随着全球水资源的短缺，再生水回用受到了越来越多的关注。市政污水水量大、处理成本相对较低，已成为再生水回用的主要对象。传统的水处理工艺很难有效地去除市政污水中的微污染物（如药物和个人护理品等），这些物质的暴露可能会对生态环境和人体健康带来一定的风险。臭氧被广泛应用于市政二级出水的深度处理以降低环境风险，但目前对于臭氧化过程中出水有机质（EfOM）的分子转化规律缺乏分子层面的认知，导致相关技术的开发缺乏扎实的基础支撑。
近期，潘丙才教授课题组利用傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICR-MS）、紫外光谱和荧光光谱对两个市政污水处理厂二级出水中的EfOM在臭氧化处理前后的变化进行了系统探究。在四种臭氧投加量下（0.28、0.61、0.89、1.21 mg O3/mg DOC），被去除的物质主要是不饱和、还原态的物质，而生成物质则主要是饱和、氧化态的物质；芳香物质和荧光物质的去除率均随臭氧投加量的增加而增大。利用统计学分析方法结合18种常见的臭氧反应作为基础，对EfOM臭氧化过程的分子转化规律进行了探究，结果表明“+3O”的反应数最多，其余的加氧反应（如+2O、+H2O等）数也相对较多。在不同类别物质中（CHO、CHON、CHOS和CHONS），CHON类物质发生的反应总数最多，说明其反应活性相对较高。此外，脱环丙基反应（−C3H4）在CHON类物质中发生数较多；氧化脱磺酸基反应（−SH2）在CHOS类物质中发生数较多；氧化脱氨基反应（−NH3 + O2）则在CHONS类物质中发生数较多。再者，本研究还发现了典型光谱学参数和重要分子水平参数之间具有显著的相关性。这一研究可为预测和判断复杂反应体系中的分子转化规律提供方法参考。
图1.（上）市政二级出水臭氧处理流程示意图，（下左）臭氧处理前后EfOM的分布图，
（下右）四种臭氧投加量下18类反应数目图
上述研究成果以“Unveiling the transformation of dissolved organic matter during ozonation of municipal secondary effluent based on FT-ICR-MS and spectral analysis”为题，近日被环境领域知名期刊Water Research正式接收。课题组博士生张炳亮为该论文的第一作者，潘丙才教授为通讯作者。单超特任副研究员、博士生汪舒和方卓尧为该论文的共同作者。研究得到了国家杰出青年基金和国家重点研发计划的资助。