腐植酸对CMC稳定化纳米零价铁在地下水行为的影响机制及其在氯代污染物长期修复中的应用

为解决低分子量挥发性有机物(LMW VOCs)在反渗透/高级氧化工艺(RO/AOP)中穿透带来的饮用水安全风险，研究人员对比评估了颗粒活性炭(GAC)后置RO/AOP与臭氧/生物活性炭(O3/BAC)前置工艺的去除效能。研究发现GAC对卤代烷(>98%)和MTBE(>98%)去除显著，而O3/BAC对甲醛(>98%)生物转化更有效，为饮用水回用系统化学峰值控制提供了关键数据支撑。

　　

随着全球水资源短缺加剧，直接饮用回用技术成为解决供水危机的重要途径。然而，反渗透(RO)和高级氧化工艺(AOP)组合处理过程中，低分子量挥发性有机物(LMW VOCs)的间歇性穿透问题始终是公共卫生领域的重大隐患。这类化合物分子量小、极性差异大，传统工艺难以全面截留，其中丙酮、甲醛等物质甚至可能穿透多重屏障进入成品水。更棘手的是，卤代烷类污染物如1,2-二氯乙烷(1,2-DCA)和1,2,3-三氯丙烷(1,2,3-TCP)具有强致癌性，美国环保署(EPA)对其设定了严格限值。

针对这一技术瓶颈，来自美国Orange County Water District等机构的研究团队开展了一项创新性对比研究。他们系统评估了两种解决方案：在RO/AOP后设置颗粒活性炭(GAC)吸附屏障，或在RO/AOP前采用臭氧/生物活性炭(O₃/BAC)预处理。研究结果发表于环境领域顶级期刊《Water Research》，为饮用水回用系统的优化设计提供了关键科学依据。

研究人员采用快速小柱试验(RSSCTs)模拟GAC工艺，并搭建中试规模O₃/BAC系统。针对五种典型VOCs（丙酮、甲醛、MTBE、1,2-DCA和1,2,3-TCP），设计了三轮浓度梯度为50-300 μg/L的间歇性峰值冲击实验。水质分析采用EPA Method 524.2，同时监测溶解性有机碳(DOC)和N-亚硝基二甲胺(NDMA)的去除规律。

3.1 GAC筛选

通过Freundlich和Langmuir等温线模型验证，五种商用GAC对1,2-DCA的吸附性能无显著差异。pH值测试表明，在5.5-8.0范围内吸附效率稳定，这支持GAC在RO/AOP前后应用的灵活性。

3.2 RSSCT挑战性测试

选择Filtrasorb 400(GAC)进行的动态实验显示：卤代烷类去除率>98%，MTBE去除率>98%，印证了疏水性(Log P>0.5)化合物更易被GAC吸附的规律。值得注意的是，1,2,3-TCP(Log P 2.27)的去除效果优于1,2-DCA(Log P 1.48)，证实了疏水性参数的关键作用。而极性化合物甲醛(Log P 0.35)几乎不被吸附，丙酮(Log P -0.24)仅获47-91%去除率，揭示了GAC对亲水性物质的局限性。

3.3 中试O₃/BAC系统

臭氧单元对MTBE的氧化效率达45±2%，但对其余VOCs无效。后续BAC生物滤池表现出显著的选择性：甲醛去除率高达98.1±0.1%，归因于微生物转化而非吸附作用。然而，MTBE、1,2-DCA等物质在13分钟空床接触时间(EBCT)内未被降解。意外发现是，VOCs峰值会暂时抑制NDMA的共代谢去除，但系统能在24小时内恢复基线性能。

这项研究的重要价值在于明确了不同工艺的适用边界：GAC后置方案特别适合拦截疏水性VOCs的突发峰值，其简单运维和低成本优势明显；而O₃/BAC前置工艺对甲醛等可生物降解物质更具针对性，但需警惕NDMA去除率的波动。作者建议未来重点探索GAC生物膜协同作用、生物预处理工艺优化等方向，并建立LMW VOCs的实时监测体系。这些发现不仅为加州饮用水回用法规提供了技术支撑，更为全球范围内应对新兴污染物挑战提供了范式参考。