咸潮原水中溴在消毒过程中的转化机制和副产物研究

咸潮入侵导致水源中高浓度的溴离子已成为威胁沿海地区饮用水安全的一个潜在问题。溴离子较难被常规工艺去除，并和消毒剂作用形成一系列副产物。已有研究多集中于某类副产物的产生和去除，而缺乏对溴离子在消毒过程中转化的机理探讨。在博士论文的基础上，本研究1）通过溴的物料平衡和氯/溴竞争动力学模型探讨溴离子在氯（胺）化过程中的转化机制，以及长江水源中天然有机物特性对副产物的影响规律；2）通过改进数学方法完善现有建模理论，同时结合水质、消毒剂量、消毒剂接触方式等现实因素，最终建立适用于净水器终端的溴酸盐臭氧化生成模型。为更深刻理解消毒过程中溴的转化机制和有效控制饮用水中含溴消毒副产物提供理论依据和技术储备。

本课题研究了水源水中溴离子在水厂工艺中的转化，从溴酸盐和溴代消毒副产物2类化合物出发，开展了水源水和水厂工艺调查、臭氧化溴酸盐产生模型、紫外辐照次溴酸产生溴酸盐、溴代消毒副产物与三维荧光光谱四个方面的研究。调查显示上海地区水源水中溴离子浓度为几十至数百μg/L，在冬季由于咸潮缘故浓度增加。使用臭氧工艺（投加量<0.8mg/L）的自来水厂出水中的溴酸盐检出率低，未超过10μg/L标准。提出新的指标ct（Br2）改进了臭氧氧化过程中溴酸盐的预测模型。理论和实验结果较为吻合，与传统ct指标相比该指标适应性强，能够统一不同曝气方式、不同臭氧浓度的实验。提出UV辐照次溴酸为新的溴酸盐产生来源，溴酸盐的产生机制主要是歧化反应，并从宏观动力学角度对体系进行了初步模拟。水源水中约有10%左右的溴离子在自来水消毒工艺中转化成典型的溴代消毒副产物（三卤甲烷和卤乙酸）。溴离子产生了取代性更强的次溴酸，因而显著增加了溴代有机物的比例。但是与次氯酸相比，次溴酸仅略微增加消毒副产物的摩尔产量。次溴酸在黄浦江源水中的衰减速率与次氯酸相差不大。单一有机前体物与自由溴的反应过程和溴代消毒副产物的产量可通过荧光激发发射矩阵的特征值进行定量分析和预测。