转自：水与土壤
【研究背景】
气候变化导致农业中农药和化肥的使用增加，导致接收农业径流的水生生态系统中农药和硝酸盐水平升高。
气候变化影响地表水化学，并通过温度、降水制度和人为活动的变化增加各种污染物的存在。气温上升加剧了农业活动，而降水模式的变化则导致更多的渗透和径流。因此，更多的杀虫剂和化肥被引入地表水中。农药的存在，即使在低浓度ng/L至μg/L的情况下，也会对受纳水体和用水者构成重大的生态和健康风险，特别是当水被用作饮用水源时。传统的饮用水处理工艺在去除这些农药方面效果不佳，需要先进的处理来应对这一挑战。
基于紫外线的高级氧化工艺（UV-AOPs）是饮用水处理中有机污染物修复的有前景的技术。UV-AOP通过直接的UV光解和氧化剂前体（如过氧化氢、氯和过硫酸盐）的UV光解产生的反应物种的氧化来降解污染物。尽管UV-AOP已经在实验室规模上得到了很好的研究，但它们的实际应用是有限的，这可能是由于实施这些工艺的高能量和化学需求。与其添加化学物质，不如利用水中天然存在的基质成分作为氧化剂前体来产生反应性物种，这将减少化学物质的需求，提高紫外线吸收塔的可持续性。
【研究要点】
证明硝酸盐的远UVC（UV222）光解可以快速降解地表水中的四种农药，降解速率常数比硝酸盐的UV254光解高37.1-144.75倍。农药降解的改善不仅是由于与UV254相比，UV222的直接光解作用增强，还由于UV222/硝酸盐过程中羟基自由基（HO•）和活性氮物种（如NO2•和ONOO-）的产生增加。
确定了222 nm下硝酸盐光解的固有量子产率，并将这些值纳入动力学模型，从而可以准确预测硝酸盐的光解和反应物种的产生。虽然活性氮物种主要有助于UV222/硝酸盐过程中的农药降解，但它们也会导致硝化副产物的形成。使用稳定同位素标记的硝酸盐（15NO3-）结合质谱，我们证实硝化副产物是由硝酸盐光解产生的活性氮物种形成的。此外，证明UV222/硝酸盐过程增加了在真实地表水中后氯化过程中高毒性含氮氯化产物（如三氯硝基甲烷）的形成潜力。
【环境意义】
这项研究表明，硝酸盐可能是UV222驱动的水处理过程的“朋友”，也可能是“敌人”。硝酸盐的UV222光解会产生高浓度的RNS和HO，对有机化合物具有中等到高的反应性，这表明UV222/硝酸盐过程可以作为一种高级氧化过程，用于减少地表水或再生水中的微污染物。当前版本的动力学模型可用于预测相对清洁的水中（如反渗透渗透水）反应物种的产生。确定RNS对未经测试的微污染物以及溶解有机物（DOM）的双分子速率常数至关重要，以扩大模型在预测不同水质条件下微污染物降解的适用性。虽然这项研究通过探针化合物的降解支持了UV222/硝酸盐系统中RNS（如NO2•）的存在，但未来的研究可能会受益于使用电子顺磁共振检测RNS（例如NO2•），以进一步证实这些自由基的存在。这项研究还表明，硝酸盐（5.0 mg N L-1）的UV222光解产生的RNS与有机化合物的富电子部分（如酚基）反应，形成硝化/亚硝化副产物。这些副产物本质上是有毒的，同时在氯化后阶段可以进一步转化为剧毒的消毒副产物（如三氯硝基甲烷）。请注意，美国环保局和中国都为饮用水中的硝酸盐设定了一个可执行的标准（最大污染物水平），即10 mg N L–1，（1–3），在该浓度下，经UV222驱动工艺处理后，含氮副产品的形成将是一个问题。硝酸盐浓度和DOM类型对含氮副产物形成的影响值得进一步研究。除了众所周知的三卤甲烷和卤乙酸外，经UV222/硝酸盐处理后，含DOM的水中可能会产生新的N-DBP。需要解决这些新N-DBP的结构鉴定和毒理学评估问题，以更好地揭示其对人类健康的风险。
这项研究的结果也可能对游泳池水处理产生广泛的影响。硝酸盐倾向于在游泳池中积累，作为游泳者引入游泳池的有机氮化合物氧化的（相对）稳定产物。（59）基于中压汞灯的紫外线系统通常用于处理游泳池水。MP汞灯的输出在UV-C范围内。此外，在游泳池水样本中发现了避蚊胺，主要是在夏季，当它被应用于人体皮肤以防止蚊子和其他昆虫时。（60）因此，预计在MP-UV消毒过程中，DEET会在富含硝酸盐的池水中降解，而这一过程中N-DBP的形成需要进一步通知。
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