UV/H2O2与UV/Cl2工艺对含藻类有机物水体中2-MIB的去除效能及消毒副产物毒性机制比较研究

本文系统比较了UV/H2O2和UV/Cl2两种高级氧化工艺（AOPs）在藻类有机物（AOM）存在下对典型嗅味剂2-甲基异莰醇（2-MIB）的去除效率，首次将硝基/亚硝基消毒副产物（Nitro(so)-DBPs）纳入毒性评估体系，通过傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR MS）与机器学习联用技术，揭示了两类工艺影响氯化消毒副产物（Cl-DBPs）与Nitro(so)-DBPs形成机制的关键分子描述符，为饮用水安全风险控制提供重要理论依据。

　　

Highlights

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  UV/H₂O₂对2-MIB的降解效率（98.1%）显著高于UV/Cl₂（85.6%）

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  UV/Cl₂处理后氯化会导致更高毒性，主要归因于高毒性硝基/亚硝基DBPs（Nitro(so)-DBPs）的形成

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  FT-ICR MS结合机器学习识别出芳香性修饰指数、氢碳比（H/C）和碳氧化态（C_OS）等关键分子描述符

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  Nitro(so)-DBPs前体主要为高H/C、低C_OS的非芳香性化合物

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Materials

本实验采用的伪鱼腥藻（Pseudanabaena sp.）购自中国科学院水生生物研究所，使用BG11培养基（pH 7.5）在1000 lux光照、12小时光暗循环、25℃恒温条件下培养。藻细胞在指数生长末期采收以保证活性。天然水样采集自济南市重要饮用水源——东湖水库。

Degradation of 2-MIB with UV/Cl₂ and UV/H₂O₂ treatment

如图1所示，随着氧化剂投加量或氧化时间的增加，UV-AOPs体系对2-MIB的去除效率显著提升。但单独UV系统随氧化时间延长仅呈现边际改善。研究发现UV/H₂O₂在相同氧化时间下对2-MIB的降解效率高于UV/Cl₂，这与纯水研究结果一致（Meng等2022）。这可能是由于两种体系活性自由基与AOM组分反应特性的差异所致。

Conclusions and implications

本研究比较了UV/H₂O₂和UV/Cl₂氧化在AOM存在下对2-MIB的去除性能，并系统阐明了其对1天后氯化消毒过程中DBP形成和水体毒性的影响。UV/H₂O₂相比UV/Cl₂具有更高的2-MIB降解效率（98.1% vs 85.6%），且产生的氯化后毒性更低。与UV/H₂O₂相比，UV/Cl₂在后续消毒过程中更易形成Nitro(so)-DBPs，这类物质对总体毒性贡献显著。通过FT-ICR MS与机器学习联用技术，成功识别出改性芳香指数、H/C和C_OS等关键分子描述符可作为DBP形成的预测特征。值得注意的是，Nitro(so)-DBPs前体主要为非芳香性化合物，具有更高H/C和更低C_OS特征。本研究首次将Nitro(so)-DBPs纳入AOM衍生DBP的毒性评估框架，为饮用水处理工艺优化提供了重要科学依据。