新西兰奥克兰大学Lokesh Padhye团队与天津大学孙佩哲合作在Critical Reviews in Environmental Science and Technology（CREST，《环境科技评论》）期刊发表题为“水中亚硝胺消毒副产物——前体、赋存状态、氧化过程和无机离子的作用（Aqueous N-nitrosamines: Precursors, occurrence, oxidation processes, and role of inorganic ions）”的重磅综述。亚硝胺是饮用水和废水消毒过程中产生的一类重要的高致癌性副产物。世界卫生组织（WHO）、美国、加拿大等对于饮用水中N-亚硝基二甲胺（N-Nitrosodimethylamine，NDMA）等亚硝胺物质的最高允许浓度均低于100 ng/L，远低于水中其他污染物限值。尽管已有文献对水处理过程中亚硝胺的形成过程进行了综述，然而目前尚缺乏环境中普遍存在的无机离子对亚硝胺形成的影响机制的系统分析。在这篇综述中，我们总结梳理了多种常见消毒过程（氯、氯胺、二氧化氯、臭氧和高级氧化）中亚硝胺的形成/削减过程以及水中无机离子（溴离子、硝酸根离子、铵根离子、磷酸根离子等）的影响。
图1 图文摘要
亚硝胺前体。不同于三卤甲烷、氯乙酸等传统消毒副产物的前体物为天然有机质，亚硝胺的前体物一般为人工合成的化学品。例如，在自由氯消毒过程中，有机胺、高分子化合物、药品、农药等均可转化为亚硝胺。其中，小分子有机胺（如DMA）转化成为NDMA的产率高达20~30%。
无机离子影响亚硝胺形成。溴离子主要通过转化次氯酸或氯胺为次溴酸或溴胺提升消毒剂与亚硝氮前体的反应活性，从而增加水消毒过程中亚硝氮的最终产率（图1）。然而，目前大多数实验研究都是在高浓度溴化物条件下进行的。这虽然有助于了解亚硝胺的形成机制，但是难以评估真实环境中亚硝胺的形成风险。
水中无机氮（亚硝氮、硝氮、氨氮）的种类和浓度显著影响亚硝胺的形成途径和产率。其中，亚硝氮和氨氮可与次氯酸或臭氧形成具有高反应活性的含氮中间体，如NH₂OH、N₂O₄等（图1）。这些高活性物质与水中含有伯胺基团的有机物形成亚硝胺。其他水中常见离子如磷酸根、碳酸根、硫酸根主要通过改变一氯胺与二氯胺的平衡影响亚硝胺的形成过程（图1）。此外，一些还原性阴离子可作为自由基淬灭剂，减少亚硝胺前体的形成，从而降低亚硝胺的最终浓度。在无机离子中，溴化物和无机氮形态对消毒过程中亚硝胺形成的影响研究较多。然而，在真实环境中，无机离子的作用及其反应机制需要更多的研究。虽然在源水中较低浓度无机离子不太可能显著影响亚硝胺的形成，但废水中较高浓度的无机离子可能会在废水消毒期间显著影响亚硝胺的形成。因此，在消毒前去除某些促进亚硝胺生成的无机离子可作为亚硝胺阻控的一种替代策略。此外，在无机离子存在的情况下，臭氧氧化和二氧化氯氧化的NDMA形成机制尚不明确，需要进一步研究。
Lokesh Padhye，新西兰奥克兰大学土木与环境学院高级讲师（Senior Lecturer），博士生导师。博士毕业于美国佐治亚理工学院，主要从事新兴污染物的水污染化学和环境修复方面的研究。孙佩哲，特聘研究员、天津大学“北洋学者”、博士生导师。主要从事药物类污染物环境行为和污染控制的研究。在环境领域顶级期刊Environ. Sci. Technol. 和Water Res.上发表论文30余篇，H因子29。担任ACS ES&T Water编委及Environ. Sci. Technol.青年编委。
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