為了服務更多水行業 技術人員，《凈水技術》雜志社以我國一線水行業技術工作者對最新科研成果與動態的求知需求為出發，按主題的形式對過去一年周期內的最新SCI文獻成果進行梳理，力求通過專題式的信息為廣大讀者提供更為聚焦的幫助。
美國《科學引文索引》（Science Citation Index, 簡稱 SCI ）于1957 年由美國科學信息研究所（Institute for Scientific Information, 簡稱 ISI）在美國費城創辦，是由美國科學信息研究所（ISI）1961 年創辦出版的引文數據庫。SCI（科學引文索引）與EI（工程索引）、ISTP（科技會議錄索引）被并稱為世界著名的三大科技文獻檢索系統。
利用差示吸光度估計飲用水中氯化消毒副產物的濃度：關鍵回顧和研究需求
Nicolas Beauchamp, Caetano Dorea, Christian Bouchard & Manuel Rodriguez
（Departement de genie civil et de genie des eaux, Universite Laval, Quebec, Canada）
Critical Reviews in Environmental Science and Technology ；2018：1-32.
本文翻譯：賴竹林
本文獻綜述，重點關注使用△A作為估算飲用水中DBP濃度的方法。簡要概述了紫外可見吸收的化學現象和天然水的紫外可見光譜，隨后回顧了△A和DBP濃度之間的關系，以及影響這些關系的因素。提出并討論了未來的研究目標和需求，特別是彌補了作為DBP前體的替代品及其在全面飲用水設施中的應用的理解中的差距。
飲用水中的紫外-可見吸光度現象
飲用水中的常規分光光度法
微生物的DNA也吸收250-270 nm區域的紫外線。在250和290 nm之間的UV光譜區域通常被認為是芳香碳存在的指標。Edzwald等人引入了特定UV吸光度（SUVA）作為NOM反應性和可處理性的替代參數，其是UV254和DOC濃度的比率。由于水處理過程中廣泛使用的凝結和絮凝過程受到原水中NOM濃度的影響，因此從UV254原水監測中收集的信息已被用于調節混凝劑劑量以控制沉降水中的NOM去除。此外，文獻中還發現了UV254，SUVA與總有機鹵化物（TOX）和DBP形成電位之間的許多線性相關性。這解釋了為什么用UV254或SUVA作為許多預測DBP濃度的經驗模型的預測參數。盡管如此，所有與UV254或SUVA的DBP形成的潛在相關性都依賴于所研究的水和確定相關性的實驗條件。此外，它們不能用于預測給定采樣點處的DBP濃 度，而只能用于評估和比較NOM的反應性。
與DBP濃度的差異吸光度關系
氯劑量：已知較高的氯劑量可加速DBP的形成。然而，它也加速了吸光度降低的速度，并且不會改變所研究的THM，HAAs和非調節DBP的DBP-△A272關系，以及迄今為止在文獻中研究的氯劑量范圍（0.1-4.0 mg Cl / mg C）。這表明吸光度的破壞可能是導致形成單個DBP的反應途徑中的限制步驟。如果不涉及UV272減少的后續反應步驟是該途徑的限制步驟，則增加氯劑量將導致限制性中間產物的積累，并且將改變DBP-△A 272的關系，這與先前的假設和結果一致。
溴化物： 溴化物濃度對TOX-△A272關系沒有影響。△A272的測量值與前體的消失成正比，無論鹵素是否導致這種消失，并且因為TOX考慮了所有鹵化DBP，而不僅僅是氯化的DBP。但最近的一項研究發現，溴濃度在0.2至2.0 mg/L之間的增加，在破壞一定量的△A 272時，THM4的濃度顯著增加。然而，正如預期的那樣，增加溴化物濃度有利于形成單獨的溴化DBPs。由于CH是氯化的uDBP，增加溴濃度會導致CH的形成減少，并且還會改變CH-△A關系的回歸參數。鑒于溴化物也有利于其他uDBPs如N-亞硝胺的形成，可以相信這些uDBP-△A關系也會受到溴化物濃度的影響。
溫度：研究表明，在給定的反應時間內，水溫的升高會增加DBPs的產率。然而，尚不清楚吸光度損失與DBPs產率的相稱性是否恒定，還是隨溫度變化時變化。眾多研究表明，溫度對THMs和HAAs與△A 272之間關系沒有影響，除了THAA，對于任何給定的△A 272，對于任何給出反應時間，在最高研究溫度（25℃）下的濃度低于其他溫度（4和10℃）。
pH：已知pH對DBP的形態有重要影響，特別是THM和HAAs，尤其是TCAA。這主要是由于pH對參與DBPs形成的反應物(游離氯和NOM)形態，以及Morris提出的反應途徑中堿催化的步驟的影響。溶液的pH也在紫外-可見吸收現象中起重要作用。研究△A時，無論氯化反應過程中溶液的pH值如何，所有吸光度測量都必須在相同的pH值下進行，這一點至關重要。最近已經研究了這種質子化-去質子化行為，并且已經量化了其對UV-可見吸光度的影響。總之，pH值在3和5之間（pKa的羧基范圍）和8到11之間變化（酚基團的pKa范圍）意味著NOM的紫外-可見光譜顯著和一致的變化。
討論和研究需求：尋找一般的DBP-△A關系
作者認為，要實現DBP-△A關系的廣泛采用，要解決兩個主要挑戰。
（1）提高對NOM與游離氯之間反應的理解
差異吸光度背后的想法是吸光度是DBP前驅體的適當替代指標，測量△A類似于測量氯化反應消耗或破壞的前體的量。雖然芳香碳確實與DBP形成高度相關，并且芳香碳吸收波長在250和290nm之間的紫外線，也有可能并非所有前體都表現出這種方式。
為了推廣DBP-△A關系，必須對NOM結構進行更深入的表征，并更全面地了解氯與這些結構的反應性。然而，到目前為止，這些技術都沒有一種結合了測量的容易性、成本效益和紫外-可見吸光度提供的連續監測的可能性。復雜的實驗室技術在研究環境中肯定是有用的，但分光光度法仍然適用于典型的水務設施環境，在DBP形成方面提供快速、可靠和可能實時的系統性能反饋。因此，未來的研究應該尋求提高我們對NOM部分與氯之間的反應及其對紫外-可見光譜的影響的認識。這種研究可能涉及pH差分光譜，以及光譜數據的反卷積到貢獻的吸收帶以估算DBP濃度。
最后，通常在飲用水處理中使用各種氧化方法（臭氧，二氧化氯）或目前正在研究（高級氧化，催化氧化）的方法。這種通常在用氯消毒之前施用的處理方法可能對DBP前體和將與氯反應的NOM的UV-可見吸光度產生影響。關于這些過程對DBP-△A關系的影響知之甚少。
（2）在滿量程條件下應用差分吸光度
在未來的研究中應該解決的第二個挑戰是擴大技術，以便將DBP-△A關系應用于試驗和全規模設施。由于現在飲用水行業中表面原水的直接氯化較為少見，因此在未來的實驗中，應優先采用混凝、過濾或其他預處理、處理過的水進行實驗室批量氯化處理。但是，然而，在嘗試全面過渡時，可能會出現各種障礙。
第一個限制可能是在給定設施中NOM性質和水中濃度的長期或季節性變化。由于與降水，溫度或氣候模式相關的NOM部分性質可能發生季節性變化，DBP-△A關系可能會受到其擬合參數的季節性變化的影響。除了Korshin等人的一些初步工作。到目前為止，DBP-△A關系的季節變化問題尚未得到解決，因此在差異吸光度的全面應用成為可能之前需要注意。
第二個障礙可能是全面設施有時使用一種以上的消毒劑。當在同一水中使用二氧化氯或氯胺時，DBP-△A的關系與游離氯獲得的關系不同。很大程度上仍然未知如何按順序或同時添加兩種或多種不同的消毒劑會影響DBP-△A關系。此外，當僅使用游離氯作為消毒劑時，仍然不確定在處理廠的多個給料點添加游離氯，以及在分配系統中進行再氯化的做法是否會改變DBP-△A關系。因此，未來的研究應該解決設施中多個氯加藥點的影響。
另一個障礙與實驗室環境中氯化條件和全面水利用之間的差異有關。反應pH可能是最明顯的一個。雖然實驗室氯化緩沖溶液通常在反應期間保持恒定pH，但在游離氯與NOM的接觸時間內，在水處理廠和分配網絡中pH通常會變化。通常的變化是在低至中等堿度水中氯化時的pH漂移。值得關注的是，水溫也是全面設施無法控制的參數。雖然它對大多數DBP-△A關系沒有顯著影響，但溫度對HAAs的影響仍未完全理解。
第三個限制可能是，絕大多數（如果不是所有的）水處理廠不是分批運行，而是連續運行。因此，在氯化之前對水進行取樣和分析并在給定的反應時間之后重新取樣“相同”的水需要知道兩個取樣點之間的水力停留時間。雖然通常可以通過使用采樣點之間的平均流量和水量來估計水力停留時間的平均值，但實際流量通常隨時間變化，并且不是塞流而是混合流。這種混合是否意味著在實驗室環境中產生的DBP-△A關系會發生一些變化？這不是一個無關緊要的問題，特別是對于涉及未知數量的前體和中間產物的反應，每個前體和中間產物都有自己的反應動力學。水力反應堆建模方法可能有助于回答這個問題。
還必須考慮可能的吸光度干擾。使用常規儀器(GC-MS、GC-ECD等)采集現場或實驗室氯化水樣品測量DBPs時，樣品中殘留的消毒劑必須在取樣時淬滅，以避免進一步形成待分析的DBPs。當收集樣品以獲得紫外-可見吸收光譜時，如果不立即獲得吸收光譜以避免樣品處理過程中吸光度的降低，并且還要避免氯或氯胺殘留物本身干擾吸光度，則必須使用非干擾性猝滅劑（如亞硫酸鈉）淬滅氯胺和游離氯殘留物。可以在實驗室和設施設置中輕松完成樣品的淬火，但對于在線傳感器來說并不容易。通常，應考慮任何能夠吸收、反射或散射紫外-可見光的物質都可能會干擾吸光度測量。
最后，可能并非在所有處理設施中都能輕易獲得應用該技術所需的設備和儀器。首先，因為吸光度測量通常在過濾樣品上進行，所以需要過濾裝置和玻璃器皿。只要離心和吸光度測量都采用標準化和可重復的方法，樣品離心可以作為一種簡單、快速的過濾替代溶液。第二，因為差異吸光度在千分之幾（0.001）到幾百分之一（0.01）cm -1的范圍內變化，因此需要使用光度精度至少為0.001 cm-1的臺式UV-vis分光光度計。第三，在線傳感器的連續吸光度監測需要在設施的不同點安裝多個傳感器。由于在線樣品通常不會過濾，因此獲得的吸收光譜與報道文獻中迄今使用的吸光度光譜略有不同。此外，可能需要經常維護，特別是在高濁度和高碳原水中，以防止探頭結垢，但處理和分配的飲用水不應太渾濁。
這里提出的挑戰不應該阻止我們嘗試在試驗和全規模設施中應用差異吸光度，但至少應該指導我們首先進行對表現出最多一個或兩個挑戰的處理廠進行案例研究。
結論
為了在沒有抓取樣品和直接測量的情況下估算DBP濃度，差分吸光度是一種有前途的技術，已經在實驗室中證明了其適用性。與經驗模型和動力學模型相比，差示吸光度需要的輸入很少，并且可以應用于飲用水系統內的各個位置。DBP-△A已經報道了受調節和不受調節的DBP的關系。DBP濃度通常是差分吸光度的線性函數，或者指數和冪函數。然而，這些功能的擬合參數因研究而異。這被認為是由于水質特別是NOM的性質變化。因此，未來的研究應該集中在提高我們對影響DBP-△A關系的NOM特征的理解。我們還認為，現在是時候應對擴大這項技術的挑戰包括設備和儀器的特定要求，以便將DBP-△A關系應用于全面的飲用水設施。處理廠的管理者和操作者可以極大地利用頻繁反饋△A提供DBP水平估計。
原文作者ID
版權聲明：本資料為翻譯和匯編作品，其著作權由匯編人（上海《凈水技術》雜志社）享有，未經許可，任何人或單位不得侵犯本翻譯和匯編作品的著作權。本資料部分素材來自收費期刊，為以防侵犯原作者和所發表期刊的著作權，任何人或單位不得對素材原文進行公開出版。
排版：王佳
