第 1 章 引 言
1.1 我国水资源现状
近几十年来，由于人类活动的加剧，人类通过工业、农业以及日常生活往自然水体中排放了大量的污水（关亮炯，2004），当排放的污水量超过水体自身的承受能力时，便会对水体水源造成不同程度的污染，这种污染在一定时期内难以消除。我国现在处于高速发展的时期，人口和经济快速增长使得水源水体的污染日益加重（吴舜泽，2000），我国河流中的 82%受到了不同程度的污染，城市水源中 42%已被严重污染（关亮炯，2004），其中污染严重不适合做饮用水水源的河段主要集中于工业较发达的城镇河段，比例高达 78%。而我国的长江、珠江、松花江、黄河、海河、辽河以及淮河七大水系也已受到了不同层次的污染，其中污染最为严重的是海河，且这些水系中有 40%的河段已不适合做饮用水水源（吴舜泽，2000）。
因此在我国水资源匮乏而水体污染严重的情况下，为了能够保证用水的安全可靠，实现水资源的循环利用是必不可少的一个环节，污水的再生利用是一种行之有效的措施。
1.2 污水的再生利用
污水再生是指经过二级处理后的污水再进一步进行消毒等深度处理，达到某一特定的水质指标以满足使用的过程，经过再生处理的水称为再生水。早在上个世纪 70 年代美国开始实行污水的再生利用以来，国外很多国家也逐步开始对污水进行再生利用，其中一些水资源短缺的国家，如突尼斯、埃及、希腊、约旦等在污水再生利用方面获得了较好效果（郭瑾等，2007）。而我国是一个严重缺水的国家，水资源短缺已成为制约社会可持续发展的重要因素之一，若能有效地利用再生水，将在很大程度上缓解用水压力。近年来我国虽然在污水处理能力上突飞猛进，但再生水的利用效率却还很低，仅是污水处理量的 10%左右，如果再生水的利用率能够达到 70%，我国将有 150 亿立方米的再生水资源可以使用，具有很大的潜力（杨益等，2012）。
再生水可用于工业生产从而代替优质水在工业上的使用，还可用于生活杂用、农业灌溉、市政用水、补充地下水水源和地下水回灌等（王家骏等，2005）。然而污水中由于含有病原微生物、微量有毒有害化学物质以及氮磷等植物营养物质，在其再生过程中会面临健康安全、生态安全以及安全生产等水质安全方面的隐患（胡洪营等，2010）。为了保证污水再生利用的可靠性和安全性，对污水进行消毒是一个必不可少的环节。
1.3 氯消毒以及新兴氯消毒副产物
氯消毒由于具有较高的细菌去除率，合理的投资费用与低廉的运行成本，安全可靠的操作模式，一直都是应用广泛的消毒工艺（鄂学礼等，2010）。然而氯消毒亦有其风险性。污水中的有机物会与氯消毒剂反应生成消毒副产物(DBPs)。能与消毒剂反应的有机物称为副产物的前体物，并用副产物的生成潜能来表征前体物的多少。由于消毒副产物具有生物毒性和三致效应，威胁生态安全和人类健康，大量学者对其进行研究，目前约有 600 多种 DBPs 被报道（徐倩等，2011）。近年来对新兴消毒副产物卤乙腈(HANs)、卤乙酰胺(HAcAms)、卤代酮(HKs)的关注逐渐增加，原因是 HANs 具有慢性细胞毒性和急性遗传毒性，比卤乙酸(HAAs)的毒性还要强（Muellner 等，2008）；HAcAms 的细胞毒性是 HAAs 的 99 倍，遗传毒性是 HAAs 的 19 倍（Plewa 等，2008）；在目前被检出的消毒副产物中，HKs 的含量仅次于 THMs、HAAs 和HANs（ Paul 等，2002）。Bull 等（1986）对 HKs 毒性做了研究，发现小白鼠的皮肤和肺在接触了 HKs 都发生了相应程度的病变，因此证实了 HKs 具有较强的致癌性和致突变性。徐倩等对 HKs 在水处理工艺中的存在形式，发现其在水中溶解性高，亲水性强，生成后难以在常规处理工艺控制。其中 HANs 和HAcAms 是含氮消毒副产物（N-DBPs），HKs 是含碳消毒副产物（C-DBPs）。
第 2章 研究方法及材料..........6
2.1 研究方案..........6
2.1.1 新兴消毒副产物生成特性研究 ..........6
2.1.2 新兴消毒副产物前体物的识别 ..........7
2.2 研究材料和方法..........7
2.2.1 实验材料 ..........7
2.2.2 实验方法 ..........8
第 3章 污水氯消毒中卤乙腈的生成特性..........14
3.1 引言..........14
3.2 消毒条件对二氯乙腈生成的影响..........14
3.2.1 反应时间的影响 ..........14
3.2.2 氯投加量的影响 ..........16
3.3 水质条件的影响..........17
3.3.1 pH 的影响..........17
3.3.2 有机物的影响 ..........18
3.4 二氯乙腈前体物的识别..........18
3.4.1 不同滤膜分离后各组分 DCAN 生成潜能 ..........18
3.4.2 树脂分离组分的 DCAN 生成潜能 ..........20
3.5 本章小结..........22
第 4章 污水氯消毒中卤乙酰胺的生成特性..........24
4.1 引言..........24
4.2 消毒条件对卤乙酰胺生成的影响..........24
4.2.1 反应时间的影响 ..........24
4.2.2 氯投加量的影响 ..........26
4.3 水质条件的影响..........28
4.3.1 pH 的影响..........28
4.3.2 有机物的影响 ..........30
4.4 卤乙酰胺前体物的识别..........30
4.4.1 按分子量大小分离后各组分卤乙酰胺生成潜能 ..........30
4.4.2 树脂分离组分的卤乙酰胺生成潜能 ..........32
4.5 本章小结 ..........35
第 5章 污水消毒过程中卤代酮的生成特性..........37
5.1 引言..........37
5.2 消毒条件对三氯丙酮生成的影响..........37
5.2.1 反应时间的影响 ..........37
5.2.2 氯投加量的影响 ..........38
5.3 水质条件的影响..........39
5.3.1 pH 的影响..........39
5.3.2 有机物的影响 ..........41
5.4 三氯丙酮前体物的识别..........41
5.4.1 按分子量大小分离后各组分 DCAN 生成潜能 ..........41
5.4.2 树脂分离组分的三氯丙酮生成潜能 ..........43
5.5 本章小结..........44
结论：
以 DCAN 为代表考察 HANs 生成特性，得到如下结论：（1）DCAN 在酸性条件下最稳定，其生成量最大，当 pH≥7 时，随着 pH 的增加 DCAN 的分解速率不断增加，pH=10 时生成量最小；（2）DCAN 生成量会随着氯投加量的增加而增大到最大值后， DCAN 会迅速分解；（3）在反应初期 DCAN 的生成量随着反应时间的增加而增加，达到最大值开始降低，但氯消毒过程中生成的DCAN 经过较长的反应时间后仍有较多余量（图 3.1）；（4）水样 Q 中的有机氮含量较高以及具有较多芳香族蛋白质和腐植酸，使得 DCAN 的生成量比水样G 大。
研究以 DCAcAm 和 TCAcAm 为代表的 HAcAms 的生成特性时同样也有如下结论：（1）DCAcAm 和 TCAcAm 对 pH 值最敏感：pH=8 时的 DCAcAm 生成量最大，并且碱性条件下的生成量大于酸性和中性条件下的生成量，而TCAcAm 却是在酸性条件下的生成量最大，中性和碱性条件下随着 pH 值的增加 TCAcAm 的生成量急剧下降，pH=10 时达到最低值；（2）氯投加量较高时会限制 DCAcAm 的生成，而在较低的氯投加量时 DCAcAm 具有较大的生成量，而 TCAcAm 的生成量随着氯投加量的增加而增加，当氯投加量为 80mg/L 时达到最大值；（3）当反应时间从 0.5 小时增加到 168 小时时 DCAcAm 和TCAcAm 的生成量变化趋势一致，一般呈增加趋势；（4）这两种副产物都是含氮副产物，但其生成量不光由水样中的含氮有机物的量决定，还跟水中的芳香度有关。水样 G 具有较高的 SUVA 值，因此水样 G 中 DCAcAm 和 TCAcAm的生成量大于水样 Q 的。
DCAN、DCAcAm 和 TCAcAm 这三种 N-DBPs 生成潜能的影响结果表明，这些 N-DBPs 的前体物不仅存在于溶解性有机物中，也分布于颗粒物中。颗粒物是 DCAN重要的前体物组分。在溶解态前体物中，氯消毒的 DCAN前体物分布于各分子量有机物中，而 DCAcAm 前体物主要是 MW<1 kDa 的有机物，TCAcAm 前体物主要是 MW在[1,10]KDa 范围内的有机物。在树脂层析分离组分中，HIN 组分的有机物含量最高，并且是这几种 N-DBPs 前体物的主要组成。但 HIA、HIB 与 HOA 组分单位 DOC 的 N-DBPs 生成量最高，其包含的芳香族类蛋白类物质与腐殖酸等均为 DCAN、DCAcAm 和 TCAcAm 的前体物。1,1,1-TCP 这种 C-DBPs 的前体物主要分布于溶解性有机物中，颗粒态物质对其生成的贡献较小，MW<1KDa 的溶解性有机物是其主要前体物。经过树脂分离后组分中，HIN 也是由于其有机物含量高，是其前体物的主要组成。HIA、HIB、HOA 与 HOB 组分单位 DOC 的 1,1,1-TCP 生成量最高,表明这些组分中的芳香族有机物是 1,1,1-TCP 的前体物。
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