近日，生态环境部华南环境科学研究所（生态环境部生态环境应急研究所）在环境领域知名期刊Journal of Hazardous Materials（中科院一区Top期刊，影响因子：11.3）发表论文“Beyond precursor removal: How anion exchange resin structure shapes disinfection byproduct profiles and reduces toxicity in reclaimed water”。华南所（应急所）水生态环境研究中心廖雨枫助理研究员为第一作者，南京大学环境学院潘旸教授为通讯作者。论文DOI：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142049。
一、成果简介
本研究系统评估了四种不同结构的阴离子交换树脂（AER）对再生水中消毒副产物（DBPs）前体物的去除效果，并揭示了树脂结构特性对DBPs、总有机卤素（TOX）及出水毒性的影响机制。结果表明，AER处理可有效去除前体物进而控制DBPs生成，其中强碱磁性聚丙烯酸树脂性能最优，其次为强碱凝胶型聚苯乙烯树脂和强碱大孔型聚苯乙烯树脂，而强碱大孔型聚丙烯酸树脂效果最差。研究还发现，树脂释放的胺/酰胺基团会促进氯乙酰胺的生成，但不会造成亚硝胺生成风险。在风险防控方面，AER处理使出水生态风险降低了34%~67%、细胞毒性降低了19.0%~71.5%。机理分析进一步明确：较高的含水率不利于DBPs控制，而增大平均孔径和微孔体积则有助于提升控制效果，尤其对溴代DBPs效果更佳。这些发现挑战了传统认知，即高交换容量和高含水量并非总是有利，其实际效果取决于水质特性（如有机物组成、官能团结构、电荷密度等）及树脂与污染物之间的选择性相互作用。
二、研究背景及内容
污水再生利用能提升水资源的利用效率，是缓解水资源紧缺的重要途径之一。氯消毒在杀灭病原微生物、阻断介水疾病传播的同时，会生成DBPs，其中不乏致癌、致突变的物质，对水生生态和人体健康构成潜在威胁，制约再生水的安全利用。AER能有效削减DBPs前体物，控制DBPs生成，但不同结构树脂的控制效果差异显著——究竟哪种结构最有效？背后的作用机制是什么？
研究团队选取了四种结构各异的强碱性阴离子交换树脂（大孔聚苯乙烯树脂D201，凝胶型聚苯乙烯树脂201，大孔聚丙烯酸树脂D213，磁性聚丙烯酸树脂NDMP-2），对南京某污水处理厂的二级出水进行处理，随后进行氯消毒，系统评估其性能差异并探讨潜在机制。
三、主要结果
（1）AER对DBPs前体物及DBPs的控制效果
综合性能排序为：NDMP-2 > 201 ≈ D201 > D213。性能最优异的NDMP-2树脂对溶解性有机氮（DON）、溶解性有机碳（DOC）、含碳DBPs及TOX的控制效果分别为61.5%、63.2%、64.8%及66.6%，这得益于其更小的颗粒尺寸和磁性带来的动力学和沉降效率提升。
值得注意的是，树脂处理反而促进了氯乙酰胺的生成，增幅高达171.8%~228.2%。原因在于树脂中的胺/酰胺基团溶出并成为新的前体物，其中聚丙烯酸树脂因同时含两种基团，增幅较聚苯乙烯树脂更大。此外，树脂还能不同程度地降低亚硝胺等其他含氮DBPs的生成。
图1 AER处理对（a）含氮DBPs的生成及（b）控制效果的影响
图2 AER处理对（a）含碳DBPs的生成及（b）TOX生成的影响
（2）生态风险与细胞毒性
在生态风险方面，氯消毒后的再生水样对鱼类、水蚤和藻类均表现出高累积生态风险（RQcum > 1），其中卤代乙腈是鱼类和水蚤的主要风险贡献者（以二氯乙腈为主），卤代乙酸则是藻类的主要风险贡献者（以三氯乙酸为主）。AER处理可显著降低生态风险（降幅34%~67%），其中NDMP‑2树脂效果最佳，但处理后出水RQcum仍大于1，表明仍需进一步处理。
图3 （a）消毒后废水中DBPs的单个风险商（RQ）值，以及（b）三个生物分类群（鱼类、水蚤、藻类）的累积RQ值
在CHO细胞毒性方面，氯消毒使出水细胞毒性急剧上升，而树脂处理后毒性显著降低，控制效果依次为NDMP‑2（71.5%）> 201（40.6%）> D201（29.3%）> D213（19.0%）。此外，EC50值与TOX呈显著负线性相关（R2= 0.81），表明TOX可作为预测氯代废水细胞毒性的有效替代指标。
图4 CHO细胞毒性的浓度-反应曲线
（3）树脂结构特性对控制效果的影响机制
通过Pearson相关分析和冗余分析系统揭示了AER结构特性对前体物去除、DBPs及TOX控制的影响机制。结果表明，交换容量的增加不利于前体物的去除，较高的含水率不利于DBPs控制，而增大平均孔径和微孔体积则有助于提升DBPs控制效果，尤其对溴代DBPs效果更佳。
四、科学展望及环境意义
本研究阐明了AER结构性质对再生水中DBPs前体物去除、DBPs生成及毒性控制的关键影响。成果可为再生水处理中AER树脂的优选提供了理论依据，建议优先采用强碱性磁性聚丙烯酸树脂以高效降低DBPs及相关毒性。同时，研究还提示需警惕树脂自身胺/酰胺释放带来的二次风险，以及处理后出水仍存在的高生态风险，建议结合其他工艺（如混凝、纳滤等）进一步保障再生水的安全利用。
五、作者简介
第一作者 廖雨枫：华南所（应急所）水生态环境研究中心助理研究员，主要从事水污染控制与水质健康风险防控研究，重点关注消毒副产物的识别与控制，以及低碳节能控制技术的开发与应用。公开发表SCI论文8篇、中文领军期刊1篇，其中以第一作者身份在Journal of Hazardous Materials、Journal of Cleaner Production等中科院一区TOP期刊上发表SCI论文4篇。
通讯作者 潘旸：南京大学环境学院教授，2023年国家优青，江苏省“六大人才高峰”高层次人才，主要从事水质健康风险防控，高风险消毒副产物的识别与控制及新型消毒技术研发与应用。主持包括国家优秀青年科学基金项目、国家重点研发计划课题、国家自然科学基金面上项目以及江苏省优秀青年基金等在内的多项国家级和省部级科研项目。在Environmental Science & Technology、Water Research等国际权威期刊发表大量高水平学术论文。
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