消毒副产物是在饮用水处理过程中预氧化和消毒时，水源水中的各类有机物(包括人工合成的和自然界存在的)以及一些无机物(溴化物、碘化物等)与消毒剂发生反应生成的，对人体健康有害的一类化合物。基于对健康的高度重视、对生活饮用水安全的严格要求，人们对水处理过程中的消毒副产物(DBPs)，尤其N-DBPs生成的控制尤为迫切。

目前，大部分研究是针对O3-DBAC或O3-UBAC工艺的其中一种工艺对N-DBPs前体物去除的优化，也有研究者进行DBACF和UBACF对天然有机物(NOM)的去除与微生物特性的比较。本研究以DCAN为例，分析O3-UBAC工艺与O3-DBAC工艺对N-DBPs的净化效能与机理的差异。

Part1材料与方法

1.1试验材料

本研究以G水厂的深度处理改造为依托，G水厂以固城湖水作为水源地，水厂目前仅有常规处理工艺，包括：混凝、沉淀、过滤、消毒工艺。在水厂搭建中试装置(图1)，进行深度处理。在这个试验装置中：①号臭氧接触柱的进水为水厂沉淀池出水，其出水通过离心泵提升作用流入上向流生物活性炭滤柱，即O3-UBAC工艺；②号臭氧接触柱的进水为水厂砂滤池出水，其出水通过离心泵提升作用流入下向流生物活性炭滤柱，即O3-DBAC工艺。

图1中试装置示意图

1.2分析方法

1.2.1常规指标的分析方法

氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮采用GB/T.7—中的方法进行测定，DOC采用岛津TOC-VCPH仪进行分析。目前，还没有直接检测溶解性有机氮(DON)的技术，本研究采用间接的检测方法检测DON指标，即参照《生活饮用水标准检验方法》(GB/T—)，通过TOC仪(燃烧法)测得水样中的溶解性总氮(TDN)浓度，其计算如式(1)。

1.2.2有机物分子量分布分析方法

采用切割分子量法测定，利用超滤杯系统进行分子量分离，使用氮气供压，压力为0.1MPa，将水样依次通过切割分子量分别为10、5、3kDa的膜。

1.2.3有机物亲疏水性分析方法

采用亲疏水树脂分离法测定有机物的亲疏水性。

1.2.4三维荧光光谱分析方法

采用荧光分光光度计进行分析，激发波长设定为～nm，发射波长为～nm，增量为10nm。

1.2.5二氯乙腈生成势分析方法

测定DCAN生成势时，采用充分氯化的方法。将水样放入棕色玻璃瓶中进行氯化。氯化时，使用次氯酸钠溶液作为游离氯储备溶液，有效氯投加量如式(2)。

Part2结果与讨论

2.1二氯乙腈生成势分析

以固城湖为水源的G水厂搭建的中试装置有两种不同臭氧生物活性炭工艺，这两种工艺的炭池使用的颗粒活性炭为同一厂家的同一种活性炭，但O3-DBAC工艺的臭氧柱进水为砂滤出水，而O3-UBAC工艺的臭氧柱进水为沉后水。为了分析不同臭氧生物活性炭工艺对二氯乙腈生成势(DCANFP)的去除效能，两种工艺同时在中试装置中试验运行、挂膜，每次取样前以细胞中三磷酸腺苷(ATP)的含量为特征测量两种工艺的生物量，结果如表1所示。

表1两种BAC炭床上生物量

通过高通量测序分析得到活性炭上的生物种群分布情况，如图2所示。可知，上向流生物活性炭上生物种群较下向流更丰富，具有更高的生物活性。在3月-8月分别检测两种O3-BAC工艺(O3-UBAC和O3-DBAC)出水中DCANFP，并进行t检验分析，研究其去除率差异，结果如表2和图3所示。造成两种工艺对DCANFP去除率的差异可能是两种工艺在过滤方式上的不同，其优缺点会导致这两种工艺对DCAN前体物的去除效能存在差异，从而造成对DCANFP去除效能的差异。

图2两种BAC工艺炭床上微生物种群分布

表2两种O3-BAC工艺对DCANFP去除率的t检验分析

图3两种O3-BAC工艺对DCANFP的去除率

2.2二氯乙腈前体物特征分析

2.2.1DON

DCAN相较于其他污染物而言，毒性大、含量水平低，一旦生成难以去除，且后氯化产生的DCAN将不再经过其他工艺处理而直接进入管网，因此DCAN的去除方式主要是对其前体物的去除。由表3可知，t检验的P0.01，因此两种工艺对DON的去除率存在显著差异。由图3和图4可知，两种O3-BAC工艺对DON的去除率和其对DCANFP的去除率大致相同，这一结论和前人研究得出的DON是N-DBPs总前体物的结论相一致。

表3两种O3-BAC工艺对DON去除率的t检验分析

图4两种O3-BAC工艺对DON的去除率

2.2.2分子量分布分析

为了探究不同臭氧生物活性炭工艺对DCAN前体物中不同分子量区间有机物的去除情况，选取沉淀池、砂滤池、两个臭氧接触池和两种臭氧生物活性炭池出水进行检测，将水样依次通过切割分子量分别为10、5、3kDa的膜，测量DOC的变化规律，其结果如图5所示。

图5两种O3-BAC工艺进出水有机物分子量分布

2.2.3亲疏水性分析

为了探究不同臭氧生物活性炭工艺对DCAN前体物中亲疏水性有机物的去除情况，选取沉淀池、砂滤池、两个臭氧接触池和两种臭氧生物活性炭池出水进行检测，将水样依次通过XAD-8和XAD-4树脂，通过洗脱树脂可以将水中有机物分成强疏水性有机物[CXAD-8吸附，hydrophobicfractions(HPO)]、弱疏水性有机物[XAD-4吸附，transphilicfractions(TPI)]和亲水性有机物[未被吸附，hydrophilicfractions(HPI)]，研究结果如图6所示。

图6两种O3-BAC工艺进出水有机物亲疏水性分布

2.2.4三维荧光光谱分析

为了分析不同臭氧生物活性炭工艺对DCAN前体物的作用机理，对两种工艺(O3-UBAC和O3-DBAC)出水进行了三维荧光光谱(EEM)分析，探究其有机物变化规律，结果如图7所示。

为了进一步量化两种O3-BAC工艺出水中各类有机物的情况，对三维荧光光谱图进行区域积分，结果如表4所示。

图7两种O3-BAC工艺出水三维荧光光谱图

表4两种O3-BAC工艺进出水三维荧光区域积分

Part3结论

(1)在臭氧投加量、接触时间和炭池运行参数相同的条件下，O3-UBAC工艺对DCANFP的平均去除率为58.31%，而O3-DBAC工艺对DCANFP的去除效能明显低于O3-UBAC工艺，O3-DBAC工艺对DCANFP的平均去除率仅为48.72%。因此，O3-UBAC工艺能更好地降低出厂水中DCAN的含量，保证出水水质的安全性。两种工艺中活性炭上的生物量和生物种群均相当，因此造成该差异的可能是两种工艺自身不同过滤方式的优缺点。

(2)在臭氧投加量、接触时间和炭池运行参数相同的条件下，相较于O3-DBAC工艺，O3-UBAC工艺能更好地去除水中的DON、分子量3kDa的有机物、亲水性有机物和芳香族蛋白质、类溶解性微生物产物这两类有机化合物，而它们也是DCAN的主要前体物，这主要是因为O3-UBAC具有良好的传质条件，保持较高的生物活性，使得其较O3-DBAC工艺具有更好的吸附和生物降解作用，有效控制了出水中有机物含量及后续N-DBPs的产生。

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戈梦青1，周冰洁2，林涛1*

(1.河海大学环境学院，江苏南京；2.南京市给排水工程设计院有限公司，江苏南京)