余氯化后供水管网环内残留PFCs反应及迁移转化规律研究

Nonadecafluorodecanoic acid(PFDA), Perfluorobutane sulfonate(PFBS), The pollution of Perfluorinated compounds (PFCs), Perfluoroundecanoic acid (PFUnA), and Perfluorooctane sulfonate(PFOS), especially perfluorooctane sulfonate (PFOS) and perfluorooctanoic acid (PFOA), are wildly distributed and the typical perfluorinated compounds in the environment. As high stability and bio-accumulate in the environment, it is very difficult to remove them from environment and water treatment processes. Although some researchers use coagulation and UV-sulfate method to degrade PFCs, but no search concerned degradation of PFCs and disinfection by-products of PFCs in water distribution system. Therefore, This project selects 6 typical PFCs as targets, based on “Dynamic water distribution system test platform”, studying the reaction mechanism of PFCs chlorination, byproducts formation of PFCs chlorination, and assessing the toxicity of byproducts; studying the effect of many factors on the reaction of PFCs and different disinfectants and formation of byproducts, building the influence factors model; investigating the transformation of PFCs with disinfectants decay under different pipe materials, retention time, flow velocity and temperature. By systematically studying the degration of PFCs and the formation mechanism of their typical disinfection byproducts in water distribution system, the optimal control methods of PFCs and their byproducts are proposed. It also gives the scientific theoretical basis for water sectors, and thus the quality of drinking water is further improved.

全氟辛酸、全氟壬酸、全氟癸酸、全氟丁烷磺酸、全氟十一烷酸和全氟辛烷磺酸是环境中分布广泛的六种典型全氟化合物(Perfluorinated compounds, PFCs)。由于PFCs的高稳定性和环境中生物累积性，使其很难在环境和水处理工艺去除。尽管有研究用絮凝和紫外-过硫酸盐等方法降解PFCs，但未见对其在管网氯化反应规律和生成副产物进行研究。因此，本项目以６种典型PFCs为目标物，借助 “动态管网试验平台”，研究余氯化后管网中PFCs反应机理，探究PFCs所产生的副产物及其生成规律，评估副产物的毒性；研究多种因素对PFCs和不同消毒剂反应的影响及其副产物生成的影响规律，并建立影响因素模型；研究在不同管材、停留时间、流速和温度条件下， PFCs随消毒剂衰减的迁移变化规律。进而提出管网中控制PFCs及其副产物的方法，为供水部门合理控制PFCs及其消毒副产物提供科学理论基础，改善饮用水水质。

全氟化合物（Perfluoroalkyl substances，PFCs）是一类只含有C-F键和C-C键及其它官能团的有机氟化物的总称，PFCs被广泛地应用在涂料、纤维织物、颜料、起泡灭火器等工业制造产品中，作为一种分布广泛的环境微污染物，PFCs越来越受到人们的关注。近年来PFCs的有效降解技术已经成为环保领域的一个新的研究热点。.本项目以全氟化合物作为目标污染物，研究氯和氯胺对全氟化合物的降解作用。此外，采用了真空紫外/过硫酸盐（Vacuum ultraviolet/Persulfate，VUV/PS）和热/过硫酸盐（Heat/PS）两种不同的体系对水中全氟化合物进行脱氟。对两种不同的体系，分别考察了初始pH、PS投加量、初始PFOA浓度、温度等影响因素对PFOA脱氟效果的影响，并建立动力学模型；利用响应面法（Response surface method，RSM）分析该体系对PFOA脱氟的主要因素，构建响应面模型，优化体系脱氟条件；利用LC-MS对反应后的溶液进行产物分析，推测脱氟路径。研究发现，次氯酸钠、氯胺和紫外灯（Ultraviolet,UV）对PFOA脱氟几乎没效果，而VUV能大幅度促进PFOA的脱氟，在VUV体系中加入过硫酸盐(Persulfate，PS)后，PFOA的脱氟效率进一步增加，而将PS换成同样浓度的余氯（Residual chlorine,RC），PFOA脱氟的效果反而小于VUV单独作用的效果。对VUV/PS体系中可得到如下结论：PFOA的脱氟反应都符合准一级动力学模型；初始pH 5.0-pH 9.0对PFOA脱氟效率影响不大，但在酸性pH条件下脱氟效果较好；对初始浓度为15 μM的PFOA，当PS与PFOA摩尔比为60∶1时，PFOA的脱氟效果比较理想，且随着温度的升高，脱氟率也进一步增加。用Design Expert 10软件的BOX-behnken方法得到的预测模型具有较高回归率，修正后的拟合度也很良好；影响从大到小的因素是：：PFOA初始浓度＞PS初始浓度＞初始pH。此外， 也自制了新型材料MXene,研究紫外结合MXene对全氟化合物的降解。MXene材料结合紫外降解最快，但是反应时间要比紫外/过硫酸盐长。