文档介绍：摘要
摘要
有机氮类化合物在饮用水氯/氯胺消毒过程中会形成没有消毒能力或消
毒能力很弱的有机氯胺,从而降低饮用水的生物安全性。标准的氯/氯胺检
验方法不能有效地区分氯胺和有机氯胺,因而会片面地夸大氯胺浓度。有机
氮类化合物在氯化过程中还会生成消毒副产物从而降低饮用水的化学安全
性。但是关于有机氮类化合物在氯/氯胺消毒过程中的行为目前还未见系统
报道。
首先调查了有机氮类化合物在水中的含量,并调研了其在水处理系统中
的去除情况。结果显示:黄河、滦河、松花江三条河流中有机氮类化合物含
量在 ·L-1~·L-1。污水处理系统对有机氮类化合物的去除率最高仅
为 60%,因而造成了地表水体的有机氮类化合物污染。给水处理系统对有
机氮类化合物的去除效果较差,为 15%~30%,且主要发生在过滤工艺。并
采用衍生/高效液相色谱法研究了水中有机氮类化合物的组成,结果表明:
氨基酸和脂肪胺为有机氮类化合物的重要组成部分。在游离氨基酸中,以甘
氨酸、酪氨酸、蛋氨酸等为主;在脂肪胺中则以甲胺和二乙胺等为主。
基于 Berthelot 反应首次建立了一种水杨酸分光光度法。结果表明,方
法能够有效地区分氯胺与无机氯胺。方法检出限为 ·L-1,对不同浓度
标样的测定表明,相对标准偏差<10%,自来水本底中的加标回收率为
~%。方法在模拟水样和实际水样中的应用均取得了良好效果。
采用新建立的水杨酸分光光度法,首次系统地研究了有机氮类化合物对
折点氯化反应的影响,明确其在折点氯反应中的作用机制。结果显示,有机
氮类化合物会使得折点氯化反应曲线向右移动。在折点氯化曲线中,自由氯
出现时的 Cl2:N、峰点及折点时的 Cl2:N 均与有机氮类化合物含量具有良好
的线性关系。峰点时的 NH2Cl 量与有机氮类化合物含量无关,只与氨氮含
量有关。虽然折点氯化曲线与水中有机氮类化合物含量有很大关系,但不能
简单地以 TN(NH3--N)含量来估计加氯量。在以上研究成果的基础
上提出了水中同时含有氨氮和有机氮类化合物时的加氯消毒策略。
对有机氮类化合物在余氯衰减过程中作用的系统研究表明,有机氮类化
合物能显著加速氯的衰减过程,使得氯衰减速率常数增大 130 倍以上。有机
氮类化合物对预先形成氯胺衰减的影响要大于其对先氨后氯工艺中 NH2Cl
衰减的影响,推测可能是由于反应机理不同造成的。对有机氯胺自身衰减的
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哈尔滨工业大学工学博士学位论文
研究发现,有机氯胺中的 Cl+也具有一定的活性,因此也可以与 NOM 反应
造成有机氯胺的衰减,但其衰减要远远小于 NH2Cl。
开展了 6 种典型有机氮类化合物对氯/氯胺消毒效果抑制作用的研究,
并测定了典型有机氯胺的消毒性能。结果显示,有机氮类化合物对氯\氯胺
(先氨后氯工艺)消毒效果具有明显的抑制。其中以半胱氨酸的影响为最
大,可使投氯量为 ·L-1 时的氯和氯胺基本丧失消毒效果。而多数有机
氮类化合物对预先形成氯胺的消毒效果抑制作用较小。对 6 种有机氮类化合
物形成的有机氯胺消毒效果测试表明有机氯胺的消毒效果远低于氯胺。
对有机氮类化合物强化消毒副产物生成的研究表明:有机氮类化合物能
显著强化消毒副产物的生成。其机理主要有两点:第一,有机氮类化合物自
身在氯化过程中会生成一定量的消毒副产物;第二,有机氮类化合物的存在
会使得耗氯量升高,从而导致加氯量升高,强化了天然有机物(NOM)在
氯化过程中消毒副产物的生成。对 20 种氨基酸、5 种脂肪胺和 2 种芳香胺
等有机氮类化合物消毒副产物生成潜能的测试证明:有机氮类化合物的氯化
过程中,以 THMs 和 HAAs 的生成量较高,而 HANs 的生成量较低。结构
中含有活性较高苯环的酪氨酸、色氨酸和组氨酸等均表现出了较高的
THMs、HAAs 和 HANs 生成潜能。
关键词消毒;氯;氯胺;有机氮类化合物;消毒副产物(DBPs)
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Abstract
Abstract
Organic pounds (org-N) can react with chlorine or chloramine to
anic chloramines with none or little disinfection ability, which will
reduce the safety of potable water. Standard method for chlorine and/or
chloramines can not anic chloramines