《Journal of Water Process Engineering》：Persulfate-assisted liquid-phase pulsed discharge for humic substance structure destruction and DBPs formation potential reduction
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•开发了一种基于过硫酸盐辅助的液相脉冲放电（PS-LPD）技术，用于控制溴化二苯并吡（DBP）的生成。•PS-LPD技术改变了芳香族化合物的结构，降低了它们的分子量和荧光强度。•在真实水样中，经过10分钟的处理后，DBPFP的去除率达到了50–78%。•该技术使致癌风险和危害指数
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开发了一种基于过硫酸盐辅助的液相脉冲放电（PS-LPD）技术，用于控制溴化二苯并吡（DBP）的生成。
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PS-LPD技术改变了芳香族化合物的结构，降低了它们的分子量和荧光强度。
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在真实水样中，经过10分钟的处理后，DBPFP的去除率达到了50–78%。
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该技术使致癌风险和危害指数降低了47–80%。
引言
源水中的天然有机物（NOM）与氯消毒剂反应会产生消毒副产物（DBP），这些副产物与致癌和致突变健康风险相关[1], [2]。对NOM进行预处理对于减少DBP的生成和满足世界卫生组织（WHO）与美国环保署（EPA）制定的严格水质标准至关重要。现有的处理方法，如强化混凝、颗粒活性炭（GAC）吸附和预氧化，可以通过去除或改变化学物质来降低DBP的生成潜力（DBPFP）[3], [4], [5]。特别是预氧化能够改变高分子量的有机成分，并去除部分DBP的前体。然而，完全矿化NOM成本高昂且耗时较长；而结构破坏虽然将大分子前体分解为小片段，但这些小片段仍可能保留生成DBP的能力，甚至由于更容易与消毒剂反应而增加DBPFP[6], [7]。因此，在去除NOM的同时减轻DBP的生成仍然是研究的重点。
选择性破坏NOM芳香/发色结构的氧化预处理方法，即使在总有机碳（TOC）去除率较低的情况下，也能显著减少DBPFP。预氧化优先消耗与氯反应的位点，将疏水性芳香成分转化为亲水性脂肪族化合物，并分解高分子量成分[8]。在O?/H?O?/UV系统中，TOC的去除率仅为4–15%，但DBPFP降低了43–68%。O?-UV-BAC联合工艺实现了显著的DBPFP减少效果，同时溶解有机碳（DOC）去除率为40%，UV???去除率为52%[9]。Alver等人通过结合预氧化、使用Fe3+/Al3+混凝剂以及改进的GAC吸附工艺，实现了65.3%的DBPFP去除率[3]。然而，这些方法通常需要较长的接触时间（60–120分钟），且需要添加化学物质，操作过程复杂。因此，亟需开发一种高效、快速且节省化学试剂的预氧化技术，通过改变化学物质的结构来减少DBPFP的生成。
低温等离子体技术能够在原位生成活性物种，包括活性氧（ROS）和活性氮（RNS），同时配合紫外线（UV）照射和局部高温[10]。作为一种先进的氧化工艺（AOP），它具有快速性和高效率等优点，因此被广泛应用于水中各种有机污染物的降解[11], [12]。该技术也被用于NOM的降解。Wang等人的研究显示，使用气相表面放电等离子体系统处理20分钟后，天然河水中UV???的去除率达到了约67.2%[13]。UV???与芳香性相关，被认为是DBP前体的主要指标之一，通常与DBPFP呈正相关[14]。这意味着尽管等离子体处理可能无法完全矿化NOM，但可以显著减少DBP的后续生成。然而，关于低温等离子体在DBPFP控制方面的应用研究较少。
过硫酸盐（PS）可以通过紫外线、热量、高能电子和超声波激发生成硫酸根自由基（SO??），其氧化能力高于·OH[15]。当PS引入等离子体系统后，不仅可以被等离子体及其相关活性物种激活，还可以在放电过程中产生的紫外线辐射下被激活。尽管等离子体和PS的协同作用已有充分研究，但大多数研究集中在气相或气液混合放电条件下，如介质阻挡放电和浸没式气泡气液等离子体[16], [17]；而直接在液体内启动等离子体对PS的协同作用研究较少。此外，使用等离子体激活PS生成SO??时，所需的PS剂量通常在毫摩尔范围内（通常为1–5 mM），这会导致相对较高的处理成本和残留PS带来的环境风险。除了紫外线和热量，等离子体在原位生成的其他物质也能激活PS[18]。例如，液体内产生的电子（e?）和H原子可以激活PS，从而消耗这些还原物种，抑制·H/e?和·OH的复合，增强液相等离子体的氧化能力[19]。基于此，可以建立一种基于PS辅助的液相脉冲放电（PS-LPD）系统。然而，关于PS-LPD在污染物降解方面的研究仍然较少，将其应用于DBPFP控制的应用尚未明确。
本研究采用PS-LPD技术处理水中的NOM，旨在通过选择性破坏NOM的芳香结构来抑制DBP的生成。选择HS作为模型化合物，因为它普遍存在于自然水体和废水处理厂的排放物中。本研究的目标DBP是挥发性卤代烃，主要包括三卤甲烷（THMs）和卤代乙腈（HANs）。THMs是最被广泛监管和监测的DBP类别，是DBP控制的标准[20], [21]；而HANs是当前DBP毒性研究的焦点，研究表明其单位质量浓度的健康风险高于THMs[22]。本研究利用等离子体的强氧化能力改变DBP前体的结构，从而减少DBPFP的生成。这些发现为开发低化学投入的高效DBP控制技术提供了理论支持和实验依据。
章节摘要
材料与试剂
腐殖质（HS）购自Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd。氢氧化钠（NaOH）、盐酸（HCl）和硫酸（H?SO?）由天津Kemio Reagent Co., Ltd.提供。过硫酸钠（Na?S?O?）、氯化钠（NaCl）、亚硫酸钠（Na?SO?）、次氯酸钠（NaClO）、碘化钾（KI）和小苏打（NaHCO?）由Sinopharm Chemical Reagent Co., Ltd.提供。所有试剂均为分析级。
PS-LPD系统中HS的结构转变
HS溶液分别在高电压液相脉冲放电（LPD）、单独使用PS以及PS-LPD条件下进行处理。通过监测UV???的吸光度来跟踪HS芳香结构的变化，结果见图2a。PS-LPD系统中的UV???去除率显著高于LPD和PS系统。根据方程（9）拟合了一个伪一级动力学模型，结果见图S1。
结论
本研究使用PS-LPD系统改变了HS的芳香结构，从而减少了DBPFP的生成。PS-LPD系统在HS结构转变和DBPFP去除方面的效率明显高于单独使用LPD，协同效应为2.05。PS-LPD处理导致HS的芳香结构和荧光基团显著降解，同时分子量也有所下降。这些结构变化表明活性自由基有效地促进了...
CRediT作者贡献声明
李元：撰写——原始草稿、可视化、方法论、数据整理。刘辉：撰写——审稿与编辑、监督、数据分析、概念构思。杜博彦：撰写——原始草稿、方法论。朱晓梅：项目管理。辛艳斌：监督、资金争取。
资助
本项目得到了国家自然科学基金 [12475258, 41576111]和辽宁省科技计划联合项目（重点研发计划）[2025JH2/10180030]的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究的财务利益或个人关系。
李元|刘辉|杜博彦|朱晓梅|辛艳斌|孙冰
