水生植物残体溶解性有机物中消毒副产物前驱体的组成解析与贡献机制

本研究针对人工湿地建设中水生植物残体释放溶解性有机物(DOM)导致消毒副产物(DBPs)风险升高的关键问题，通过傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)等技术，首次定量揭示了木质素和单宁作为DOM中两大主要DBP前驱体的贡献规律。发现单宁对二氯乙酸(DCAA)生成潜力(34-83%)的显著影响，以及木质素对三氯甲烷(TCM)和氯醛水合物(CH)形成的主导作用，为水源DBPs风险管控提供了新靶点。

　　

随着人工湿地在水源净化中的广泛应用，一个隐藏的风险逐渐浮现：水生植物残体分解过程中释放的溶解性有机物(DOM)，在消毒过程中会转化为具有致癌风险的消毒副产物(DBPs)。已有研究显示，湿地建设后水源溶解性有机碳(DOC)含量激增88.6%，而传统认知将藻类代谢物视为主要DBP前驱体，却忽视了水生植物残体的潜在贡献。更棘手的是，当前对DOM中具体何种成分主导DBPs形成仍缺乏定量认识，这严重制约了精准防控技术的开发。

江苏省自然科学基金支持的研究团队选取中国南方水库三种典型水生植物（千屈菜、菖蒲和芦苇），首次系统解析了其残体DOM中DBP前驱体的分子特征。通过傅里叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR MS)检测到含Cl/Br的分子式多达339种，其中C₁₄H₂₁O₅SCl等化合物峰强度最高。研究创新性地建立了DOM中木质素和单宁的定量方法，发现千屈菜DOM中单宁含量高达35%，这与其木质部结构刚性相关。

主要技术方法
研究采用FT-ICR MS进行分子组成解析，结合三维荧光光谱和SUVA₂₅₄表征DOM特性。通过模拟氯化实验测定三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等DBPs生成潜力(DBPFP)，采用标准加入法定量前驱体贡献率。植物样本采自中国南方生态水库，涵盖不同生长期和降解阶段的残体。

DBPs形成特征
氯化后检测到THMs、HAAs、卤酮(HKs)等四大类DBPs，其中HAAs生成量最高（千屈菜DOM的TCAAFP达1.85 μmol L^–1），THMs次之。单宁对DCAA生成的贡献率(34-83%)显著高于其他前驱体，而木质素则是TCM和CH形成的关键驱动因子，这种分化与分子结构特性直接相关。

分子组成解析
FT-ICR MS数据显示不同植物DOM的Cl/Br分子式数量差异显著（千屈菜339种vs菖蒲145种），反映物种特异性。高芳香度分子与THMs生成呈正相关，而含硫化合物（如C₁₄H₂₁O₅SCl）可能通过硫代乙酰基途径促进HAAs形成。

讨论与意义
该研究突破性地量化了木质素和单宁对DBPFP的差异化贡献，揭示了水生植物残体DOM的复杂转化机制。发现单宁的高反应活性可能源于其邻苯二酚结构易被卤化，而木质素的三维网络结构更利于THMs生成。这一成果不仅解释了人工湿地DOC升高引发DBPs暴增的现象，更为水源预处理工艺（如针对性吸附单宁）提供了理论依据。论文发表于《Journal of Environmental Chemical Engineering》，为全球饮用水安全领域提供了重要的中国案例。