摘要
饮用水消毒过程中，消毒剂会和水中天然有机物反应生成消毒副产物（DBPs），卤代乙腈（HANs）作为一种新型的含氮消毒副产物（N-DBPs），因其比传统的碳消毒副产物（C-DBPs）具有更强的遗传毒性和细胞毒性而引起了研究人员的广泛关注。控制消毒副产物是饮用水安全保障技术的重要任务之一，研究饮用水氯化过程中HANs的生成与影响因素具有重要的意义。 本文建立了水中卤乙腈在线液液萃取-气相色谱-质谱检测方法。对在线萃取参数进行了优化，在添加4gNa2SO4，pH值为6，搅拌器转速600rpm，搅拌时间3min条件下，卤乙腈的萃取效率最高。方法自动化程度高，适用于饮用水中7种卤乙腈的检测。 以腐殖酸为氯化反应前质，NaClO为消毒剂，研究了有效氯投加量、氯化时间、溴离子浓度、pH值等因素对卤乙腈生成产生的影响。随着有效氯投加量和反应时间的增加，卤乙腈生成量先增加后减少。在反应时间为48h和有效氯投加量为10mg/L时，卤乙腈生成量最大，随后随着时间和有效氯投加量的增加而降低。pH值的上升会促进卤乙腈的水解，在弱酸性条件下（pH=5），卤乙腈生成量最大。随着溴离子浓度的增加，二溴乙腈（DBAN）的生成量不断增加，二氯乙腈（DCAN）的生成量不断降低，溴氯乙腈（BCAN）的生成量先增加后降低。表明原水中溴离子的存在会促进氯代乙腈向溴代乙腈转换。 天然水体中存在着大量金属离子，且会对消毒剂和NOM的反应产生影响，进而影响HANs的生成。本文选取天然水体常见和管渠中易于泄漏的常价金属离子，包括Cu2+、Fe2+、Fe3+、Al3+和Mn2+，以腐殖酸作为氯化反应前体物，研究了金属离子对卤乙腈生成过程产生的影响。不同金属离子对HANs生成影响不同。Cu2+对卤乙腈的生成呈现出先促进后抑制的作用；Fe2+、Fe3+、Mn2+和Al3+均对卤乙腈的生成展现出不同程度抑制作用，且抑制作用Mn2+lt;Fe2+lt;Fe3+≈Al3+。 本文通过使用LC-OCD-OND对反应前后的腐殖酸溶液进行了表征，初步推测了卤乙腈的生成机理，并进一步探讨金属离子对卤乙腈生成的影响机理。腐殖酸中生物聚合物、类腐殖酸、腐殖酸降解产物、低分子酸性有机物和低分子中性有机物分别占比10%、69%、11%、0%和11%，且参与反应的组分主要为生物聚合物和类腐殖酸，而低分子中性物质为氯化反应的主要产物。腐殖酸氯化过程中，HANs主要通过“脱羧途径”生成，氮源主要来自生物聚合物组分和类腐殖酸组分中的溶解性有机氮（DON）。Cu2+主要通过和腐殖酸的络合吸附反应，增加相关官能团的反应活性来促进DBPs的生成；Fe2+主要通过抑制次氯酸钠和DON的反应，进而抑制消毒副产物的生成；Fe3+会与腐殖质中的芳香烃和酚类化合物络合，减少腐殖质活性炭位点与氯的反应机会，从而减少DBPs的形成。Al3+主要通过水解反应来减少DBPs的生成。
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