HANs的毒性潜力比较

2．4 结论

第3章 水源水氯化消毒后卤乙酸的形成及回归模型研究

3．1 引言

3．2 材料和方法

3．2．1 水样

3．2．2 氯化消毒

3．2．3 HAAs检测

3．2．4 回归模型的建立及评价

3．3 结果与讨论

3．3．1 HAAs形成的基本情况

3．3．2 回归模型中HAAs与各水质、消毒因子之间的关系

3．3．3 模型评价

3．3．4 部分HAAs的毒性潜力

3．4 结论

第4章 水源水氯胺化后THMs、HANs和HAAs的形成及回归模型研究

4．1 引言

4．2 材料和方法

4．2．1 野外采样和水质

4．2．2 数据库描述

4．2．3 建立回归模型

4．3 结果和讨论

4．3．1 氯胺化DBPs形成概况

4．3．2 影响DBPs形成的无机因子

4．3．3 氯胺化DBPs形成过程中潜在的有机前驱物

4．3．4 影响DBPs形成的关键因子

4．3．5 模型的评价

4．3．6 THMs、HANs和HAAs的毒性比较

4．4 结论

结论与展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

声明