超声辅助臭氧化降解医院废水中安非他酮的动力学机制及计算机毒性预测研究

针对医院废水中抗抑郁药安非他酮(BUP)残留引发的环境风险，研究人员采用超声(US)强化臭氧化技术，将BUP降解动力学常数提升至68.4±0.20×10-3 min-1，鉴定出羟基化(TP_256)和脱氯羟基化(TP_222)两种转化产物，并通过QSAR模型评估其环境行为，为医药废水处理提供新策略。

　　

随着抗抑郁药物在全球范围内的使用量激增，这类药物在环境中的残留问题日益凸显。以安非他酮(BUP)为例，这种通过抑制去甲肾上腺素和多巴胺摄取发挥作用的抗抑郁药，在巴西的年销售量已达24吨，其环境浓度在污水处理厂出水中可达187 ng L^-1。更令人担忧的是，即便在ppt至ppb级别的极低浓度下，这类药物仍可能对水生生物神经系统造成影响，如研究表明959 ng L^-1的BUP即可干扰水蚤的生长繁殖周期。医院废水作为药物污染的重要源头，其污染物浓度可达生活污水的50倍，亟需开发高效处理技术。

针对这一环境挑战，来自巴西研究机构（根据作者署名推测为Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico资助团队）的科研人员在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表研究成果，创新性地将超声(US)与臭氧化技术联用，系统考察了该工艺对真实医院废水中BUP的降解效能。研究采用20 kHz高频超声结合臭氧（61 W L^-1），通过高分辨质谱(HRMS)鉴定转化产物，并运用定量构效关系(QSAR)软件预测化合物环境行为，为医药污染物治理提供了理论依据和技术参考。

关键技术方法包括：1）超声-臭氧耦合反应体系优化（pH、臭氧浓度、功率参数）；2）液相色谱-高分辨质谱(LC-HRMS)鉴定转化产物；3）密度泛函理论(DFT)计算预测反应位点；4）QSAR模型评估化合物持久性(P)、生物累积性(B)和毒性(T)指标。实验采用真实医院废水样本，初始BUP浓度设定为70 μg L^-1。

【Effect of the treatment process】
在最优条件（pH=7.0，臭氧浓度114±7 mg O₃ L^-1）下，US辅助使BUP降解率提升至95%（60分钟），动力学常数较单纯臭氧化提高96%。臭氧传质效率从60±3%提升至68±1%，证实超声空化效应能有效促进气液传质。

【Transformation products analysis】
通过HRMS鉴定出两种主要转化产物：TP_256（m/z 256.1334）源于BUP分子羟基化，TP_222（m/z 222.1128）则通过脱氯-羟基化路径形成。DFT计算显示苯环和氨基为臭氧优先攻击位点，与实验现象吻合。

【Environmental behavior prediction】
QSAR分析表明：TP_256的PBT评分（0.43）低于BUP（0.61），但TP_222显示出更高生物累积潜力（log K_ow=2.18）。所有化合物均被归类为"可快速降解"，但TP_222对鱼类急性毒性预测值达97.5 mg L^-1。

该研究首次证实超声辅助臭氧化可高效降解医院废水中的BUP，其重要意义体现在三方面：1）通过超声空化效应同步解决臭氧传质受限和•OH自由基生成不足两大技术瓶颈；2）建立从降解动力学、产物鉴定到毒性预测的完整研究范式；3）为评估药物转化产物的环境风险提供方法论参考。特别是提出的"羟基化-脱氯"转化路径，为同类含氯药物的降解机制研究提供了新思路。研究结果对完善医院废水处理工艺、防控药物环境污染具有重要实践价值。