饮用水处理是保障人类健康和安全的重要环节，其中，去除水源中的天然有机物 (NOM) 和控制消毒副产物 (DBP) 的形成是两个关键问题。NOM是一类复杂的有机物质，包括胡敏酸、腐殖酸、蛋白质、多糖等，它们不仅影响水的色度、气味和口感，还会与消毒剂反应生成具有致癌、致突变和致畸等毒性的DBP，如三氯甲烷、溴仿、氯酚等。因此，寻找有效的方法来降低NOM的含量和改善NOM的性质，从而减少DBP的生成潜力，是饮用水处理领域的研究热点。

基于紫外线的高级氧化工艺 (UV-AOPs) 是一种利用紫外光和氧化剂 (如臭氧、过氧化氢等) 协同作用产生强氧化性的羟基自由基 (•OH) 来降解有机物的技术。UV-AOPs 在处理难降解有机污染物方面具有优势，也被广泛应用于饮用水处理中。UV-AOPs 不仅可以直接去除水中的NOM，还可以改变NOM的结构和组成，从而影响其与消毒剂反应的特性。因此，了解UV-AOPs 对饮用水处理中NOM改变和DBP形成的作用，对于优化饮用水处理工艺和提高水质安全性具有重要意义。本文对近年来关于UV-AOPs 对饮用水处理中NOM改变和DBP形成的作用的研究进展进行探究，总结UV-AOPs 的主要影响因素和机制，分析UV-AOPs 的优缺点和挑战，并展望未来的发展方向。

UV-AOPs 对NOM去除和改变的影响因素和机制

UV-AOPs 对NOM去除和改变的影响因素主要包括以下几个方面：

• 紫外光源：紫外光源的波长、强度和剂量对UV-AOPs 的效果有显著影响。一般来说，波长越短，紫外光对NOM 的直接光解作用越强，但同时也会增加•OH 的自由基消耗。因此，选择合适的紫外光源是提高UV-AOPs 效率的关键。目前常用的紫外光源有低压汞灯、中压汞灯、LED 灯等。

• 氧化剂：氧化剂的种类、浓度和投加方式对UV-AOPs 的效果也有重要影响。不同的氧化剂在紫外光作用下会产生不同数量和种类的•OH，从而影响NOM 的去除率和改变程度。目前常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢、双氧水等。

• 水质参数：水质参数包括pH、碱度、硬度、电导率、溶解氧等，它们会影响UV-AOPs 中•OH 的生成和消耗，从而影响NOM 的去除和改变。一般来说，pH 值越低，•OH 的生成越多，NOM 的去除率越高，但同时也会增加•OH 的自由基消耗。碱度、硬度、电导率和溶解氧等都会与•OH 发生竞争反应，降低UV-AOPs 的效率。

• NOM 特性：NOM 的特性包括来源、组成、结构、分子量、功能基团等，它们会影响NOM 对紫外光的吸收和散射，以及NOM 与•OH 的反应性和选择性。一般来说，NOM 的分子量越大，功能基团越多，对紫外光的吸收越强，与•OH 的反应性越高，NOM 的去除率越高，但同时也会增加•OH 的自由基消耗。

UV-AOPs 对NOM去除和改变的机制主要包括以下几个方面：

• 紫外光直接光解：紫外光可以直接作用于NOM 分子，使其发生键断裂、重排、脱附等反应，从而降低NOM 的分子量和色度，增加NOM 的可生化性和可滤性。紫外光直接光解的效果与紫外光源的波长和剂量以及NOM 的特性有关。

• •OH 间接氧化：•OH 是UV-AOPs 中最主要的活性氧化物种，它可以与NOM 分子发生抽象氢、加成、取代等反应，从而破坏NOM 的结构和功能基团，生成低分子量的有机酸、醛、酮等中间产物或无机物。•OH 间接氧化的效果与氧化剂的种类和浓度以及水质参数有关。

• 其他活性氧化物种：除了•OH 之外，UV-AOPs 中还可能产生其他活性氧化物种，如O₂•-、HO₂•、H₂O₂ 等，它们也可以与NOM 分子发生氧化反应，但其反应速率和选择性一般低于•OH。其他活性氧化物种的生成与消耗与紫外光源、氧化剂、水质参数等有关。

UV-AOPs 对DBP形成潜力的影响

DBP是指在水中消毒过程中，消毒剂 (如氯、臭氧等) 与水中的有机物 (主要是NOM) 反应生成的一类有机化合物，如三卤甲烷 (THMs)、卤酸 (HAAs)、卤乙酸 (HANs) 等。DBP具有致癌、致突变和致畸等毒性，对人类健康构成威胁。因此，控制DBP的形成是饮用水处理中的一个重要目标。

UV-AOPs 作为饮用水处理中的一种预处理或深度处理技术，可以对DBP形成潜力 (DBPFP) 产生影响。DBPFP是指水中未经消毒前具有生成DBP的能力，通常用模拟消毒试验来测定。UV-AOPs 对DBPFP的影响取决于UV-AOPs 对NOM去除和改变的效果以及消毒剂的种类。一般来说，UV-AOPs 可以通过以下几种途径影响DBPFP：

• 降低水中总有机碳 (TOC) 和溶解有机碳 (DOC) 的含量：UV-AOPs 可以通过紫外光直接光解和•OH 间接氧化等途径去除水中的NOM，从而降低水中的TOC 和DOC 的含量，进而降低DBPFP。一般来说，UV-AOPs 对TOC 和DOC 的去除率与紫外光源的波长和剂量、氧化剂的种类和浓度、水质参数等有关。研究表明，UV-AOPs 可以有效地降低水中的TOC 和DOC 的含量，从而降低DBPFP。例如，Zhang 等 研究了UV/H₂O₂ 对饮用水中NOM 和DBPFP 的影响，发现UV/H₂O₂ 可以使水中的TOC 和DOC 分别降低15.8% 和18.4%，同时使水中的THMFP 和HAAFP 分别降低23.9% 和25.7%。
  

• 改变水中NOM 的结构和组成：UV-AOPs 不仅可以去除水中的NOM，还可以改变NOM 的结构和组成，从而影响其与消毒剂反应的特性。一般来说，UV-AOPs 可以使NOM 的分子量降低、芳香性增加、羧基含量增加、酚基含量减少等，从而影响其与消毒剂反应的亲和性和选择性。研究表明，UV-AOPs 对NOM 的结构和组成的改变对DBPFP 的影响是复杂的，可能有增加、减少或无明显变化等不同结果。这取决于UV-AOPs 的类型和条件以及消毒剂的种类。例如，Wang 等 研究了UV/O₃ 对饮用水中NOM 和DBPFP 的影响，发现UV/O₃ 可以使水中的NOM 分子量降低、芳香性增加、羧基含量增加、酚基含量减少等，同时使水中的THMFP 和HAAFP 分别增加11.8% 和9.6%。

• 生成新的有机物或无机物：UV-AOPs 在去除和改变NOM 的过程中，也可能生成一些新的有机物或无机物，如低分子量的有机酸、醛、酮等或氯离子、硝酸盐等。这些新产物也可能与消毒剂反应生成DBP，从而影响DBPFP。研究表明，UV-AOPs 生成的新产物对DBPFP 的影响也是复杂的，可能有增加、减少或无明显变化等不同结果。这取决于UV-AOPs 的类型和条件以及消毒剂的种类。例如，Chu 等 研究了UV/H₂O₂ 对饮用水中NOM 和DBPFP 的影响，发现UV/H₂O₂ 可以生成一些低分子量的有机酸、醛、酮等，并使水中的氯离子和硝酸盐含量增加。这些新产物对THMFP 和HAAFP 的影响不大，但对HANFP 有明显的增加作用。

UV-AOPs 的优缺点和挑战

UV-AOPs 作为一种高效、环保、多功能的饮用水处理技术，在处理难降解有机污染物方面具有优势，也在饮用水处理中得到了广泛的应用。UV-AOPs 的优点主要包括以下几个方面：

• 高效：UV-AOPs 可以在短时间内产生大量的•OH，从而快速地去除和改变水中的NOM，降低DBPFP。

• 环保：UV-AOPs 不会产生二次污染，也不会改变水的pH、碱度等物理化学性质，对水的口感和气味没有影响。

• 多功能：UV-AOPs 不仅可以处理NOM 和DBPFP，还可以处理水中的其他有机污染物，如农药、药物、内分泌干扰物等，以及水中的一些无机污染物，如铁、锰、氨氮等，从而提高水质的综合性能。

然而，UV-AOPs 也存在一些缺点和挑战，主要包括以下几个方面：

• 耗能：UV-AOPs 需要消耗大量的电能来驱动紫外光源和氧化剂的投加，从而增加了运行成本和碳排放。

• 不稳定：UV-AOPs 中•OH 的生成和消耗受到多种因素的影响，如紫外光源、氧化剂、水质参数等，从而导致UV-AOPs 的效果不稳定和难以控制。

• 复杂：UV-AOPs 中NOM 和DBPFP 的变化机制复杂，涉及多种反应途径和产物，难以准确预测和评估UV-AOPs 的效果和影响。

UV-AOPs 的发展方向

为了克服UV-AOPs 的缺点和挑战，提高UV-AOPs 在饮用水处理中的应用效果和范围，未来UV-AOPs 的发展方向可能包括以下几个方面：

• 优化紫外光源：开发更高效、更节能、更稳定、更灵活的紫外光源，如LED 灯、激光等，以提高UV-AOPs 的光能利用率和•OH 的生成率。

• 选择氧化剂：选择更合适、更安全、更经济的氧化剂，如过氧化氢、双氧水等，以提高UV-AOPs 的•OH 的生成率和选择性。

• 调节水质参数：调节水质参数，如pH、碱度、硬度、电导率等，以减少•OH 的自由基消耗和竞争反应，提高UV-AOPs 的效率。

• 分析NOM 特性：分析NOM 的来源、组成、结构、分子量、功能基团等特性，以评估NOM 对紫外光的吸收和散射以及NOM 与•OH 的反应性和选择性。

• 监测DBPFP：监测DBPFP 的种类、数量和变化规律，以评估UV-AOPs 对DBPFP 的影响和控制效果。

• 组合其他工艺：组合其他工艺，如膜分离、吸附、生物降解等，以实现对NOM 和DBPFP 的协同去除和改变。