来源:Frontiers of Environmental Science & Engineering 发布时间:2023/2/16 9:42:59
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FESE | 前沿研究:溶解态黑碳对氯化消毒副产物生成的影响

论文标题:Characteristics of typical dissolved black carbons and their influence on the formation of disinfection by-products in chlor(am)ination(溶解态黑碳对氯化消毒副产物生成的影响)

期刊:Frontiers of Environmental Science & Engineering

作者:Jinhui Liang, Peng Gao, Benhang Li, Longfei Kang, Li Feng, Qi Han, Yongze Liu, Liqiu Zhang

发表时间:9 Jun 2022

DOI:10.1007/s11783-022-1585-9

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提 要

从生物炭中释放的溶解性黑碳是消毒副产物的潜在前体物之一,但溶解性黑碳的理化特性和对消毒副产物的生成的影响机制仍不清楚。本文研究比较了两种溶解性黑碳和天然有机物在氯和氯胺消毒过程中消毒副产物浓度和生成势的变化,发现溶解性黑碳和天然有机物生成消毒副产物的能力相似,但与天然有机物相比,溶解性黑碳作用下消毒副产物的生成势较弱。本研究为探究氯化消毒副产物生成的机理和影响因素提供了理论支撑,对揭示溶解性黑碳在饮用水消毒过程中的潜在危害有重要意义。

图1 摘要图

研 究 概 览

本研究采用了两种黑碳(DBC),分别为以秸秆为原料的植物源黑碳(PL-DBC)和以畜禽粪便为原料的动物源黑碳(WS-DBC),对氯和氯胺消毒过程中黑碳和天然有机物(NOM)存在时,8种消毒副产物(DBP)浓度和生成势(DBPFP)进行了系统性比较研究。

研究表明,在两种消毒过程中,由PL-DBC、WS-DBC和NOM产生的总DBP浓度相近(图2),在氯消毒中分别为61.23 μg/L、64.59 μg/L和64.66 μg/L;在氯胺消毒中分别为44.63 μg/L、44.42 μg/L和45.58 μg/L。其中,氯胺消毒的DBP浓度和DBPFP较低,这可能是由于氨抑制了消毒剂与DBP前体活性基团之间的断键过程。此外,在两种消毒过程中,DBC的DBPFP弱于NOM,表明DBC在氯化过程中形成DBPs的潜力较小。

图2 黑碳和天然有机物存在时氯和氯胺消毒过程中消毒副产物的(a)总浓度和(b)总生成势

本研究表明,DBC和NOM都可以作为消毒副产物的前体物,且它们产生消毒副产物的能力相似。其中,DBC具有较低的分子量和芳香度、较弱的氯取代活性和亲疏水性,这些性质抑制了其生成部分消毒副产物。但由于DBC较NOM有更高的有机质和蛋白质含量,并含有更多的富含氮的溶解性微生物产物,故DBC倾向于形成更多的一氯乙酸和卤代乙酰胺(图3)。此外,对比氯和氯胺消毒,后者引入的氨可能抑制了消毒剂与DBP前体活性基团之间的断键过程,进而表现出更低的DBP浓度和DBPFP。此外,天然水环境中还存在多种溴源,因此未来还需进一步探索DBC对溴代消毒副产物生成的影响。

图3 黑碳和天然有机物存在时氯和氯胺消毒过程中消毒副产物的(a)浓度和(b)生成势

编 者 按

在饮用水消毒领域中,有机质诱导消毒副产物产生的机理一直是研究热点和难点。本研究采用多种表征手段,系统研究对比了溶解态黑碳和天然有机物的物化性质和结构特性,并对多种氯化消毒副产物进行了鉴别和量化,为阐明这两种有机质对氯化消毒副产物生成的影响提供了强有力的支撑。

文稿 | 彭 容,清华大学深圳国际研究生院

编者 | 黄宇雄,清华大学深圳国际研究生院,FESE青年编委

审校 | 张 姣

本文内容来自FESE期刊2022年第16卷第12期发表的Research article文章 “Characteristics of typical dissolved black carbons and their influence on the formation of disinfection by-products in chlor(am)ination”。通讯作者为北京林业大学张立秋教授。

引用格式:Jinhui Liang , Peng Gao , Benhang Li , Longfei Kang , Li Feng , Qi Han , Yongze Liu , Liqiu Zhang. Characteristics of typical dissolved black carbons and their influence on the formation of disinfection by-products in chlor(am)ination. Front. Environ. Sci. Eng., 2022, 16(12): 150

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声明:本文为FESE期刊编辑部与青年编委会、作者等共同制作,内容仅供参考。欢迎转发和阅读原文,并就文章提出广泛讨论。如转载,请保持内容完整、标注信息来源。

期刊简介

Frontiers of Environmental Science & Engineering 是由高等教育出版社、中国工程院和清华大学共同主办的环境领域综合学术期刊,聚焦环境领域前沿问题与研究成果,重点关注开创性、跨学科的研究,致力于打造具有国际影响力的高水平学术交流平台,是中国工程院院刊系列期刊、中国科技期刊卓越行动计划重点期刊

共同主编:曲久辉院士,John Crittenden院士

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