典型非甾体抗炎药类污染物在饮用水消毒剂作用下的反应机制、降解产物及毒性

As a kind of the most frequently detected pharmaceutical and personal care products (PPCPs) in the aquatic environment, the non-steroidal anti-inflammatory drugs （NSAIDs） are frequently detected at relatively high concentrations in drinking water. The routine technologies used in waterworks of China include flocculation, sedimentation, sand filtration, and disinfection. According to the literature and our previous work, part of pollutants will flow into the disinfecting stage, due to the insufficient NSAIDs removal rate of flocculent sedimentation and sand filtration. Yet, for this kind of pollutants, little is known about the transformation and the toxicity of products during the disinfection process up to now. This project is meant to assess the reaction mechanism, the degradation products and the toxicity of NSAIDs, such as diclofenac, naproxen and ibuprofen, in the presence of common disinfector(eg.Cl2, ClO2, O3) or potential disinfector(eg.UV-TiO2); to estimate the effect on the degradation process of coexisting natural organic matter (NOM) in water; to clarify the different influences on product degradation and toxicity between chlorine and non-chlorine disinfectant; to appraise the safety and risk of drinking water system with the existing of the non-steroidal anti-inflammatory drugs; finally, to provide a scientific basis for the comprehensive assessment.

非甾体类消炎镇痛药（NSAIDs）是水环境中存在的一类含量较高的PPCPs类污染物，在饮用水源中已广泛检出。我国目前大部分自来水厂采用的是絮凝、沉淀、砂滤、消毒的处理方式，根据文献以及我们的前期工作，采用絮凝沉淀和砂滤的方法对这类污染物的去除率并不高，因此会有一部分污染物进入到消毒阶段。但目前对这类污染物在消毒过程中的转化产物和产物毒性还知之甚少，对它们对饮用水安全的潜在风险还缺乏认识。本项目以双氯芬酸、萘普生和布洛芬等典型非甾体类消炎镇痛药污染物为目标物，研究其在常规消毒剂Cl2、ClO2、O3，及潜在消毒剂UV-TiO2等作用下的反应机制、降解产物及产物毒性，以及水中共存的天然有机物（NOM）对其降解过程的影响等，搞清含氯消毒剂及非含氯消毒剂作用下其降解产物及产物毒性的差异，为评价非甾体类消炎镇痛药类污染物对饮用水安全的风险提供科学基础。

非甾体抗炎药类污染物已在饮用水源水中广泛检出，对饮用水安全存在着潜在风险。 本项目分别模拟研究了双氯芬酸、萘普生、布洛芬、酮洛芬、吲哚美辛等在饮用水不同消毒方式下的降解机理、降解产物、产物毒性等，为评价这些污染物对饮用水安全的风险提供了科学依据。研究结果表明：.（1）双氯芬酸在ClO2作用下的降解主要是氯代反应、羟基化反应、脱羧反应和C-N键断裂生成酚类衍生物的反应，最后被氧化为更低级别的开环结构化合物，消毒过程中有毒性更强的中间产物生成。双氯芬酸在高铁酸盐作用下的降解是由Fe(Ⅵ)直接亲电氧化为主导，主要反应包括羟基取代反应和中间体自由基的偶联反应，形成的副产物主要有氯代酚类、醌类及其它二聚体形态，氯代酚类产物对毒性贡献小，醌类二聚体的毒性大。.（2）萘普生在NaClO作用下的降解主要是通过氯代反应、脱甲基反应、脱羧基反应、羟基化反应和脱氢反应等进行的，反应中有较萘普生毒性更高的中间产物的生成。.（3）布洛芬在O3作用下的降解主要是通过羟基氧化和脱羧反应等进行的，过程中生成了毒性更大的中间产物。.（4）酮洛芬在O3作用下的降解产物主要是羟基化产物、脱羧产物和氧化产物。在酮洛芬降解过程中的确产生了相较于母体更难被臭氧降解、且毒性更大的中间产物。.（5）吲哚美辛在NaClO消毒剂作用下主要发生了氯代反应、羟基化反应、酰胺键的水解反应，以及吲哚环的开环反应，过程中产生了较吲哚美辛毒性更高的中间产物。吲哚美辛在高铁酸盐作用下的降解途径包括酰胺键的水解，羟基化反应和高铁酸钾的亲电攻击反应，反应副产物的毒性低于母体。.（6）扑热息痛在NaClO作用下，不同反应时间下的中间产物对发光菌的相对抑制率总体呈增大趋势，说明随着反应进行，有毒性更大的产物生成。.（7）双氯芬酸、萘普生、布洛芬、酮洛芬、吲哚美辛在UV作用下的光解过程都包含有直接光解和自敏化光解，以直接光解为主，且都会产生较母体风险更高的光解中间产物。