折点加氯体系中碘代酚类副产物的生成规律及控制方法研究

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碘元素在自然界中广泛分布。酚类基团是天然有机物(如腐殖酸)的基本组成部分。在饮用水和污水的氯化/氯胺化消毒处理过程中,消毒剂能将碘离子氧化为高活性不稳定的次碘酸,并与酚类物质发生取代反应生成碘代酚类消毒副产物。相较于常规碘代消毒副产物(如碘仿和碘乙酸),碘代酚类副产物的毒性更强、危害更大。研究水体消毒过程中碘代酚类副产物的生成规律及控制方法具有重要的实际意义。本文首先研究了在折点加氯体系中碘代酚类副产物的生成规律。结果表明,在折点加氯处理过程中,碘代酚类消毒副产物的生成量在阶段一(HOCl/NH3-N摩尔比小于1:1,体系中的活性氯主要为一氯胺)随HOCl/NH3-N摩尔比的增加而增加;在阶段二(HOCl/NH3-N的摩尔比大于1:1,小于2:1,体系中的总氯主要由一氯胺,二氯胺和三氯胺)由于总氯逐渐减少,生成的碘代酚类副产物也随之减少;在阶段三(HOCl/NH3-N的摩尔比大于2:1,此时体系中的活性氯主要为自由氯),碘代酚类副产物的浓度先随HOCl/NH3-N摩尔比的增加而增加,然后随着自由氯浓度的增加而减少。折点处总氯浓度最低,碘代酚类副产物的形成量也最低。在高HOCl/NH3-N摩尔比下,由于高浓度自由氯的存在,体系里的碘离子被氧化成IO3-,可以避免HOI在水中的积累,使水中碘代酚类副产物的形成量降低。除此之外,高浓度的自由氯还能将部分碘代酚类产物转化为其他氯代和碘代芳香族产物。在低HOCl/NH3-N摩尔比(主要是一氯胺消毒)体系中,水体中的碘代酚类副产物浓度逐渐升高,然后保持稳定。高铁酸钾的预氧化可在折点加氯处理过程中大大减少碘代酚类副产物的形成。一方面,高铁酸钾可氧化降解碘代酚类副产物的前体物质(酚类化合物);另一方面,高铁酸钾可以将碘离子快速氧化为无毒无害的碘酸盐,避免次碘酸在水中积累而生成碘代酚类消毒副产物。经过高铁酸盐预氧化处理,反应体系中的苯酚和双酚S分别被降解了100%和83%;且高铁酸钾预氧化处理后,苯酚和双酚S体系中均有超过70%的碘离子被氧化为碘酸盐,对硝基酚体系中90%以上的碘离子被氧化为碘酸盐。高铁酸钾的预氧化处理是在后续消毒过程中控制碘代酚类副产物形成的有效措施。
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