背景简介
为保障饮用水的水质安全，消毒已经成为水处理过程中必不可少的环节之一。然而，消毒剂会与天然有机物、溴离子、人造污染物等物质发生反应，生成大量的消毒副产物 (DBPs)，严重威胁人类的生命健康。其中，溴代硝基甲烷 (Br-HNMs) 因其具有非常高的细胞毒性和基因毒性，引起了社会的关注。
UV 和氯（胺）二者联合消毒会产生协同效应，不仅能有效杀灭耐氯微生物，降低消毒剂投加量，又能弥补 UV 消毒的不足，保障余氯达标，还有可能减少 DBPs 的生成量。但 DBPs 种类繁多，其物理、化学特性千差万别，同时 UV 能激发氯或氯胺以及 DBPs 的光化学反应。UV 消毒不可能使所有的 DBPs 的浓度降低，相反在一定条件下它有可能引起一部分 DBPs 的浓度增加，造成水质安全风险。
该成果以 “Disinfection of bromide-containing tryptophan water by UV/chlorine: brominated halonitromethane formation, impact factors, and pathways” (《溴代硝基甲烷在紫外/氯消毒过程中生成的影响因素和路径》) 为题，发表在英国皇家化学会期刊 Environmental Science: Water Research & Technology 上。
研究详情
1. 色氨酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的规律
如图 1 所示，溴离子存在条件下，一共检测到4种溴代硝基甲烷，分别是一溴硝基甲烷（BNM）、二溴硝基甲烷（DBNM）、三溴硝基甲烷（TBNM）及一溴二氯硝基甲烷（BDCNM）。结果表明，4种溴代硝基甲烷均随着反应时间的延长，呈现出先上升后下降的趋势，说明它们在紫外/氯消毒条件下同时发生生成和降解反应。此外，溴离子浓度对溴代硝基甲烷的浓度和物种分布有明显的影响。随着溴离子浓度的增加，溴代硝基甲烷的总浓度基本呈上升趋势，其中二溴硝基甲烷和三溴硝基甲烷的浓度增加最为明显，说明提高溴离子浓度会促进含溴多的溴代硝基甲烷的生成。
Fig. 1 Effects of Br−concentrations on Br-HNMs produced from tryptophan during UV/chlorine disinfection.
▲ | 图 1. 溴离子浓度在紫外/氯消毒过程中对色氨酸生成溴代硝基甲烷的影响 |
2．色氨酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的可能路径
以往的研究普遍推测氨基酸可通过N-氯化、亚胺化、β-C-醇化、α-C-氯化、脱烷基、N-硝化等反应过程转化为三氯硝基甲烷。同时，“脱醛”和“脱羧基”也可能会在氨基酸生成卤代硝基甲烷的过程中出现。结合前人的推测，本研究通过GC/MS分析中间产物，进一步提出色氨酸生成溴代硝基甲烷的可能路径（如图 2）。
▲ | 图 2. 色氨酸在紫外/氯消毒过程中生成溴代硝基甲烷的可能路径 |
论文信息
Disinfection of bromide-containing tryptophan water by UV/chlorine: brominated halonitromethane formation, impact factors, and pathways
https://doi.org/10.1039/D2EW00854H
主要作者
东南大学
本文第一作者，博士研究生，主要研究方向为消毒副产物的生成与控制。
东南大学
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Environ. Sci.: Water Res. Technol.
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| 最高 JCR 分区* | Q1 水资源 |
| CiteScore 分† | 5.5分 |
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