内蒙古水化学异常条件下消毒过程消毒副产物的形成机制、分布特性及主要前驱物的识别研究

Abstract: Disinfection By-Products（DBPs）are a kind of toxic and hazardous substances and cause mutagenesis, carcinogenesis, teratogenesis to human. At present, more than 600 PDBs were detected in water chlorination process. Formation of DBPs are affected by many factors, such as coexisted metals and humic acids, etc. Located in northwest in China and as the economically undeveloped region, Inner Mongolia is confronted with serious shortage of water resource, and in some regions, for example, Hu-Bao basin and HeTao basin are subjected in abnormal water chemistry (such as high arsenic, high fluorine and high hardness) in surface water and groundwater. This study is aimed to abnormal chemical surface water and groundwater of Inner Mongolia, investigating formation mechanisms, influencing factors, categories, distribution characteristics and main precursor of DBPs to reveal the conditions and patterns of DBPs, to reduce and eliminate the formation of DBPs. The results of this study have significance meanings on guarantee of drinking water security of Inner Mongolia.

消毒副产物(Disinfection By-Products, DBPs) 是一类有毒有害有机污染物，并具有三致作用，目前发现的DBPs多达600多种。DBPs的形成与诸多因素相关，其中水体中共存物质，如金属离子、腐植酸等的影响不容忽视。内蒙古地区位于我国西北，经济欠发达，水资源匮乏，并且其部分地下水、地表水中水化学元素异常现象突出，如高砷、高氟和高硬度，其主要集中分布在呼-包盆地、河套盆地。本研究针对内蒙古的水化学异常地表水和地下水，拟开展水化学异常条件如高砷、高氟和高硬度下DBPs的形成机制、影响因素、主要DBPs的种类和分布、以及主要前驱物的识别研究，明确DBPs产生的条件和规律，从而减少和控制DBPs的产生。本研究结果对于保障内蒙古地区人群饮用水安全有十分重要意义。

氯消毒是国内外广泛使用的有效的饮用水处理工艺。然而，在饮用水消毒过程中，消毒剂与水体中的天然有机物(Natural organic matter，NOM)以及外源性污染物均会反应后生成消毒副产物(Disinfection by-products，DBPs)。目前识别的DBPs多达700多种。DBPs具有致癌、致突变和致畸作用，通过饮用水长期低浓度的DBPs暴露会带来健康风险。. 本研究选择水体中常见的腐殖酸（HA）、氨基酸（酪氨酸Tyr和色氨酸Trp）等重要前驱物进行氯化消毒模拟，采用顶空-固相微萃取法(Headspace - solid phase microextraction, HS-SPME)、液-液萃取（L-LE）、衍生法等与气质联用仪(Gas Chromatography-Mass Spectrography, GC-MS) 结合，研究了4种三卤甲烷(Trihalomethanes, THMs)和5种卤乙酸（Haloacetic acids，HAAs）的生成特征（包括主要种类、分布、生成量、趋势以及内蒙古水样中含量水平）和影响因素（氯化消毒条件以及共存离子影响）。另外，通过SPE-GC-MS方法，鉴定了氯化过程中的中间产物，推测了DBPs生成途径和机理。. 结论如下：除了个别井水中F、As、硬度超标外，内蒙古水样中重要水化学异常元素如氟、砷和硬度等以及DBPs含量水平和健康风险较低。DBPs前驱物如腐殖酸（HA）、氨基酸（Tyr和Trp）等进行氯化后均有较强的DBPs生成能力，但是存在一定的分布差异。消毒时间、ClO-、Br-、T和pH等操作条件对THMs和HAAs生成能力、种类、趋势等有明显影响。水体中离子Ca2+、Mg2+、Al3+、Fe3+、NH4+、Cu2+、Zn2+、F-、As3+等对DBPs有促进、抑制作用或无影响。不同前驱物经氯化后，DBPs生成途径不相同。. 该研究揭示了内蒙古饮用水中重要DBPs的含量及健康风险、重要前驱物的氯化过程中的影响因素和形成机制，尤其是水化学异常条件如高砷、高氟和高硬度对DBPs形成的影响研究，显见报道。该研究结果对控制有毒有害DBPs的产生以及改善该地区水质、保障饮用水安全有重要意义。