碘化造影剂在UV/氯体系中降解机制与高毒性含碘副产物产生特性

Iodinated X-ray contrast media (ICM) are widely detected in the water environment with high stability. The iodine intermediates of unknown morphology leads to a high risk of iodine by-products (I-DBPs) generation in traditional chlorine disinfection process. I-DBPs are highly toxic and have a great impact on the quality of drinking water, which has received a great attention. UV/chlorine process has been widely used in water treatment plants. However, the degradation efficiency of ICM and the generation characteristics of I-DBPs in UV/ chlorine process are still unknown. Typical ICMs are selected to: (i) investigate the degradation efficiency of ICM in UV/chlorine process and the effects of water matrix on them, and the relative contributions of reactive species were evaluated therein. (ii) identify the oxidation products and assess the degradation pathways of ICM in UV/chlorine process, and analyze the toxicity changes in ICM solutions after chlorination and UV/chlorine disinfection. (iii) analyze the reaction mechanism of radicals (i.e., HO·, Cl·, Cl2-·, and ClO·) and ICM, and clarify the transformation of iodine species during ICM degradation. These results would help to objectively evaluate the advantages and risks of UV/chlorine treatment for ICM-containing water, and provide theoretical basis for the scientific application of UV/ chlorine.

碘化造影剂（ICM）在水环境中被广泛检出且稳定性较高，其在常规氯消毒环节具有较大的碘代副产物（I-DBPs）生成风险，I-DBPs毒性很强，对饮用水水质影响较大，是当前研究关注的热点。近些年水厂中广泛采用UV/氯工艺，而ICM在UV/氯工艺中的降解效能及I-DBPs的生成特征未知。本课题选取典型ICM作为研究对象，考察水中背景物质对ICM在UV/氯体系中降解效能影响，明确活性自由基对ICM降解贡献；通过氧化产物分析推测ICM降解途径和生成的I-DBPs生物毒性；解析UV/氯体系中HO·、Cl·、Cl2-·和ClO·与ICM反应机制，阐明ICM降解过程中碘元素的转移机理。课题研究成果有助于客观评估UV/氯工艺处理含ICM水体的优势及风险，为UV/氯技术的科学运用提供理论支持。

水体中含碘有机物由于其“三致”危害受到了水处理领域广泛的关注和研究。UV/氯高级氧化技术作为一种新型的水处理技术，可以产生羟基自由基和多种活性氯自由基。UV/氯工艺有较好的氧化去除有机物能力，为水体中含碘有机物的有效降解提供了新的思路。本研究考察了UV/氯对典型含碘有机物的降解效能，研究了水体中的不同背景成分对含碘有机物降解效能的影响，并且通过添加不同自由基捕获剂进一步分析了水体中不同氧化成分对含碘有机物的降解贡献差异，解析了典型含碘有机物在UV/氯体系中的生成产物和降解路径，明确了含碘有机物在UV/氯体系中的降解转化机制。此外，项目对比研究了UV/氯体系降解含碘有机物前后水体生物急性毒性变化。.研究结果表明UV/氯氧化体系中主要活性物质有HO•、ClO•、O3、Cl•和Cl2-•，对照组实验中HO•和ClO•对碘帕醇的降解起主要作用，这两种自由基的贡献率分别为34.45%和41.31%，Cl•和Cl2-•对碘帕醇的贡献率达到了22%，体系中产生的臭氧对碘帕醇降解的贡献较低。氯氧化剂投加量的增加能够促进体系中活性物质的稳态浓度，对ClO•的贡献率促进作用更为明显。随着氧化体系中水体pH从5增加到9，HO•和ClO•对碘帕醇的降解贡献率显著降低，而在碱性条件Cl2-•对碘帕醇的降解起到了显著作用。体系中阴离子如Cl-和CO32-/HCO3-的引入能够促进Cl2-•和CO3-•生成，但是对体系中碘帕醇的降解没有明显的抑制作用。相对于Cl2-•，水体中天然有机物浓度的增加对ClO•和Cl•抑制作用较大。此外，通过对碘帕醇在UV/氯体系降解过程中15种有机产物和无机产物的鉴定，推测碘帕醇在体系中的降解主要通过夺氢反应、脱卤反应、酰胺水解反应以及氨基氧化反应。急性毒性实验结果表明碘帕醇的降解过程中水体急性生物毒性没有明显的增加，但是碘帕醇降解过程中无机产物HOI的迅速累积所可能造成的环境生态风险需要受到重视。.本项目支持下，共发表高水平论文9篇（均标注本项目），申请发明专利4项，培养硕士研究生3名。