地表水引入对再生水中溴化消毒副产物光转化过程的增强效应及机制研究

针对再生水补入地表水时溴化消毒副产物(Br-DBPs)的光转化机制不明问题，研究人员通过混合水体实验发现，地表水中的溶解性有机物(DOM)通过产生三重态DOM(3DOM??)和单线态氧(1O2)显著加速Br-DBPs光解（速率提升2.6倍），并降低水体毒性当量达66%。该研究为利用自然光降解技术提升再生水安全性提供了新策略。

　　

随着城市化进程加速，再生水作为"第二水源"在缓解水资源危机中扮演着重要角色。然而，臭氧消毒过程中产生的溴化消毒副产物(Br-DBPs)因其强毒性和潜在生态风险备受关注。当再生水补入地表水体时，阳光照射下Br-DBPs会经历复杂的光转化过程，但地表水与再生水基质的相互作用如何影响这一过程，长期以来缺乏系统研究。

针对这一科学问题，清华大学深圳国际研究生院的研究团队在《Journal of Hazardous Materials》发表最新成果。研究通过采集深圳大学城三种地表水（湖水、河水、人工湖水）与市政污水处理厂二级出水混合，结合模型化合物实验，首次揭示了地表水中溶解性有机物(DOM)通过光敏化作用增强Br-DBPs转化的分子机制。

关键技术方法包括：1）采用吸附性有机溴(AOBr)作为Br-DBPs综合指标；2）选择2,5-二溴-3,6-二羟基醌等三种典型溴代苯化合物作为模型物质；3）通过稳态/瞬态荧光光谱区分高/低能三重态DOM(³DOM??)；4）采用中国仓鼠卵巢细胞(CHO)毒性测试评估光解前后毒性变化。

加速的吸附性有机溴光解
实验数据显示，地表水引入使AOBr光解速率常数(k_obs)从0.086 h^?1提升至0.20-0.23 h^?1（p<0.001）。人工湖水表现最优，其DOM分子中芳香酮类物质产生的高能³DOM??与光解速率呈强相关性（R²=0.93）。

DOM介导的光敏化机制
Suwannee River天然有机物(SRNOM)实验证实，³DOM??通过能量转移直接降解Br-DBPs，同时衍生出的¹O₂攻击电子 withdrawing基团（如羧基）。值得注意的是，臭氧处理使DOM分子量降低，低分子木质素类物质成为¹O₂主要来源，量子产率提升40%。

毒性变化评估
光解过程使再生水毒性当量从8.5 mg-苯酚/L降至2.9 mg-苯酚/L，混合水体从6.0 mg-苯酚/L降至2.1 mg-苯酚/L。CHO细胞实验显示，光转化产物毒性显著低于母体化合物。

该研究创新性地提出：地表水DOM的光活性组分可作为天然光敏剂，通过"三重态能量转移-单线态氧氧化"双途径高效降解Br-DBPs。这不仅为再生水安全利用提供了低成本解决方案，更揭示了环境水体自净过程的新机制。研究建议在再生水补给工程中优先选择含高能³DOM??生成潜力的地表水体，并适当延长阳光暴露时间以提升水质。这些发现对制定基于自然的光催化水处理技术标准具有重要指导价值。