生物滤池中DON和DOC的转化规律及其对饮用水遗传毒性的影响

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探索饮用水消毒副产物前体物的种类和来源一直是饮用水安全的重要课题。除溶解性有机碳(DOC)被普遍认为是消毒副产物(DBPs)的前体物外,近年来溶解性有机氮(DON)由于其在消毒过程中会产生毒害性更大的含氮消毒副产物(N-DBPs)而引起人们的广泛关注和重视。本文研究了生产规模水厂两级臭氧-生物活性炭(O3-BAC)工艺和模拟生物滤池中氮源、碳源条件对DON形成的影响;并监测了DOC和DON在生产规模水厂中全年的浓度变化及不同类型有机物的成分,检测了不同类型有机物的典型含碳消毒副产物生产潜势(C-DBPFP)和含氮消毒副产物生产潜势(N-DBPFP),初步分析了遗传毒性生成潜势(GTFP)与DBPs前体物之间的关联。本研究有望从DBPs前体物的角度为去除DBPs,提高饮用水安全性提供较为系统的基础数据支持。研究结果如下:  (1)生产规模两级BAC工艺均导致出水DON浓度上升。当NO3--N是DON形成的唯一无机氮源时,其沿着滤池深度的浓度变化规律与DON呈互补趋势。微生物向水中释放的溶解性微生物产物(SMPs)和细胞衰亡所带来的含氮有机物是导致DON水平升高的主要原因。  (2)小试生物滤池中不同碳源、氮源对DON形成的影响研究发现:异养菌生成DON的能力大于硝化细菌;在本文的研究条件下,GTFP受DOC的影响要远大于DON的影响,且有机物的亲水性越强GTFP越大,反之越小。  (3)通过表征生产规模水厂中不同类型有机物的成分发现:碱性有机物组分(HOB和HIB)包含的主要成分相同,主要是芳香蛋白Ⅰ类、芳香蛋白Ⅲ类及类SMP三类物质;酸性有机物组分(HOA和HIA)的主要成分相同,为类腐植酸和类SMP物质。疏水性中性组分(HON)的主要成分是类SMP和类腐植酸。各有机组分的组成比例比较稳定,受季节和气候变化影响小。  (4)对不同类型有机物的成分沿工艺流程的变化研究发现:混凝沉淀能去除:HIB中的类腐殖酸,HIA中的类腐植酸、类SMP、类富里酸,HON中的芳香蛋白Ⅱ类、类富里酸、类SMP和类腐植酸;砂滤能去除:HIB中的类富里酸,HIA中的类腐植酸>类SMP>芳香蛋白Ⅱ类;砂滤会生成:HIB中的类SMP,HOB的芳香蛋白Ⅰ类和类SMP,HON中的类SMP、类腐植酸和类富里酸。另外HIA中的类富里酸、类SMP和类腐植酸,HOB中的所有成分,HOA中的类富里酸、类SMP和类腐植酸,HON中的类SMP、类腐植酸和类富里酸物质也是消毒副产物的重要前体物。  (5)对生产规模水厂的遗传毒性(GT)和GTFP全年监测发现:绝大多数月份水源水和各工艺出水都具有一定水平的遗传毒性,遗传毒性大小与水质情况密切相关。经消毒处理后,水源水的GTFP普遍是GT的2-3倍;混凝沉淀可使GTFP降低20%~35%;砂滤由于其能导致出水DON浓度升高而普通不能降低GTFP。GTFP在该水厂中同时受DON和DOC两种DBPs前体物的影响。  (6)检测不同类型有机物的C-DBPFP和N-DBPFP发现:水源水中HIB的C-DBPFP最高,而混凝沉淀和砂滤出水中HON的C-DBPFP最高。各种工艺出水中有机物的N-DBPFP远远低于C-DBPFP。HON为主要的N-DBPs前体物,随季节变化较大。  (7)检测不同类型有机物的GTFP发现:不同类型有机物本身所具有的都较小,但消毒之后不同类型有机物的GTFP明显上升,夏季高于冬季。砂滤工艺的不同有机物的GTFP较高,是因为砂滤导致DON水平上升和去除了具有较小GTFP的有机物的比例的原因。消毒工艺不同类型有机物的遗传毒性检出次数最多;二次消毒发现有机物的遗传毒性比一次的高,说明在水厂中消毒工艺并未使所有具有消毒副产物反应活性的有机物发生反应,水中仍然保留了一部分未反应的前体物。
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