《Chemosphere》：Physical and chemical variables as proxies for THM formation in wastewater disinfection in a Brazilian treatment plant
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•对来自巴西某污水处理厂（WWTP）的 48 个氯化样品进行了三卤甲烷（THM）生成量评估。•次氯酸根离子浓度（[OCl]）、浊度、色度和 pH 值解释了总三卤甲烷（TTHM）变异的 87%。•[OCl] 是拟合模型中最相关的变量（占 80%）。•在拟合模型中，化学需氧量（C
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对来自巴西某污水处理厂（WWTP）的 48 个氯化样品进行了三卤甲烷（THM）生成量评估。
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次氯酸根离子浓度（[OCl]）、浊度、色度和 pH 值解释了总三卤甲烷（TTHM）变异的 87%。
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[OCl] 是拟合模型中最相关的变量（占 80%）。
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在拟合模型中，化学需氧量（COD）与 TTHM 的形成无相关性。
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溴代三卤甲烷不受次氯酸盐剂量的影响。
引言
目前全球氯化处理的趋势表明，由于有害副产物的产生，人们倾向于降低投加剂量（Amin 等人，2013；Du 等人，2017；Ghernaout 和 Elboughdiri，2020；Hua 等人，2021；Albolafio 等人，2022；Liao 等人，2024）。虽然发达国家正在考虑降低氯使用量，但中低收入国家仍严重依赖污水处理厂（WWTP）的标准氯化实践。鉴于缺乏明确的废水消毒指南，氯化做法参差不齐，且源自单独应用和研究的报告可能导致公共卫生风险和不确定性（Li 等人，2019；Tak 和 Vellanki，2019；Furst 等人，2019；Phatthalung 和 Musikavong，2019；Prasad 等人，2021；Sharma 等人，2021；Freitas 等人，2021；Marson 等人，2022；Hua 等人，2021；Xue 等人，2023；Ahmed 等人，2024）。
通过氯化灭活污水处理厂中的病原微生物是一种高效且低成本的技术，具有残留杀菌效果（Sun 等人，2009；Li 等人，2017；Albolafio 等人，2022；Kesar 和 Bhatti，2022），常用于控制水传播疾病爆发（Collivignarelli 等人，2017；Prasad 等人，2021；Wang 等人，2016）并保护水源（Jiang 等人，2024；Xue 等人，2023）。然而，许多研究强调了由于有害消毒副产物（DBPs）的形成，需要替代消毒剂（Liao 等人，2024；Xue 等人，2023；Albolafio 等人，2022；Luo 等人，2020）。尽管如此，中低收入国家仍在污水处理厂使用氯，而没有进行充分的 DBPs 监测，其分析仅限于饮用水。
在巴西，评估废水氯化过程中形成的 DBPs 尤为关键，因为普遍存在将未经处理的废水排放到用作公共供水的地表水体的做法。巴西仍然面临污水收集和处理覆盖率低的问题（根据 SINISA，2024，约为 47%），导致高有机负荷被排放到作为水源的河流和水库中（Pani 等人，2024；De Palma Silva 等人，2007；Oliveira 等人，2017）。在此背景下，理解和监测 THMs 等 DBPs 至关重要，因为它们的形成会影响暴露于污染水源人群的安全性。
污水中高浓度的微生物和有机物需要大剂量氯，导致 DBPs 形成量更高（Liao 等人，2024；Albolafio 等人，2022；Luo 等人，2020；Li 等人，2019）。氯作为一种非选择性氧化剂，与杀菌剂以及有机和无机物质发生反应（Verma 等人，2017；Li 等人，2019；Ahmed 等人，2024）。因此，悬浮固体、有机物和其他还原性物质增加了氯需求，最小化了其消毒作用（Verma 等人，2017；Nguyen 等人，2020）。此外，废水中的有机物是 DBPs 形成的前体物（Han 等人，2018；Zainudin 等人，2018；Sharma 等人，2021；Liao 等人，2024），这与其对水生环境的有害影响以及在人体健康方面的毒性、致癌和/或致突变潜力有关，因为癌症风险与水中的 DBPs 水平相关（Collivignarelli 等人，2017；Albolafio 等人，2022；Genisoglu 等人，2019；Sharma 等人，2021）。
三卤甲烷（THM）是一类主要的 DBPs（Tak 和 Vellanki，2019；Sharma 等人，2021；Jin 等人，2023），对其形成评估和驱动因素依赖于其成熟的分析方法和监测常规（在某些处理厂）。此外，它们的出现可能表明存在其他新发现的 DBPs，这些 DBPs 可能更具毒性且通常不被监测（Richardson 和 Plewa，2020；Kozari 等人，2020, 2021；Dong 等人，2021；Li 等人，2022；Xue 等人，2023；Siddiqui 等人，2024）。
通过物理和化学变量对 THM 形成进行建模可以简化理解和评估，因为其分析方法复杂且昂贵，尤其是对于中低收入国家。因此，我们旨在通过回归模型分析作为监测技术，研究有机物浓度、次氯酸盐剂量、温度、pH、浊度和色度对巴西乡村大学污水稀释液中三卤甲烷形成过程的影响。
本研究填补了全球文献中关于巴西废水排放物中 THM 形成的明确地理和科学空白，结合了在受控条件下生成高分辨率实验数据，并应用 Box–Cox 回归模型克服非线性和异方差性，从而产生一个可解释的预测框架，可在未来研究中复制到其他排放物中。
章节片段
废水采样与制备
从巴西乡村某污水处理厂（WWTP）的进水巴歇尔槽收集了废水样品。样品经过 0.45 μm 膜过滤器真空过滤，并进行了 50%（D1）、80%（D2）、90%（D3）和 95%（D4）的稀释。随后，根据《水和废水检测标准方法》（APHA 美国）对温度（APHA 2550B）、pH（APHA 4500-H + B）、色度（APHA 2120C）、浊度（APHA 2130A）和 COD（APHA 5220C）进行了表征。
氯化废水特性与 THM 形成：探索性数据分析
箱线图（图 1）总结了结果，提供了对数据集的初步理解。TCM 浓度范围为 0.918 至 9.045 μg L?1；BDCM 为 0.105 至 0.344 μg L?1；DBCm 为 0.751 至 1.567 μg L?1，与 Phlaengsattra 等人（2024）在废水氯化中的研究结果相似。关于物理化学变量，我们可以观察到 pH 最大值 8.38，浊度 18.4 NTU，色度 430.62 uH，以及 COD 235.6 mg L?1。
各变量的均值和标准差值为
结论
本研究采用基于回归的方法评估氯化废水中总三卤甲烷（TTHM）的形成。Box-Cox 模型通过考虑非线性解决了线性回归的局限性。次氯酸盐剂量、浊度、色度和 pH 共同解释了 TTHM 形成变异的 87%。次氯酸盐剂量是 TTHM 形成的最重要预测因子，在最佳拟合 Box-Cox 模型中贡献了几乎 80% 的相关变量，其次是浊度（9.8%），
CRediT 作者贡献声明
Ana Elis Moraes de Almeida: 写作 - 原稿，可视化，方法论，调查研究，形式化分析。Lidiany Mendon?a Zacaroni Lima: 方法论。Marcelo Vieira-Filho: 写作 - 审阅与编辑，监督，方法论。Maria Eliana Lopes Ribeiro de Queiroz: 方法论。Camila Silva Franco: 写作 - 审阅与编辑，监督，方法论，概念化。
声明写作过程中使用人工智能辅助技术
在准备本研究期间，作者使用了 Grammarly 和 ChatGPT 来提高手稿的可读性和语言质量。使用该工具后，作者根据需要审阅和编辑了内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明，他们没有已知的竞争财务利益或个人关系可能会影响本论文报告的工作。
致谢
作者感谢 Vitor Manuel Libardi 先生在实验研究过程中提供的支持。
Ana Elis Moraes de Almeida|Lidiany Mendon?a Zacaroni Lima|Marcelo Vieira-Filho|Maria Eliana Lopes Ribeiro de Queiroz|Camila Silva Franco
