饮用水氯化消毒处理及三卤甲烷生成势THMFP的测定:实验原理

水是人类宝贵的资源,但随着工业的发展,世界范围内的饮用水源污染越来越严重,人类的饮水问题面临着重大的危机。水源受病原微生物的污染导致霍乱、伤寒、甲肝等的爆发流行。20世纪初,人类开始使用消毒剂来减少疾病的传播,提高公众健康,然而消毒剂在杀灭水中细菌及微生物的同时也与源水中的天然有机物和无机物反应生成消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)。

常见的消毒副产物包括三卤甲烷(THMs)、卤代硝基甲烷(HNMs)、卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)、卤代酮类(HKs)、三氯乙醛(CH)、三氯硝基甲烷/氯化苦(CP)、氯化腈(CNCl)等等,其中THMs是饮用水氯化消毒过程中生成的主要副产物。常见的THMs主要包括四种:CHCl ,CHBrCl ,CHBr Cl,CHBr 。它们目前已被证明具有致癌和致突变性,通过饮水及皮肤吸收等途径进入人体内,严重威胁着人类的健康。我国大部分饮用水水源受到不同程度的污染,水源中的有机物作为消毒副产物的主要前驱物,其种类和浓度呈不断上升的趋势,因此了解饮用水中THMs的形成机理及影响因素,优化饮用水处理工艺,减少THMs类消毒副产物在饮用水中的含量,对于保障公众的饮水安全有着重要的意义。

实验原理

饮用水中的THMs主要是由消毒剂与源水中的天然有机物反应生成的一类化合物,三卤甲烷生成势(Trihalomethanes Formation Potential,THMFP)是指在保证加氯量足够的条件下与氯反应足够长的时间后,水样所能产生的四种三卤甲烷的最大量。THMs在水中的生成浓度受加氯量、反应温度、pH、反应时间等的影响。根据实际饮用水消毒处理工艺,将反应温度设定为25℃,pH设定为7.0±0.2,反应终点时游离余氯保持在3~5 mg/L,满足完全反应的要求。

饮用水中THMs往往浓度较低,一般在μg/L或ng/L数量级,现有仪器的灵敏度一般很难达到直接检测的要求,因而在对水中微量有机物的检测与分析中,水样的前处理仍是工作的重点。水样前处理方法的采用与被分析物的种类、挥发性、极性、稳定性、水溶性以及在有机溶剂中的溶解能力等有关。常规的方法有气相萃取(Gas extraction,GE),包括顶空法(Headspace,HS)和吹扫捕集法(Purge and Trap,P&T)、液液萃取(Liquid liquid extraction,LLE)、固相萃取(Solid phase extraction,SPE)、固相微萃取(Solid phase microextraction,SPME)、膜萃取(Membrane extraction,ME)等。

LLE是传统的有机物富集方法,也是目前EPA推荐的标准方法之一,它是基于溶质在两种互不相溶的溶剂中,分配系数不同的原理,从而实现分离和浓缩的。LLE操作简便、快速,但工作量较大,且萃取剂用量大。气相色谱(GC)和GC-MS是最早用于THMs的检测方法,主要适合于分子量小、挥发性大、热稳定性好的DBPs的测定,具有选择性高、灵敏度高、分析周期短等优点,是饮用水中DBPs分析检测最常用的手段之一。本实验采用LLE方法将氯化后产生的THMs富集浓缩,进而采用GC-ECD进行检测分析。

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