过氧乙酸在消毒过程中的化学行为和反应特性研究

Peracetic acid is one of the most promising disinfectants, but its chemical behavior and reaction characteristics during disinfection are relatively poor understood. The project plans to study the reaction characteristics and mechanism of peracetic acid with typical water constituents (i.e., metal ions and organic compounds). The decomposition kinetics of peracetic acid are studied to explore the main water constituents affecting the stability of peracetic acid. The electron spin resonance (ESR) technique is used to analyze the distribution and transformation of radical species, revealing the activation mechanism of peracetic acid by metal ions. By combination with HPLC-MS/MS and the spectroscopic technique, we want to explore the functional groups on organic compounds responsible for peracetic acid activation, elucidating the reaction mechanism between organic compounds and peracetic acid. Afterwards, the mechanism of disinfection by-product formation affected by water constituents is revealed to establish the relationship between water quality and disinfection by-products formation. The project will elucidate the chemical characterisitics of peracetic acid during disinfection, and provide the fundamental understanding of disinfection by-product control.

过氧乙酸是最具潜力的新型消毒剂之一，但在消毒过程中的化学行为和反应特性尚不清楚。本项目拟系统研究过氧乙酸与典型水质因子（金属离子与有机物）的化学反应特性及过程机制。通过对过氧乙酸的分解动力学分析，识别影响过氧乙酸稳定性的关键水质因子；采用电子自旋共振技术（ESR），探寻自由基分布特性及转变规律，揭示金属离子活化过氧乙酸的反应机理；通过液相色谱-质谱联用（HPLC-MS/MS）和光谱分析技术，解析有机物活化过氧乙酸的活性官能团特征，揭示有机物与过氧乙酸的反应机理；基于以上研究，阐明水质因子对过氧乙酸消毒副产物生成的影响机制，构建水质特征与消毒副产物生成的内在关联性。研究旨在揭示过氧乙酸消毒的化学反应特性，并为过氧乙酸消毒副产物的控制提供理论依据。

过氧乙酸被认为是替代传统氯消毒的最有潜力的消毒剂之一，其消毒过程中产生有毒有害消毒产物较少，因此受到广泛关注。然而，与传统消毒剂相比，过氧乙酸消毒的研究仍相对较少，过氧乙酸在消毒过程中的化学行为和反应特性尚未阐明。本项目系统研究了过氧乙酸与水质因子的相互作用，以过氧乙酸的结构特性为基础，以水质特征为主线，以揭示过氧乙酸的化学行为和反应特性为核心，以过氧乙酸消毒副产物控制为落脚点。研究结果表明，污水水质会影响过氧乙酸的稳定性，通过测定水质因子对过氧乙酸分解动力学的影响，识别出影响过氧乙酸稳定性的关键水质因子（如金属离子、无机阴离子）。通过自由基淬灭、电子自旋共振（EPR）、理论计算等方法揭示了过渡金属离子、无机阴离子活化过氧乙酸过程，阐明了过氧乙酸的活化特性和活化机制。通过在中试连续运行条件下，评估过氧乙酸对实际污水中大肠杆菌的灭活性能及影响因素，阐明过氧乙酸消毒对出水水质的影响，为过氧乙酸消毒技术的实际应用提供技术指导；通过考察水质特征对过氧乙酸消毒副产物生成的影响，对比了过氧乙酸与次氯酸钠生成有害消毒副产物的风险，证实了过氧乙酸消毒技术在消毒副产物控制方面的优越性。以上研究成果以第一或通讯作者在国内外环境领域期刊发表论文18篇，其中SCI 论文16篇；授权发明专利2项。本项目系统揭示了过氧乙酸的化学反应特性，为消毒副产物控制提供科学依据，为过氧乙酸消毒技术的推广应用提供技术支撑。