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铸铁管管垢表界面自由基介导的DBPs生成转化机制

批准号:
52100015
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
董飞龙
依托单位:
学科分类:
饮用水工程
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
董飞龙

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
供水管网因覆盖面广、系统复杂等特点成为保障龙头水安全的薄弱环节,明晰消毒副产物在输配过程中的生成转化规律是饮用水安全保障面临的难题。本项目重点关注铸铁管管垢表界面自由基介导的消毒副产物生成转化机制。基于管垢表面形貌、孔隙结构、比表面积、元素组成等物理化学表征,研究管垢理化特性与天然有机物吸附行为之间的构效关系;结合仪器分析和自由基猝灭实验,探究管垢表界面活性自由基生成规律,揭示自由基介导下消毒副产物生成转化机制;通过模型化合物在管垢表面的反应过程和同位素示踪,系统解析未关注的自由基过程与已知的氢解和α-消除之间的作用关系;参照实际供水过程的复杂环境,考察pH、温度、流速、共存离子等对消毒副产物形成转化的影响;最后评估管垢作用下形成的消毒副产物对水质毒性的潜在风险。为保障饮用水输配过程的水质安全提供理论基础。
英文摘要
Water distribution system (WDS) is a basic yet very crucial unit in ensuring the safety of tap water due to its wide use and complex pipeline network. The disinfection byproducts (DBPs) formed in WDS is a major issue for drinking water safety. This project will focus on the role of free radicals generated from iron corrosion scales in the formation and conversion of DBPs, which leads to the secondary pollution in drinking water. Based on the characterizations of surface morphology, pore structure, specific surface area and element composition, etc, the structure-activity relationship between the physicochemical properties of iron corrosion scales and the adsorption behavior of natural organic matter will be established. Combined with the results of instrumental analysis and quenching experiments, the generation mechanism of active radicals and its influence on the DBP formation in the microenvironment of iron corrosion scales. In addition, with the help of the reaction pathways of model compounds and the tracing of isotope-labelled compounds, the correlation between the unconcerned free radical oxidation and the known hydrogenolysis and α-elimination in the DBP formation at iron corrosion scales will be systematic clarified. Moreover, according to the complex environment of the actual WDS, the effect of pH, temperature, flow rate and coexisting ions on DBP formation will be clarified. Finally, the potential risk of DBP formation under the reaction of iron corrosion scales on the water quality needs to be assessed. Overall, this project aims to provide a theoretical support for ensuring the water quality safety problems in the water distribution system.
供水管网内管壁管垢-水界面处发生的相互作用构成一个庞大复杂的“反应器”,饮用水输配过程中消毒副产物(DBPs)在供水管网内管垢表界面形成转化机制不清这一科学问题仍未明晰。本项目以“管垢理化特性研究→表界面反应→DBPs 形成转化机制→水质毒性评估”为研究思路,系统研究了管垢表面理化特性影响DBPs前驱物吸附行为的规律,深入分析了管垢理化特性对表界面自由基生成的影响并揭示其生成的内在机制,明确阐明了管垢表界面自由基介导的DBPs生成转化机制,构建了基于传质-反应的动力学模型,综合评估了管垢表界面DBPs生成转化引发的水质毒性变化。研究结果表明,管垢对2,4,6-三卤酚(芳香族消毒副产物)的吸附符合L-H模型,且管网内共存的余氯增强了管垢表界面芳香族消毒副产物的去除效率。通过对铁管垢表界面自由基识别和定量分析,揭示了针铁矿(管垢铁氧化物的主要成分)上氧空位相关的Fe(II)和次氯酸共存,引发类Fenton反应生成•OH,Cl•和ClO•,其中•OH对吸附在管垢表面污染物的分解贡献最大。通过中间产物分析和毒性评估探明2,4,6-三卤酚和ATZ的降解过程包括开环、氧化、取代、加成、水解,产生一系列相对低毒的小分子中间体,降低水质整体毒性。借助模型化合物ATZ,建立了由ATZ和HClO的传质、•OH的生成以及针铁矿表面•OH氧化ATZ组成的简化动力学模型,用于模拟管网中铁管垢引发的微污染物自衰减过程。通过将拟合结果与实验数据进行比较,验证了模型的有效性,该模型全面适用于存在各种无机离子和天然有机物的情况。本项目从自由基反应的角度提出了管垢介导管网内污染物迁移转化生成DBPs的机制与预测模型,填补了供水管网内管垢-水界面的自由基反应体系研究空白。本项目的研究不仅为全面了解铸铁管输配饮用水过程DBPs生成机制提供深刻认识,而且为实际工程中铸铁管使用、DBPs控制和水质安全保障提供重要理论依据。
供水塑料管网颗粒物介导增塑剂二次污染的界面化学过程与分子机制
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    0万元
  • 批准年份:
    2024
  • 负责人:
    董飞龙
  • 依托单位:
供水管网内松散沉积物介导的消毒副产物生成转化机制及水质健康风险
  • 批准号:
    LQ22E080018
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    董飞龙
  • 依托单位:
国内基金
海外基金