UV与UV/过硫酸盐技术对新兴含氮消毒副产物降解的效能与机理研究

含氮消毒副产物（N-DBPs）是水中的一类新兴的污染物，其毒性很强、控制困难。我国水体中氨氮和含氮有机物污染严重，在氯化消毒过程中产生N-DBPs的潜在危害更大。目前，关于N-DBPs的控制技术的研究十分有限。针对水中N-DBPs污染问题，选取水中常见的5类N-DBPs：卤乙腈、卤代硝基甲烷、卤代乙酰胺、卤代氰和亚硝胺类物质，结合硫酸根自由基对C-X键的选择性强、降解效率高这一特点，提出采用UV和UV/过硫酸盐（高效产生硫酸根自由基的方式）耦合技术对N-DBPs进行处理。首先，系统地研究两种技术对N-DBPs降解的动力学参数；其次，采用气相/液相色谱和质谱联用等手段，研究这些N-DBPs的降解产物和降解途径；再次，研究不同操作条件和不同水质参数对N-DBPs降解的影响；最后，建立N-DBPs降解的数学模型，优化技术参数。本研究成果可以用作饮用水中N-DBPs控制的用户终端处理技术。

在国家自然科学基金青年基金项目（编号: 51108117）的资助下，课题组基于紫外光化学和紫外光/过硫酸盐高级氧化体系的基础理论，借助于色谱、光谱等分析手段，深入研究了紫外光和紫外光/过硫酸盐体系降解水中新兴含氮消毒副产物的动力学和机理，顺利完成了该课题的各项研究内容，达到了预期研究目标，主要研究结果如下。.紫外直接光降解主要取决于N-DBPs的吸光度，溴代的N-DBPs比氯代的降解快，含有共轭结构的N-DBPs，如去质子化的DHNM、MHNM，容易发生异裂反应并达到完全降解。去质子化的HNMs光降解的主要途径是C-X键或C-N键异裂反应，产生卤离子和亚硝酸根离子，同时也产生少量的甲醛和其他有机物；而未去质子的HNMs光降解的主要途径是C-X（主要途径）和C-N键的均裂反应，产生卤离子、硝酸根离子和亚硝酸根离子。同时，溴代N-DBPs和去质子化的HNMs光降解过程所需要的能量与实际水处理中紫外消毒所需要的能量(40~500 mJ/cm2)相当。因此，直接光降解是有效降解溴代N-DBPs和去质子化的HNMs的方法。.UV/过硫酸盐降解氯代的N-DBPs的速率较快，而对于溴代的N-DBPs，UV、UV/过硫酸盐、UV/双氧水对其降解效果类似。UV/过硫酸盐降解N-DBPs符合一级反应动力学，其一级反应速率随着过硫酸盐投量的增加而加快，并且其速率随着氯代程度的升高而降低，如：MCAN > DCAN > TCAN。UV/过硫酸盐降解氯代的HAN主要以脱氯过程为主，主要产物是氯离子，也有少量的硝酸盐产生；而其降解溴代的HAN的过程首先产生溴离子，然后伴随着溴离子的氧化而产生溴酸盐，同时也有少量硝酸盐产生。UV/过硫酸盐处理含溴物质产生溴酸盐的问题需要再实际处理中引起重视。.本项目研究表明，UV可以去除溴代和去质子化的HNMs，UV/过硫酸盐高级氧化技术可以控制所有的含氮消毒副产物。值得关注的是，采用UV/过硫酸盐技术处理溴代N-DBPs和含溴水过程中，需要关注体系中溴酸盐形成情况。该课题资助成果已在国际SCI刊物发表论文8篇，申请国家发明专利3项。