桉树种植园对水质的潜在影响以及饮用水处理过程中产生有毒消毒副产物的情况

《Water Research》：Potential impact of Eucalyptus plantations on water quality and the formation of toxic disinfection byproducts during drinking water treatment

桉树叶淋溶DOM的化学特性及其在消毒过程中副产物毒性评估，采用超滤、UV-Vis、3D-EEM-PARAFAC和HRMS分析，发现其释放量随pH和温度升高而增加，且DBPFP显著高于标准SRNOM，HOCl消毒时毒性最强，主要源于HAAs和HAMs，溴/碘离子存在时DBP毒性增加。

　　本研究探讨了桉树（*Eucalyptus*）落叶释放的溶解有机物（DOM）对饮用水消毒过程中消毒副产物（DBPs）形成的影响。随着全球对饮用水安全的关注日益增加，了解不同来源DOM的特性及其在消毒过程中的行为变得尤为重要。桉树作为一种快速生长、高产出的树种，在中国农村地区尤其是广西自治区，对当地经济做出了重要贡献。然而，由于其种植往往靠近河流和水库，因此其对水质的潜在影响引起了广泛关注。特别是在桉树采伐后，一些水体出现了“黑水”现象，这表明桉树落叶可能释放出大量有机物质进入水体。

DOM在自然界中广泛存在，通常由多种有机物质组成，如碳水化合物、多糖、氨基酸、蛋白质、肽、脂类以及腐殖质等。这些物质来源于物理、化学或微生物降解，或动植物残留物的热解。在饮用水消毒过程中，DOM中的低分子量亲水性组分因其与消毒剂的高度反应性，成为多种DBPs的重要前体。然而，传统的水处理工艺，如混凝、沉淀和过滤，往往无法有效去除这些前体，从而增加了DBPs的形成风险。此外，DOM本身也可能对水处理过程的性能产生抑制作用，进一步加剧了水质问题。

为深入了解桉树落叶释放的DOM对饮用水安全的影响，本研究采用了一系列先进的分析技术，包括三维激发-发射矩阵（3D-EEM）荧光光谱结合平行因子分析（PARAFAC），以及高分辨率质谱（HRMS）。这些技术能够有效识别DOM的组成成分，并揭示其在不同消毒条件下的反应行为。研究结果表明，桉树落叶释放的DOM在化学反应性和DBPs形成潜力方面均高于标准的Suwannee River自然有机物（SRNOM）。此外，研究还发现，在消毒过程中，pH值和温度的变化显著影响了DOM的释放量和DBPs的形成。

研究进一步分析了不同消毒条件下的DBPs形成情况，包括次氯酸（HOCl）、二氯胺（NH?Cl）和二氧化氯（ClO?）等消毒剂。结果显示，这些消毒剂对DBPs的形成具有不同的影响，其中HOCl的DBPs形成潜力最高，其次是NH?Cl和ClO?。同时，研究还发现，水体中溴离子（Br?）和碘离子（I?）的浓度变化显著影响了DBPs的种类分布，导致更多的混合溴化/碘化DBPs的形成，并增加了这些DBPs的总毒性。

通过非靶向筛查，HRMS技术被用于识别超过1000种潜在的DBPs分子式，其中包括由HOCl、NH?Cl和ClO?处理产生的179、439和287种脂肪族DBPs分子式。这些结果不仅揭示了桉树落叶释放的DOM的化学复杂性，还提供了关于其在不同消毒条件下形成DBPs的详细信息。此外，研究还建立了特定DBPs形成潜力（DBPFP）与测量DOM性质之间的关系，为制定有效的水源保护措施和优化消毒策略提供了科学依据。

在饮用水消毒过程中，DBPs的形成不仅与DOM的性质有关，还受到水体中卤离子浓度的影响。卤离子的存在改变了DBPs的种类分布，使得某些DBPs的形成成为可能。例如，在缺乏卤离子的情况下，DBPs的毒性主要来源于卤乙酸（HAAs），而在存在溴离子和碘离子的情况下，毒性则主要来源于卤乙酰胺（HAMs）和HAAs。这些发现对于理解DBPs的形成机制和评估其对人类健康的影响具有重要意义。

本研究的结果表明，桉树落叶释放的DOM在化学反应性和DBPs形成潜力方面均优于其他树种的DOM，这使得其在饮用水处理过程中可能产生更高的风险。因此，有必要加强对桉树种植区水源的保护，以减少其对水质的潜在影响。同时，研究还发现，不同的环境参数，如浸泡时间、pH值和温度，对DOM的释放和DBPs的形成具有显著影响，这为优化消毒策略提供了新的思路。

此外，研究还探讨了不同消毒条件下的DBPs形成情况，以及其对人类健康的影响。结果显示，某些DBPs，如氮类DBPs（N-DBPs）和碘化DBPs（I-DBPs），尚未被正式认定为新兴污染物，但它们可能对人类健康构成潜在威胁。因此，有必要进一步研究这些DBPs的形成机制和毒性，以评估其对饮用水安全的影响。

本研究的成果不仅有助于深入了解桉树落叶对饮用水质量的影响，还为制定有效的水源保护措施和优化消毒策略提供了科学依据。通过综合运用多种分析技术，研究揭示了DOM的组成成分及其在不同消毒条件下的反应行为，为饮用水处理行业提供了重要的参考信息。这些结果对于提高饮用水安全性和减少DBPs的风险具有重要意义，同时也为环境科学和生态学研究提供了新的视角。

在实际应用中，饮用水处理行业需要根据不同的水源条件和消毒需求，采取相应的措施以减少DBPs的形成。例如，在高pH值和温度的条件下，应特别注意DOM的释放量，以避免DBPs的过度形成。此外，在存在溴离子和碘离子的情况下，应考虑其对DBPs种类分布的影响，并采取相应的措施以减少混合溴化/碘化DBPs的形成。这些措施不仅有助于提高饮用水的安全性，还能减少对人类健康和生态环境的潜在危害。

本研究的结果表明，桉树落叶释放的DOM在饮用水处理过程中可能产生较高的DBPs形成潜力，这使得其对水质的影响不容忽视。因此，有必要加强对桉树种植区水源的监测和管理，以确保饮用水的安全。同时，研究还发现，不同环境参数对DOM的释放和DBPs的形成具有显著影响，这为优化水处理工艺提供了新的思路。例如，在消毒过程中，可以通过调节pH值和温度来减少DBPs的形成，从而提高饮用水的安全性。

此外，研究还强调了非靶向筛查在识别未知DBPs方面的重要性。通过HRMS技术，研究人员能够识别超过1000种潜在的DBPs分子式，这为深入了解DBPs的形成机制和毒性提供了新的途径。这些分子式不仅有助于评估不同消毒条件下的DBPs形成情况，还能为制定更有效的水处理策略提供科学依据。

本研究的结果对于饮用水处理行业和环境科学领域都具有重要意义。通过深入了解桉树落叶释放的DOM对DBPs形成的影响，研究人员能够更好地评估其对水质的潜在风险，并制定相应的措施以减少这些风险。此外，研究还为优化消毒策略提供了新的思路，有助于提高饮用水的安全性和减少对人类健康和生态环境的潜在危害。

总之，本研究通过综合运用多种分析技术，揭示了桉树落叶释放的DOM在饮用水处理过程中的行为及其对DBPs形成的影响。研究结果表明，桉树落叶释放的DOM在化学反应性和DBPs形成潜力方面均优于其他树种的DOM，这使得其对饮用水质量的影响更加显著。因此，有必要加强对桉树种植区水源的保护，以减少其对水质的潜在影响，并优化消毒策略以降低DBPs的风险。这些发现不仅为饮用水处理行业提供了重要的参考信息，也为环境科学和生态学研究提供了新的视角。