桉树人工林水源地特征污染物及其消毒副产物研究

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随着我国木材、纸浆等原材料的需求量愈来愈大,速生林人工产业在我国得以迅速发展,在满足社会发展的同时也伴生了一些生态问题。其中速生林中以桉树人工林(The Eucalyptus Plantation Forest)引发的社会争议最大。许多研究表明其对土壤肥力、土壤结构、水源储量、生物多样性存在较大影响,且在生长过程中桉树对肥料的需求量较大,追肥期间桉树人工林对水源水质存在非常大的影响。我国不少桉树人工林多植于水库、河流附近,因此探索水源地附近的桉树人工林潜在风险问题显得尤为重要。  本研究以水源水质安全为切入点,桉树分泌物中以多酚、黄酮、烯萜类物质占较大比例,其包含于自然有机物(Natural Organic Matters,NOM)中,若分泌进入水体势必成为消毒副产物(Disinfection by-Products,DBPs)前体物。桉树分泌物极有可能成为饮用水源中的潜在风险物质,而威胁到饮用水的安全。本实验研究筛选出没食子酸、原儿茶酸、绿原酸、2,5-二羟基苯甲酸、阿魏酸、槲皮素,它们分子量低、结构稳定、抗氧化活性高、消毒副产物生成势高的六种有机酚酸作为检测水源地桉树人工林特征污染物的参照物质,同时建立同时检测这六有机酚酸的高效液相色谱法,并进行实地水样的检测,进一步采用液相色谱/质谱法确定特征污染物,进行准确的定性定量分析;同时,着重研究了投氯消毒工艺环节中没食子酸与次氯酸钠的反应进程,通过特征污染物给水处理厂模拟工艺实验,检测了特征污染物在自来水厂给水处理过程的削减情况,以探究没食子酸在自来水厂水处理工程的各工艺环节(包括:1.强化混凝沉淀:pH=5.2,硫酸铁(Fe2(SO4)3)浓度控制在50mg/L,六联搅拌机转速300r/min,搅拌10min;2.投氯消毒:ClO-/没食子酸(m)=1.5-2,无光环境,时长分别为30min、60min,90min,120min,实验用2.5mL,1000mg/L的抗坏血酸溶液淬灭反应)的削减情况;并分别研究了消毒进程中0min,10 min,30 min,60 min,120min,5个时间节点时的产物,实验过程全程保持在无光环境进行,实验结束后采用0.5mL,1000mg/L的抗坏血酸溶液淬灭反应,以此对没食子酸与次氯酸的反应机理进行了初步判断。主要研究结论如下:  (1)没食子酸(Gallic acid)为水源地桉树人工林的特征污染物之一。没食子酸(Gallic acid)—3,4,5-三羟基苯甲酸,属于芳香族衍生物,具有苯酚、苯甲酸特性,苯环结构相对稳定,有较强的抗氧化活性及较强清除自由的能力。多个采样点没食子酸含量为3.48-27.7μg/L,桉树叶、桉树枝没食子酸含量为1.7-4.0μg/g。  (2)强化混凝工艺、投氯消毒工艺停留30min、60min、90min、120min对没食子酸的削减量分别为0.41%、91.4%、97.5%、98.1%、98.7%,投氯消毒工艺对没食子酸的削减效果明显。  (3)没食子酸可与次氯酸钠发生氯取代反应、开环反应及电荷转移反应。与次氯酸钠优先发生电荷转移反应,然后再进行氯取代及开环反应。生成的氯代烷、氯代醇、氯代芳香化合物及苯醌类消毒副产物。
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