紫外/氯(UV/Cl₂)高级氧化工艺,因能同时产生羟基自由基和活性氯物种,在深度处理水中微量药物污染物方面展现出了高效性。然而,一个不容回避的风险是,该工艺在处理含有有机物的真实水体时,不可避免地会生成三氯甲烷、卤代乙酸、卤代乙腈等一系列有毒有害的消毒副产物(DBPs)。传统的离线取样检测法,只能获得几个离散时间点的浓度数据,无法捕捉反应过程中一些短寿命中间产物的瞬态变化,从而可能漏掉DBPs浓度最高的风险时间段。因此,建立一种能够实时、在线、连续监测DBPs生成和衰减动态的分析方法,对科学评估和精准控制UV/Cl₂工艺的风险至关重要。
本研究将一套经过耐候化改造的在线吹扫捕集-气相色谱-质谱(P&T-GC-MS)系统,直接与UV/Cl₂光化学反应器相连接。通过一个自动取样泵和定时控制器,系统以固定的时间间隔(如每5分钟)从反应器中抽取微量水样,全自动完成吹扫捕集、色谱分离和质谱定性定量分析。该系统成功实时监测了UV/Cl₂降解布洛芬过程中,三氯甲烷(TCM)、二氯乙腈(DCAN)等几种受控DBPs的完整生成和衰减曲线。监测图谱清晰地显示,这几种DBPs的浓度在反应的前30至60分钟内快速上升至一个峰值,随后随着紫外光照和自由基攻击,浓度又逐渐下降。
通过对不同操作条件下的动力学曲线进行对比分析,获得了极具指导意义的规律。增加氯投加量,会显著提高DBPs的峰值浓度和总累积量;而降低反应pH(从8降至6),虽然会抑制·OH的产生,但也会显著改变DBPs的种类分布,降低TCM的生成,却可能增加卤代乙腈的产量。该在线分析技术准确捕捉到了DBPs风险最高的时间窗口,这为在实际工程中,通过精确控制反应停留时间和加药策略,使出水避开DBPs峰值区,提供了直接的科学依据。该研究展示了在线分析化学在环境工艺风险识别与控制中的巨大应用价值。
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