净水技术|雨水冲刷大气颗粒物对饮用水消毒副产物生成的影响

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同济大学环境科学与工程学院楚文海教授团队关于雨水冲刷大气颗粒物对饮用水消毒副产物生成的影响研究亮点部分：一方面，丰富天然有机质的研究领域，尤其是有机质对水体消毒副产物影响的研究领域；另一方面，希望该团队的研究成果能给关注者启发，从中获得灵感，促进天然有机质研究工作的开展。(稿件作者：侯梦甜，王菲菲，何继杰，楚文海*)

导读：生活饮用水原水中含有大量的天然有机物和人工合成有机物，而当使用氯消毒时，氯会与原水中的有机物反应生成三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）等有毒有害的威胁人类健康的消毒副产物（DBPs），有机物是DBPs的前驱物。许多国家和地区将雨水作为饮用水水源，雨水冲刷作用能够去除大气中的颗粒物（PM），去除的PM溶于水转化为雨水中的溶解性有机物（DOM），无疑增加了水源中的有机物，这部分有机物有机会进入饮用水处理厂与消毒剂发生反应进而影响DBPs的生成和水体毒性。然而，大气中有机物对雨水作为饮用水水源时的出水水质的影响尚不明确。

本研究旨在调查雨水氯消毒时大气PM对CX₃R (R=H、Cl、Br或I)型DBPs生成及其毒性的影响机制。研究以采集的雨水和过滤截留的大气PM为研究对象，利用超滤法、三维荧光光谱法，根据分子量将DOM分离细化，通过对比雨水的和各种粒径PM水溶液的CX₃R型DBPs生成特性，开展了以下三方面的研究：1）降雨对大气PM及DOM的去除效果，以及大气PM_2.5、PM₁₀和总颗粒物的DOM的光谱特征和分子量分布；2）雨水和各种粒径PM水溶液的CX₃R型DBPs（THMs, HAAs, HALs, HANs, HNMs, HAMs）生成潜能；3）大气PM对雨水中CX₃R型DBPs生成的贡献。

图1 大气颗粒物对雨水氯化过程中CX₃R型DBPs形成的影响（来源：ScienceDirect）

研究结果表明降雨能够去除大气中各种粒径的PM，尤其对PM_2.5的去除效果最好。PM能贡献雨水中的DOM，其中PM_2.5贡献率最高。荧光激发-发射矩阵光谱的结果表明溶解性微生物产物类似物和芳香性蛋白质是来源于大气PM的DOM的2种主要组成成分，这两种组分作为N-DBPs的重要前体物增加了消毒雨水的毒性。分子量分离结果表明来源于大气PM的DOM以<10 KDa的小分子为主，占总DOM的比例超过60%，DBPs生成潜能实验的结果表明小分子量DOM对CX₃R型DBPs生成的贡献较大。

图2 荧光激发-发射矩阵光谱表征（a）PM_2.5；（b）PM₁₀；（c）总颗粒物；（d）雨水（来源：ScienceDirect）

关于各种粒径PM水溶液的CX₃R型DBPs生成潜能，研究结果表明雨水和颗粒物水溶液在加氯消毒后主要生成了六大类氯代DBPs，即三氯甲烷 (TCM)、三氯乙酸 (TCAA)、三氯乙醛 (CH)、二氯乙腈 (DCAN)、三氯硝基甲烷 (TCNM) 和二氯乙酰胺 (DCAM)。在所有检测的DBPs中，主要生成的DBPs是TCM (0.5-4.5 µg-C/mg-C)，其次是TCAA (0.6-3.2 µg-C/mg-C)和CH (0.2-1.9 µg-C/mg-C)。另外，颗粒物和雨水中的DOM对三种含氮DBPs（DCAN、TCNM和DCAM）也有一定贡献。

图3 加氯消毒时颗粒物水溶液的CX₃R型DBP FP (μg-C/mg-C)：(a) TCM；(b) TCAA；(c) CH; (d) DCAN; (e) TCNM; (f) DCAM; 雨水水样的CX₃R型DBP FP (μg-C/mg-C)：(g) 和 (h)（来源：ScienceDirect）

本研究通过估算被雨水去除的颗粒物的量，结合雨水和颗粒物水溶液的DBPs生成情况，评估了颗粒物对DBPs生成量的贡献。结果表明，颗粒物对雨水中TCM和水合氯醛CH的贡献率较低，对其它DBPs的贡献率较高，最高可达20%。

图4 大气PM对雨水中DBPs生成的贡献（来源：ScienceDirect）

综上所述，大气中PM_2.5对DOM含量的贡献最大，来源于大气PM的DOM，尤其是小分子量的DOM，对雨水DBPs的生成有重要的贡献，空气污染增大了雨水作为饮用水源的不安全性。本研究调查大气颗粒物对雨水消毒副产物生成的影响及影响机制，为保障以雨水作为饮用水水源的出水安全提供理论依据。本研究得到国家自然科学基金、国家“十三五”水专项等项目资助。

原文阅读

Hou,M., Chu, W., Wang, F., Deng, Y., Gao, N., Zhang, D.. The contribution ofatmospheric particulate matter to the formation of CX₃R-typedisinfection by-products in rainwater during chlorination[J]. Water Research ， 2018145,531-540.

联系作者

楚文海，教授，同济大学，Email：[e-mail]

信息来源： 天然有机质研究情报

公众号ID：sh_jsjs

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