饮用水电化学消毒过程中溴类无机副产物生成及抑制机理研究

To make the formation and inhibition mechanism of by-products clear and control its generation process, is important basic work for the safe application of drinking water disinfection technology. In this study, the brominated inorganic disinfection by-products (DBPs) produced during drinking water electrolysis was chose as the research focus. The drinking water was synthesized with sodium solution, and a boron-doped diamond (BDD) electrode and mixed oxide electrode were adopted as the anode, respectively. During the experiment, the concentrations of different brominated inorganic DBPs were determined and the effects of reaction conditions were investigated. On this basis, the formation mechanism and distribution of bromated inorganic DBPs during electrolysis were analyzed. Based on the practical application demands, the effects of coexisting anions and the cathodic reduction were studied. On the basis of the results of this study, the formation and inhibition mechanism of brominated inorganic DBPs during drinking water electrochemically disinfection was established. This results will provided the theoretical basis for the safe application of electrochemical disinfection technology, and promoted the brominated inorganic DBPs assessment standard.

究明消毒副产物（DBPs）的生成和抑制机理，实现生成过程的调控，是饮用水消毒技术安全应用的重要基础工作。本研究以饮用水电化学消毒过程中溴类无机DBPs作为聚焦点，利用模拟含溴饮用水为对象，分别采用掺硼金刚石和混合氧化物电极为阳极构建电化学消毒体系进行实验。通过对不同反应条件下各价态溴类无机化合物浓度的监测，对电化学消毒过程中溴类无机DBPs的生成机理和分布规律进行了解析。在此基础上，引入实际环境中常见的共存离子，考察共存离子对溴类无机DBPs分布规律的影响；基于实际应用，通过分格反应器与不分格反应器的对比实验，明确电化学高级氧化消毒过程中，阴极还原作用对溴类无机DBPs的影响规律。综合项目研究成果，建立系统的饮用水电化学消毒溴类无机DBPs的生成和抑制机理，为电化学消毒技术的安全应用提供相关理论依据。在推动电化学消毒技术应用的同时，也将通过对溴类无机DBPs的研究，促进相关水质标准的制定。

电化学消毒技术已在小规模分散供水、泳池循环供水等领域中展现出一定的应用潜力。专注提升消毒效率的同时，研判副产物的生成可能、较为合理的生成路径以及反应体系要素对其的影响规律，提出配套的抑制策略，也是其规模化应用前的重要工作之一。本研究以抑制电化学消毒过程中溴酸盐副产物产率为出发点，利用代表性电极构建电消毒体系，通过模拟含溴饮用水电解实验，考察了电极材质（阳极、阴极）、反应条件、运行模式及参数、共存离子等因素对于溴酸盐生成的影响；通过电化学行为表征、动力学和热力学分析以及中间产物分布定量解析等手段，建立了相对系统的饮用水电化学消毒溴类无机副产物生成和抑制机理，提出了基于溴酸盐副产物减量化的调控策略，为电化学消毒技术的安全应用提供了理论参考依据。.在阳极氧化作用主导的电化学体系中，即使在1ppm的低溴化物浓度下，BDD、MIO、Pt/Ti等电极均可生成溴酸盐副产物；以▪OH间接氧化为主的BDD电极溴酸盐生成趋势高于其他电极数倍（灭菌率99%前提下，溴酸盐浓度可达到50ppb）。中性pH、高溴化物初始浓度和电流密度均有利于溴酸盐生成。BDD电极用于饮用水消毒时，应采用更谨慎的运行条件调控措施。.热力学角度分析，▪OH氧化Br-存在着由Br- — Br2 — BrO/BrO- — BrO2- — BrO3- —BrO4-分步反应的可能；但生成过溴酸盐的趋势弱于氯化物氧化生成高氯酸盐。在BDD电解含溴水产物分布定量分析中，活性溴浓度始终较低，未出现累积，溴元素更多的转化为溴酸盐，这将降低以活性溴作为前驱体生成溴代有机副产物的可能。采用接触时间更短的大功率在线电消毒模式，可减少过溴酸盐的生成。.高共存硫酸盐可抑制溴酸盐的生成，而在饮用水源指标范围内的碳酸盐、氯离子和硝酸盐，都可促进溴酸盐的生成；特别是日趋严重的水源硝酸盐污染，增加溴酸盐生成几率的同时，还存在致癌物质亚硝酸盐生成的风险。采用Cu/Zn合金阴极，溴酸盐生成量可下降67.8%。强化阴极催化还原性能，构建阴阳协同消毒体系，是抑制溴酸盐副产物的有效方法。