利用远紫外线照射同时控制游泳池水中的有机氯胺和新兴污染物

《Water Research》：Simultaneous Control of Organic Chloramines and Emerging Contaminants in Swimming Pool Water Using Far-UVC Irradiation

泳池水中有机氯胺（OCs）与新兴污染物协同控制研究。采用远紫外（UVC 222nm）技术，相比传统低气压汞灯（UVC 254nm），OCs光降解速率提高1.00-1.83倍，主要归因于量子产率提升及羟基（HO·）和氯自由基（Cl·）浓度增加2.35-5.32倍。实验证实UVC 222nm能高效降解敌敌畏（DEET），其稳态自由基浓度显著高于254nm波段，为泳池水处理提供新方案。

　　

贾明凯|张玉良|张新宇|李万鑫|尹然|任新坤

中国南京大学环境学院，水污染控制与绿色资源再生国家重点实验室，南京 210023

摘要

在游泳池水中，氨基酸氯化过程中会生成有机氯胺（OCs），同时还有个人护理产品等新兴污染物，这些物质对游泳者构成健康风险。本研究提出了一种利用远紫外（far-UVC）辐照同时控制有机氯胺和微量污染物的新方法。实验结果表明，使用氯Kr准分子灯（UV₂₂₂）替代传统的低压汞灯（UV₂₅₄）后，有机氯胺的光解速率、自由基生成量以及污染物降解程度均有所提高。在UV₂₂₂照射下，六种有机氯胺的光解速率常数比在UV₂₅₄照射下高1.00–1.83倍（分别为7.44?×?10^–4至3.28?×?10^–3 cm² mJ^–1和3.78?×?10^–4至2.34?×?10^–3 cm² mJ^–1）。这种增强效应主要归因于更高的表观量子产率（增加了1.78–5.51倍），而非摩尔吸收系数。此外，在UV₂₂₂照射下，羟基自由基（HO^•）和氯自由基（Cl^•）的稳态浓度分别比在UV₂₅₄照射下高1.00–1.86倍和2.35–5.32倍（均以入射辐照强度为基准）。在实际游泳池水中，UV₂₂₂能够通过协同自由基途径快速降解N,N-二乙基-间甲苯胺（DEET），而UV_{254则几乎没有降解作用。这些发现深化了对有机氯胺光化学特性的理解，并证明了远紫外技术在氯化游泳池中同时控制有机氯胺和微量污染物方面的潜力。}

引言

游泳池是一种独特的水环境，其中消毒剂会持续与主要由游泳者带入的有机物发生反应（Keuten等人，2014年；Weng和Blatchley，2011年）。池水中的总有机碳（TOC）主要来源于人体代谢分泌物（如尿素、汗液和尿液中的氨基酸）和个人护理产品（如防晒霜）（Richardson等人，2010年；Weng等人，2014a年）。这些有机前体物质会与氯发生反应。

化学物质与材料

所有试剂（详见补充信息中的表S1）均为分析纯，无需进一步纯化即可使用。储备溶液是通过将这些试剂溶解或稀释在超纯水中（18.2 MΩ-cm）制备的。六种有机氯胺的制备方法是向含有氨基酸的缓冲去离子水中（pH 7.5，磷酸盐缓冲液浓度为10.0 mM）加入氯来实现的（具体选用的六种氨基酸及其性质详见表S2）。

六种有机氯胺的光解速率常数

在基线条件下（[有机氯胺]₀ = 0.1 mM，pH = 7.5），六种有机氯胺在UV₂₂₂和UV₂₅₄照射下的光解遵循准一级动力学（见图S4a和S4c）。图1显示了在UV₂₂₂或UV_{254照射下的光解速率常数（kOC）。需要注意的是，这些有机氯胺在黑暗环境中会发生不同程度的水解（见图S4e）。图1中展示的光解速率常数反映了这一过程。}

结论

本研究系统地研究了222 nm和254 nm波长下有机氯胺的光解行为。研究结果表明，UV_{222在降解这些化合物方面具有更显著的效果。基于紫外辐照强度，六种有机氯胺在UV222照射下的光解速率常数（7.44?×?10^–4–3.28?×?10^–3 cm² mJ^–1）明显高于在UV254照射下的光解速率常数（3.78?×?10^–4–2.34?×?10^–3 cm² mJ^–1）。这种增强效应主要归因于UV222下更高的表观量子产率。}

作者贡献声明

贾明凯：撰写初稿、数据可视化、验证、实验设计及数据整理。张玉良：方法学设计、数据分析。张新宇：撰写、审稿与编辑、实验设计。李万鑫：撰写、审稿与编辑、软件使用。尹然：撰写、审稿与编辑、实验监督、资源协调、项目管理及概念构思。任新坤：撰写、审稿与编辑、项目协调、资金筹集及概念构思。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益冲突或个人关系。

致谢

本研究得到了中国国家自然科学基金基础科学中心项目（项目编号：52388101）、江苏省自然科学基金（项目编号：BK20232017、BK20241218）、中央高校基本科研业务费（项目编号：4919/14380002、4919/14380005、4919/14380009）以及苏州市创新创业领军人才计划项目（项目编号：ZXL2024358）的资助。