地表水中 N-亚硝基二甲胺前体的天然来源与人为来源

本研究探讨了地表水中N-亚硝基二甲胺（NDMA）前体的来源，旨在区分这些前体是来自人为（如废水）还是天然来源。

研究以Truckee River为对象，利用Lagrangian采样技术，分析了废水排放口上游和下游的NDMA形成潜力（FP），以评估不同来源前体的相对重要性。研究发现，废水排放口下游的NDMA FP迅速增加，但在约6公里内迅速降低至与上游样本无统计差异的水平。研究表明，废水衍生的NDMA前体可能仅在废水排放口附近占主导地位，并且与之前认为废水衍生前体在下游饮用水源中NDMA形成中负主要责任的观点不符。此外，研究还发现，慢速生物降解/光解/吸附到沉积物的前体可能是废水NDMA前体池中的不良替代物。

NDMA是一种致癌消毒副产品，由二氯胺与含氮有机前体反应形成。NDMA的形成主要在配水系统中缓慢进行，因此控制NDMA发生的重点通常放在前体的去除上。尽管已确定许多人为含氮物质作为NDMA前体，包括药物、个人护理产品、除草剂、杀虫剂、水处理用聚合物等，但它们在饮用水处理厂的原水中的发生频率较低或未知，表明这些物质可能只占NDMA前体库的一小部分。此外，自然发生的包括天然有机物质、藻类、氨基酸代谢和其他有机物在内的物质也可能对NDMA前体池有重要贡献。

在废水排放口上方，NDMA FP的自然背景水平为2-28 ng/L。这表明在没有人为废水排放影响的区域，NDMA前体的水平相对较低。

图1特拉基河、WWRF 污水和斯廷博特溪的 NDMA 前驱体负载量分为三个采样场合：a） 2020 年 9 月，b） 2021 年 10 月，以及 c） 2022 年 6 月。在 2022 年 6 月的部分样品中，NDMA 为 NDMA FP 的 >50%，因此 NDMA FP 是通过从 NDMA FP 中减去 NDMA 来计算的。在其他抽样活动中，NDMA 对 NDMA FP 的贡献可以忽略不计，因此没有被扣除。“WWRF”是直接排入 Steamboat Creek 的 WWRF 污水，“Steamboat Creek”是 WWRF 污水的下游（100 m），但在与特拉基河汇合处的上游。位置 TR 8 到 TR 14 位于汇合点的下游。误差线显示 2020 年 9 月和 2021 年 10 月采集的一式三份抓取样品和 2022 年 6 月采集的重复抓取样品的一个标准差。

废水排放口下游的NDMA FP立即增加至18-31 ng/L，但随后以一级动力学方式迅速降低，并在约6公里内与上游样本没有统计学差异。

图2.NDMA FP 和预测的 NDMA FP 基于质量平衡，该质量平衡假设在 a） 2020 年 9 月和 b） 2021 年 10 月从前一个地点到当前地点的前驱体守恒。“WWRF”是直接排放到 Steamboat Creek 的 WWRF 污水，“Steamboat Creek”是 WWRF 污水的下游（100 m），在 Truckee River/Steamboat Creek 汇合之前。误差线表示一连三抓取样品的一个标准差，“预测”的误差线包括从质量平衡传播的误差。

研究表明，废水衍生的NDMA前体在河流中的衰减速率可能接近0.05 km^-1，意味着这些前体在河流中的传输距离有限。

图3.稀释校正的 NDMA FP 和一级降解模型在 3 次情况下从 WWRF 流出物开始拟合

通过在废水排放口附近进行24小时连续采样，研究发现废水排放口下游的NDMA前体与废水流量贡献直接相关。

本研究得出的结论是，尽管废水排放是NDMA前体的一个重要来源，但其影响在河流系统中的持续时间和距离有限。废水衍生的NDMA前体在废水排放口下游迅速衰减，可能在几公里内就降低到自然背景水平。因此，人为废水排放对下游饮用水源中NDMA形成的长期贡献可能被高估。同时，自然来源的NDMA前体可能比之前认为的更为重要，需要进一步研究以识别和控制这些前体。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122313