消毒副产物是饮用水消毒过程中形成的一类危害人体健康的化合物，研究消毒副产物的形成过程对保障饮用水安全具有重要意义。本文对芳香类有机物的化学结构对其与氯或溴反应生成三卤甲烷和卤乙酸的影响进行了较全面的、系统的研究，分析了水源水中存在腐殖酸、芳香类有机物及溴化物时，三卤甲烷和卤乙酸的形成特征及影响因素，并提出需采取相应处理措施，以保证饮用水的安全，同时探明了邻苯二酚氯化反应形成卤乙酸的过程，从而为消毒副产物的相关研究提供理论依据和数据支持。论文取得的主要研究成果如下：　　 芳香类有机物苯环上官能团的性质对其与氯或溴的反应能力有重要影响，即供电子基官能团有利于氯化(溴化)反应中氯(溴)向苯环的亲电进攻，属于活性官能团，而吸电子基官能团则阻碍了此过程，属于惰性官能团，官能团的性质是诱导效应和共轭效应综合作用的结果。具有不同官能团的芳香类有机物氯化或溴化反应生成三卤甲烷或卤乙酸的能力依次为苯酚＞苯胺＞苯甲酸＞硝基苯＞氯苯，表明苯环上官能团的性质确实影响三卤甲烷和卤乙酸的生成能力。其中，苯酚氯化反应、苯胺氯化或溴化反应生成三卤甲烷和卤乙酸的能力差别不大，而苯酚溴化反应生成三卤甲烷的能力大于生成卤乙酸的能力，硝基苯、苯甲酸和氯苯的氯化或溴化反应主要生成三卤甲烷。　　 芳香类有机物的化学构型也对其与氯或溴的反应能力有影响，即具有(类)间位构型的芳香类有机物比(类)邻位或(类)对位构型的芳香类有机物消耗氯或溴的量更大。同时，(类)间位构型的芳香类有机物生成三卤甲烷的能力较强，而(类)邻位或(类)对位构型的芳香类有机物生成卤乙酸的能力较强，这是由于不同构型的芳香类有机物苯环上电子云密度分布不同引起的。邻苯二酚、间苯二酚、对苯二酚、2—氯酚、3—氯酚、4—氯酚、2,3—二氯酚、2,4—二氯酚和2,6—二氯酚氯化或溴化反应的三卤甲烷生成量均(略)大于其卤乙酸生成量。此外，具有不同官能团或不同化学构型芳香类有机物的溴化反应的三卤甲烷取代率RTHM和卤乙酸取代率RHAA均大于氯化反应的相应取代率，显示溴比氯更易与芳香类有机物反应生成三卤甲烷和卤乙酸。　　 反应动力学研究表明苯酚、苯甲酸、间苯二酚和邻苯二酚的氯化或溴化反应分为快速反应和慢速反应阶段。慢速反应阶段为二级反应：苯酚的氯化和溴化反应速率常数(K)分别为70M-1min-1和160M-1s-1，苯甲酸分别为3M-1min-1和5M-1s-1，间苯二酚分别为130M-1min-1和270M-1s-1，邻苯二酚分别为110M-1min-1和230M-1s-1。快速反应阶段为一级反应：苯酚的氯化和溴化反应速率常数(k)分别为4×10-5s-1和9×10-4s-1，苯甲酸分别为1×10-5s-1和2.5×10-4s-1，间苯二酚分别为9×10-5s-1和4.6×10-3s-1，邻苯二酚分别为8×10-5s-1和4.0×10-3s-1。上述物质的反应速率常数显示，芳香类有机物的氯化或溴化反应的速率与苯环上官能团的性质及其化学构型有关，其顺序为间苯二酚＞邻苯二酚＞苯酚＞苯甲酸，且溴化反应速率常数远大于氯化反应速率常数。此外，当pH为5～11时，酚类化合物的溴化反应研究表明，HOBr与PhO-的反应控制了整个反应，而BrO-与PhO-的反应、HOBr与PhOH的反应可忽略不计。HOBr与PhO-的反应速率(k2)大小依次为K2.3-甲氧基苯酚＞k2，对氨基酚＞k2，3-甲基-4-硝基苯酚＞k2，苯酚＞k2，对硝基酚＞k2，3-氯酚，这也印证了苯环上官能团的性质对酚类化合物溴化反应的影响。　　 当水样中存在溴化物时，腐殖酸氯化反应的三卤甲烷和卤乙酸生成量会有显著的增加，这是由于溴化物会影响腐殖酸的氯化反应过程，使氯代三卤甲烷和氯代卤乙酸的生成量有所减少，而生成更多的溴代三卤甲烷和溴代卤乙酸，使三卤甲烷总量和卤乙酸总量增加。与不存在溴化物情况相比，当水样中加入溴化钾溶液时，腐殖酸和芳香类有机物(苯酚、苯甲酸、邻苯二酚、间苯二酚和对苯二酚)的氯化反应速率在开始0.5h内均显著提高，且三卤甲烷和卤乙酸生成量均增加，说明溴化物存在不仅提升氯化反应初始速率，而且也增加了三卤甲烷和卤乙酸的生成量。腐殖酸和邻苯二酚的氯化试验表明：腐殖酸是生成消毒副产物的重要前体物，三卤甲烷是主要的消毒副产物；当腐殖酸的浓度为mg/L水平时，无论溴化物的浓度高低，三卤甲烷和卤乙酸的浓度均较高。由于我国水源水中腐殖酸的浓度一般为mg/L水平，因此有必要采取相应措施降低水源水中腐殖酸及溴化物的含量，以保证饮用水安全。　　 邻苯二酚氯化反应形成卤乙酸的步骤是邻苯二酚与氯发生亲电取代反应形成3,4,6-三氯邻苯二酚，然后3,4,6-三氯邻苯二酚氯化经取代、加成等反应形成环己二酮，环己二酮开环后，经过复杂的氧化、水解等步骤形成丙酮酸，最终生成二氯乙酸和三氯乙酸。　　 在含有腐殖酸的水样中加入邻苯二酚进行氯化试验，形成消毒副产物的影响因素研究表明：随着pH的升高，三卤甲烷的生成量逐渐增大而卤乙酸的生成量逐渐降低，表明在碱性条件下的氯化反应更易生成三卤甲烷，酸性条件下更易生成卤乙酸，且pH对三卤甲烷的影响更为显著；三卤甲烷和卤乙酸的生成量随氯化时间延长而增大，且三卤甲烷的生成量比卤乙酸增加得更多，而溴化物的存在可使反应初期三卤甲烷的含量大大提升；较高温条件下三卤甲烷和卤乙酸的生成能力均大于较低温条件下，且溴化物的存在对三卤甲烷生成量的影响比卤乙酸大，温度越高影响越大；在一定范围内，投氯量与三卤甲烷和卤乙酸的生成量呈正相关关系。方差分析表明：水样中不加溴化钾时各因素对三卤甲烷生成量影响排序为pH＞反应时间＞温度＞投氯量，对卤乙酸生成量影响排序则为反应时间＞温度＞pH＞投氯量；水样中加入溴化钾时各因素对生成三卤甲烷生成量的影响顺序不变，而对卤乙酸生成量则表现为投氯量由影响最小变为最大。