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揭示用于跟踪污水处理厂水中总N-亚硝胺前体氧化处理的基于尺寸分辨荧光的测量方法

Erin M. Needham，dagger;Adrian Fernandez de Luis，Dagger;Justin R. Chimka，Dagger;及Julian L. Fairey*,dagger;

dagger;美国阿肯色州费耶特维尔市阿肯色大学土木工程系

Dagger;美国阿肯色州费耶特维尔市阿肯色大学工业工程系

摘要：N-亚硝胺是氯胺化过程中产生的一组无卤消毒副产物，特别是在受污水处理厂(WWTP)废水影响的饮用水中尤为常见。在这里，我们揭示了一种大小可分辨的基于荧光的前体替代物，用于通过氧化处理跟踪总N-亚硝胺形成电位(TONOFP)。样本分别处于7个污水处理厂最终的污水和最后的消毒之前(即二次废水)。非对称流场流分离技术(AF4)，在激发和发射波长分别为280和340 nm处进行内联荧光检测（即I280/340），显示富含蛋白质的天然有机物峰值在10-445和445-1500kDa之间。在pH为7的条件下，通过化学发光法对加入250毫克/升的Cl2一氯胺的样品进行7天的TONOFP测定。AF4 I280/340（即曲线下面积和峰高）和I257/277 （全水激发-发射矩阵）的指标在多变量模型中得到利用，用以发展与TONOFP的相关性。处理后出水的TONOFP除以二次出水的TONOFP（即调压比）与AUC模型在10minus;445 kDa峰值、最大峰值高度和I257/277.上有很强的相关性（R2 = 0.996; p = 0.000）。这个TONOFP前体替代物需要2ml样品，并且在评估氧化处理对N-亚硝胺前体浓度的影响方面具有转换性。

1. 介绍

受污水处理厂（WWTP）排放影响的饮用水源含有富含有机氮的天然有机物（NOM）。对含有来自WWTP的NOM的水进行氯胺化，以及在较小程度上进行臭氧化、氯化和二氧化氯消毒，会导致形成N-亚硝胺，一种无卤消毒副产物（DBPs）。尽管它们是在低毫微克/升的水平上形成的，但是N-亚硝胺的高毒性使人们考虑对饮用水进行管制。饮用水中最常见的N-亚硝胺是N-亚硝基二甲胺(NDMA)，但Mitch及其同事的研究表明，在氯胺系统中，NDMA可能仅占总N-亚硝胺(TONO)的约5%。

TONO前体的光谱替代物的发现，可能对开发抑制N-亚硝胺的处理工艺具有革命性意义。通常，TONO测量需要0.5-1.0升的样品，并且需要一两周的时间来完成，这限制了在实验室规模的处理过程中对TONO前体去除的评估。类似于三卤甲烷（TTHMs）和二卤乙腈（DHANs）的前体替代物，一种有用的替代物将包括在氯胺化前对水体的光谱测量，其与TONO形成电位（TONOFP）密切相关。初步研究表明，与TONOFP只有中度荧光相关性（Rlt; 0.50），但最近的研究指出了一个可能的改善。Wang等人的研究表明，由于荧光猝灭，腐殖质的存在导致对蛋白质的低估（35-52%）。这是值得注意的，因为类似蛋白质的荧光团可能是TONO前体的来源。

为了量化真实的（即未猝灭的）蛋白质，Wang等人建议通过利用其大小分布的差异来分离类腐殖质和类蛋白质组分。由于蛋白质的分子量比腐殖质的分子量大，因此在荧光测定之前进行基于大小的分离有助于更准确地评估类蛋白质荧光团。非对称流场流分离技术(AF4)是一种流动驱动分离技术，已用于测量NOM大小分布，不需要样品预浓缩和小样品体积(~0.5毫升)。使用内嵌荧光检测(FLD)的AF4可以从干扰腐殖质中分离出潜在的特征蛋白类荧光团，但是据我们所知，没有研究使用这种技术来评估TONO前体。

本研究的目的是利用基于AF4的蛋白质类荧光团指标来开发TONO前体替代物。在氧化处理前后，对污水进行AF4-FLD断口分析。对这些样品进行氯胺化处理后，通过化学发光法测定TONOFP，并通过单次回归和多次回归来寻找相关性。所得的TONO前体替代物可用于评估N-亚硝胺前体浓度氧化处理的影响。

1. 材料和方法

2.1.样本描述和水质测量。从7个污水处理厂收集了14个样品水，分别来自每个工厂的污水（称为最终污水），在最终消毒过程（称为二次污水）之前，包括紫外线、臭氧化和氯化。表1提供了关于样品水的详细信息。样品水用0.45微米聚醚砜(PES)膜过滤，用500毫升毫当量水预冲洗，并在使用前储存在4℃的黑暗中的低密度聚乙烯罐中。原水特性在收集时进行了测量，并总结在表1、S1和S2中。除TDN外，其他的荧光激发-发射矩阵(EEMs)和水质参数都是按照Needham等人描述的方法进行测量，详见支持信息。溶解有机氮(DON)计算为TDN和无机氮之间的差异（表1）。

表1 样本水质特征及收集详情