大环内酯类抗生素在饮用水处理过程中的污染特征及其氯化反应机制

饮用水处理过程中抗生素的污染问题引起了人们的广泛关注.监测了6种大环内酯类抗生素（脱水红霉素、克拉霉素、竹桃霉素、罗红霉素、柱晶白霉素和泰乐菌素）在2座饮用水处理厂中的污染情况,并考察了典型大环内酯类抗生素泰乐菌素在氯化消毒处理过程中的反应特性.结果表明,6种大环内酯类抗生素均能在饮用水处理过程中检出,但是其浓度普遍较低,进出水中的浓度范围分别为0.18~3.97 ng ·L^-1和0.02~1.91 ng ·L^-1.6种大环内酯类抗生素在饮用水处理过程中的去除率相差较大,在18%（竹桃霉素）~100%（脱水红霉素）范围内.6种大环内酯类抗生素在氯化处理过程中降解缓慢,且受水质影响较大.其中,泰乐菌素的氯化降解遵循二级反应动力学模式,测得pH 7.0条件下二级反应动力学速率常数为0.77 L ·（mol ·s）^-1.监测到的9种泰乐菌素氯化降解产物,反应途径主要包括叔胺羟基化、芳族氧化和内酯环环氧化加成等.     

氯/氯胺和紫外顺序消毒对管网抗性基因的去除

为探究供水系统中氯/氯胺与低压紫外顺序消毒对抗生素抗性基因(ARGs)分布特征的影响,采用生物膜反应器模拟供水管网,对管网出水和生物膜进行60mJ/cm²低压紫外线(254nm)消毒,并利用高通量定量PCR技术检测模拟管网进、出水及生物膜内的典型ARGs和遗传原件(MGEs).结果表明,管网反应器运行150d,氯和氯胺管网出水ARGs总相对丰度分别为0.13和0.137,生物膜ARGs分别为2.45和0.277,表明供水管网中低剂量的氯或氯胺可有效降低水相和生物膜相中ARGs的相对丰度达90%,且氯胺消毒对生物膜中的ARGs控制作用更显著.氯和氯胺消毒后管网出水再经低压紫外线照射后,ARGs相对丰度分别为0.0682和0.0537,管网生物膜中ARGs的相对丰度分别为2.01和0.194.ARGs与MGEs间的相关性发生显著变化,转座子与strB和mepA的相关性增强,与ermX和tetM相关性减弱,而整合子与acrF、cmlA1-01、oprJ及tolC-01的相关性增强.研究表明,将紫外线消毒工艺设置在用水终端可以显著降低氯和氯胺管网水中ARGs丰度,但对管网生物膜中的ARGs影响较小.     

KMnO4-PAC对高原喀斯特湖库DOM的DBPsFP控制

以云贵高原典型喀斯特湖库红枫湖取水口溶解性有机质（DOM）为研究对象,调查不同组合方式下高锰酸钾-聚合氯化铝（KMnO₄-PAC）对消毒副产物的生成潜能（DBPsFP）变化和平均组成分布,并通过红外光谱（FTIR）和三维荧光光谱（3D-EEM）对部分样品进行化学表征,推断其影响机制.结果表明：在0.1,0.2,0.4mg/L KMnO₄投加量下,DBPsFP降低17.5~73%,DOM的卤代活性化学结构和官能团部分被有效钝化;PAC的网捕和卷扫效应使DBPsFP进一步减少27.9~86.1%,组合工艺对DBPs的生成潜能影响大小为：三卤甲烷（THM₄） > 卤乙酸（HAA₉） > 卤乙腈（HAN₄）/卤代酮（HK₂）/三氯硝基甲烷（TCNM）.FTIR的结果表明预氧化后3300cm^-1处的透过率降低,指纹区1000~1300cm^-1处的峰频提升,表明分子中的O-H、COOH和C-O官能团增加,共轭不饱和结构在KMnO₄作用下部分消失.3D-EEM验证了外源有机物（腐殖酸）在DOM中占比随KMnO₄浓度梯度升高而下降,同时类蛋白结构的吸收峰强度增加,说明最终DBPs贡献可能源于DOM中剩余的小分子类蛋白（氨基酸）.     

Silica-quaternary ammonium “Fixed-Quat” nanofilm coated fiberglass mesh for water disinfection and harmful algal blooms control

Intensification of pollution loading worldwide has promoted an escalation of different types of disease-causing microorganisms, such as harmful algal blooms(HABs), instigating detrimental impacts on the quality of receiving surface waters. Formation of unwanted disinfection by-products(DBPs) resulting from conventional disinfection technologies reveals the need for the development of new sustainable alternatives. Quaternary Ammonium Compounds(QACs) are cationic surfactants widely known for their effective biocidal properties at the ppm level. In this study, a novel silica-based antimicrobial nanofilm was developed using a composite of silica-modified QAC(Fixed-Quat) and applied to a fiberglass mesh as an active surface via sol–gel technique. The synthesized Fixed-Quat nanocoating was found to be effective against E. coli with an inactivation rate of 1.3 × 10~(-3) log reduction/cm min. The Fixed-Quat coated fiberglass mesh also demonstrated successful control of Microcystis aeruginosa with more than 99% inactivation after 10 hr of exposure.The developed antimicrobial mesh was also evaluated with wild-type microalgal species collected in a water body experiencing HABs, obtaining a 97% removal efficiency. Overall,the silica-functionalized Fixed-Quat nanocoating showed promising antimicrobial properties for water disinfection and HABs control, while decreasing concerns related to DBPs formation and the possible release of toxic nanomaterials into the environment.     

高藻水臭氧预氧化过程有机物转化及消毒副产物生成势

研究了高藻水预氧化处理过程中,不同臭氧氧化程度及不同pH值条件下,藻类有机物释放与转化规律以及氯化消毒副产物(DBPs)的生成特性.结果表明,臭氧投加量为28.92 mg·L-1时藻去除率达36%.随着臭氧投加量的增加,藻的去除率进一步增加,类腐殖酸先增加后持续减少,溶解性微生物代谢产物、类富里酸和类芳香蛋白物质持续减少;低投加量的臭氧对二氯乙腈(DCAN)、三氯乙腈(TCAN)生成势有明显的控制作用,但会增加三氯硝基甲烷(TCNM)以及1,1,1-三氯丙酮(1,1,1-TCP)前体物,随臭氧投加量增大,DBPs生成势显著增大.酸性条件下臭氧对藻的去除效果最好,UV254以及总有机碳(DOC)均随pH的增大有所上升,但变化较小;臭氧氧化可降解溶解性微生物代谢产物,降解效果受pH影响较小,类腐殖酸有机物随pH值增大而减少;DCAN、TCAN生成势随pH增大有所降低,TCNM生成势在pH=10条件下最高,1,1,1-TCP生成势在pH=7条件下最高.     

长三角部分水源水氯化消毒后卤乙酸形成的多元回归模型研究

以长三角比较有代表性的3处水源(太湖、钱塘江、金兰水库)为实验对象,研究不同消毒条件下9种卤乙酸(haloacetic acids,HAAs)的形成及其影响因素,并通过建立多元回归模型来评估水源水氯化后HAAs的形成.结果表明:HAAs的形成水平依次为太湖钱塘江金兰水库,且均以二卤乙酸(dihaloacetic acid,DHAA)、三卤乙酸(trihaloacetic acid,THAA)为主.二氯乙酸(dichloroacetic acid,DCAA)、总二卤乙酸(ΣDHAA)、HAA5(USEPA规定的5种HAAs)、HAA9(9种HAA的简称)的回归模型具有良好的预测潜力,准确率达83.3%~94.4%,而三氯乙酸(trichloroacetic acid,TCAA)、一溴二氯乙酸(bromodichloroacetic acid,BDCAA)、ΣTHAA(总三卤乙酸)模型的预测准确率较低,只有47.2%~61.1%.根据偏相关系数分析,影响DCAA、ΣDHAA、HAA5的关键的因子是溶解性有机碳;影响TCAA、ΣTHAA、HAA9的关键的因子是投氯量;影响BDCAA形成的最关键因子是溴离子.     

Monohalogenated acetamide-induced cellular stress and genotoxicity are related to electrophilic softness and thiol/thiolate reactivity

Haloacetamides(HAMs) are cytotoxic, genotoxic, and mutagenic byproducts of drinking water disinfection. They are soft electrophilic compounds that form covalent bonds with the free thiol/thiolate in cysteine residues through an S_N2 reaction mechanism.Toxicity of the monohalogenated HAMs(iodoacetamide, IAM; bromoacetamide, BAM;or chloroacetamide, CAM) varied depending on the halogen substituent. The aim of this research was to investigate how the halogen atom affects the reactivity and toxicological properties of HAMs, measured as induction of oxidative/electrophilic stress response and genotoxicity. Additionally, we wanted to determine how well in silico estimates of electrophilic softness matched thiol/thiolate reactivity and in vitro toxicological endpoints.Each of the HAMs significantly induced nuclear Rad51 accumulation and ARE signaling activity compared to a negative control. The rank order of effect was IAM BAM CAM for Rad51, and BAM ≈ IAM CAM for ARE. In general, electrophilic softness and in chemico thiol/thiolate reactivity provided a qualitative indicator of toxicity, as the softer electrophiles IAM and BAM were more thiol/thiolate reactive and were more toxic than CAM.     

单过硫酸氢钾复合粉在饮用水消毒过程中的副产物生成特性及遗传毒性变化

以北京田村山净水厂原水和炭后出水作为试验用水,对新型消毒剂单过硫酸氢钾复合粉消毒后生成的消毒副产物(disinfection by-products,DBPs)进行定性分析.向受试水样中分别投加单过硫酸氢钾复合粉和次氯酸钠,比较了复合粉消毒和氯消毒的DBPs生成量,并通过umu试验对水样消毒后的遗传毒性变化进行测试.结果表明,测试水样投加单过硫酸氢钾复合粉消毒前后的有机物种类变化不大,但仍有新的卤代烃和卤代物生成.与氯消毒相比,单过硫酸氢钾复合粉消毒后生成的三卤甲烷(THMs)和卤乙酸(HAAs)的含量更低.另外,根据umu测试的结果,经单过硫酸氢钾复合粉消毒后原水和炭后水的遗传毒性均明显低于氯消毒.然而在水中有机物较多和消毒剂投加量较大时,单过硫酸氢钾复合粉用于消毒仍有一定安全风险.     

污水再生过程中消毒副产物前体物转化规律

采用大孔吸附树脂将污水中的消毒副产物(DBP)前体物分离为亲水性物质(HPI)、强疏水性物质(HPO)和弱疏水性物质(TPI)这3个组分,通过三维荧光光谱、傅里叶红外光谱和核磁共振对再生水处理各沿程前体物进行表征,并测定各沿程出水的消毒副产物生成势(DBPFP).结果表明,生活污水中DBPs前体物主要组分为腐殖质和脂肪烃,以HPI为主.一级处理(沉淀)基于HPO与水互斥的物理性能对疏水性腐殖质有较好的去除效果,腐殖质的去除会导致含碳消毒副产物生成势(CDBPFP)的降低.此外由于DON/DOC的增加,含氮消毒副产物生成势(N-DBPFP)有所增加.二级处理(生物处理)对腐殖质和脂类均有较好的去除效果,但会产生大量疏水性的溶解性微生物产物(SMP),因此生物处理后DBPs前体物主要表现为疏水性.SMP的累积会导致C-DBPFP和N-DBPFP的大幅增加.深度处理(滤布滤池)能截留部分腐殖质和疏水性的SMP,因此前体物HPO占比减少,HPI占比增加.深度处理可以通过对SMP的去除来降低C-DBPFP和N-DBPFP.     

化学预氧化对苏氨酸生成三氯乙醛的影响

以具有最大比三氯乙醛生成潜能(SCHFP)的苏氨酸为研究对象,分析了次氯酸钠(NaClO)、二氧化氯(ClO_2)、高锰酸钾(KMnO_4)、过氧化氢(H_2O_2)、臭氧(O_3)和臭氧过氧化氢(O_3/H_2O_2)等预氧化剂对三氯乙醛(CH)生成的影响,以确定合适的预氧化剂及其适宜投加量,为CH的控制提供指导.结果表明,能够有效去除一天CH生成量(CH1d)的预氧化方式依次为H_2O_2、ClO_2、KMnO_4和NaClO,适宜投加量分别为3、0.5、0.6和0.5mg·L-1,对CH1d相应的去除率分别为61.54%、47.63%、29.77%和10.94%;能够有效去除CH生成潜能(CHFP)的预氧化方式依次为KMnO_4、NaClO、H_2O_2和ClO_2,适宜投加量分别为0.6、0.5、3和0.5mg·L~(-1),对CHFP相应的去除率分别为41.01%、33.38%、8.36%和2.40%;O_3和O_3/H_2O_2预氧化能够使CH1d和CHFP增加,不适用于对CH的控制.