一种被忽视的含氮消毒副产物的前体物-溶解性无机氮

第一作者：李晓（哈尔滨工业大学（深圳））

通讯作者：陈白杨 教授（哈尔滨工业大学（深圳））

论文DOI: 10.1016/j.watres.2024.122654

图文摘要

成果简介

近日，哈尔滨工业大学（深圳）陈白杨教授在Water Research上发表了题为“Dissolved inorganic nitrogen as an overlooked precursor of nitrogenous disinfection byproducts - A critical review”的综述论文（DOI: 10.1016/j.watres.2024.122654）。该综述从氮源的视角系统总结了含氮消毒副产物（N-DBPs）的主要氮源，包括广泛研究的溶解性有机氮（DON）、相对忽视的溶解性无机氮（DIN）、氮类消毒剂以及氮气。系统探讨了DIN（如氨氮、硝氮、亚硝氮、一氯胺及其他含氮消毒剂）在N-DBPs生成中的作用。重点比较了DON和DIN在N-DBPs产率和生成路径上的差异。全面总结了影响DIN作用的关键因素。此外，深入分析了当前研究面临的挑战，提出了未来研究的方向和建议。

全文速览

本综述系统总结了DIN对N-DBPs生成的影响。通常情况下，DIN的存在促进N-DBPs的生成，但部分研究显示其对N-DBP生成无显著影响，甚至可能抑制其生成。通过对比DIN与DON对N-DBPs产率的影响，强调了DIN的重要贡献。此外，文章还归纳了DIN与不含氮有机物生成N-DBPs的反应路径，为深入理解N-DBPs的生成机制提供了新视角。

引言

N-DBPs因其毒性高于受管制的含碳消毒副产物而备受关注。尽管已有研究表明DON是N-DBPs的重要前体，但DIN作为前体的研究仍相对较少。部分研究将DIN视为水质因素，探讨其在DON消毒过程中对N-DBPs的影响。一般情况下，DIN的存在会增加N-DBPs的生成，但也有例外，DIN可能减少或不影响其生成。这些差异反映了DIN对N-DBPs生成作用的复杂性。因此，本文回顾了现有文献中关于DIN对N-DBPs生成影响的证据，提醒研究人员关注DIN可能是N-DBPs的重要氮源，并指出值得进一步研究的知识空白。

图文导读

DBPs、N-DBPs和DIN+DBP/N-DBP文章发表数量

图1 WOS和CNKI数据库中相关论文数量。

图1展示了WOS和CNKI数据库中发表的DBPs和N-DBPs相关论文数量的变化，表明研究人员对DBPs和N-DBPs的关注度逐年上升，尤其是DIN对N-DBPs生成影响的研究逐渐受到重视。

N-DBPs的氮源

图2 N-DBPs的氮源。

目前，大量研究证实了DON是N-DBPs的重要氮源。此外，一些研究表明，DIN也可以作为N-DBPs的氮源。然而，DIN在N-DBPs生成中的具体影响和机制仍缺乏深入研究。

DIN和消毒方式对N-DBPs生成的作用及其它影响因素

图3 (a) DIN和消毒方式对N-DBPs的作用及(b)其他影响因素

图3(a) 总结了DIN类型和消毒方式对N-DBPs生成的影响。尽管大多数情况下DIN促进了N-DBPs的生成，但也存在一些例外（如负面或无影响），这反映了DIN作用的复杂性。图3(b) 总结了除了DIN类型和消毒方式外的其他可能影响N-DBP生成的因素，为深入理解DIN在N-DBPs生成中的具体作用机制提供了进一步的参考。

DIN和DON对N-DBPs的产率

图4 不含氮有机物和DON在氯胺化过程中对N-DBPs的产率。

根据原文中的公式9，对文献中不含氮有机物和DON在氯胺化过程中N-DBPs的产率进行了计算。结果显示，5种不含氮有机物生成二氯乙腈和二氯乙酰胺的平均产率高于5种DON。这表明，一氯胺而非DON是N-DBPs生成的主要氮源。

 不同氮源对N-DBPs产率的比较

图5 不同氮源对N-DBPs产率的比较

根据原文中的公式9，对不同氮源中氮生成二氯乙腈和三氯硝基甲烷的产率进行了比较。结果显示，DON中氮对二氯乙腈的平均产率高于DIN，而亚硝氮中氮对三氯硝基甲烷的平均产率高于DON。一氯胺和氨氮是生成二氯乙腈的主要无机氮源。尽管氨基酸是N-DBPs的重要前体，其氮对N-DBPs的平均产率低于DIN。总体而言，DIN对N-DBPs的产率不可忽视，且DON和DIN对N-DBPs生成的相对作用仍需进一步研究。

DIN和不含氮有机物生成N-DBPs的反应路径

参考文献：Li, X., Bond, T., Tan, X., Yang, H., Chen, Y., Jin, B., Chen, B. 2024. Dissolved inorganic nitrogen as an overlooked precursor of nitrogenous disinfection byproducts-A critical review. Water Research, 122654.

文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135424015537