光致氯生水合电子协同紫外光去除回用水中二甲基亚硝胺的研究

污水厂出水消毒回用产生大量低浓度高致癌风险的二甲基亚硝胺（NDMA），成为水源水NDMA的主要来源，严重威胁到水环境安全。针对NDMA现有降解技术效率低、产生次生污染物二甲胺的问题，根据NDMA具有紫外吸收和易受亲核试剂进攻的两大分子结构特点，提出光致水合电子耦合紫外光降解NDMA的新思路。鉴于水合电子前驱物KI具有环境污染、价格贵和易氧化的弊端，提出利用环境中的氯离子代替KI光解产生水合电子用于NDMA降解。.探讨耦合技术降解NDMA关键因子的影响机制及能效关系；利用LC/MS/MS和15N示踪分析稳态产物、采用时间分辨吸收光谱和ESR捕捉瞬态粒子，阐明降解机理；通过控制pH值，调控氯元素形态，控制氯分子生成，促进氯离子高效循环，从而消减消毒副产物生成，增加新生态水合电子浓度，提高降解效率。项目成果不仅可为该技术去除NDMA提供理论指导，且有助于发展以水合电子为核心的新型还原技术与理论。

N-二甲基亚硝胺(N-Nitrosodimethylamine，NDMA)作为饮用水中一种潜在的致癌物质，越来越受到人们的关注。鉴于NDMA消毒副产物易还原和具有共轭键的特点，开发了紫外光致水合电子还原降解NDMA的方法（UV/NaCl，UV/KI），分析了该工艺降解NDMA的效果，研究了光还原降解NDMA的关键性因素，并通过中间产物分析探讨了光致水合电子还原降解NDMA的机理。研究结果表明，（1）光致水合电子降解NDMA相对于其他降解工艺，具有以下两个优点：可以快速降解水中的NDMA，并且可以有效去除有害中间产物（DMA和亚硝酸盐），避免紫外光解、还原降解等技术可产生二次污染的现象；模拟氯化消毒实验表明，紫外光致水合电子技术对NDMA的再生成有很好的控制作用，降低了水体中NDMA再次生成的危险。（2）卤素离子作为光致水合电子的发生剂对反应速率有重要影响。NDMA、DMA 和NO2-去除率随着卤素离子浓度先增加，之后再增加浓度去除效率反而有所下降。当NDMA初始浓度为0.135mmol/L时，NaCl和KI的浓度分别控制在3.0和1.7mmol/L能获得较快的反应速率；NDMA去除率受反应初始pH值的影响较大，随着pH值升高而升高。在实验控制的pH范围内，pH值升高，DMA的生成量降低；pH值对NO2-的最大生成量影响不大，但是NO2-的降解速率随着pH值的升高而加快。温度对紫外光致水合电子降解NDMA的影响主要表现为对反应速率的促进作用；但是温度升高，体系中的DMA污染物易挥发，不利于污染物的最终降解。（3）通过捕捉瞬态和稳态中间产物，分析碳素和氮素质量平衡，探讨光致水合电子降解NDMA的机理：NDMA分子中的N-N键在UV和水合电子共同作用下发生异裂，生成中间产物DMA和NO2-。中间产物DMA和NO2-被水合电子进一步还原降解，最终生成了NH4+和HCOO-。N元素质量的缺失表明：除了NH4+外可能还有其他含氮气体物质生成。光致水合电子还原技术可有效地去除水中NDMA污染，降低其再生成的可能性，课题研究成果可为一步提高饮用水水质、降低饮用水安全风险提供理论和技术支持。