人工甜味剂已开始污染饮用水!这种降解方法堪称“杀糖利器”

人工甜味剂已开始污染饮用水!这种降解方法堪称“杀糖利器”

人工甜味剂主要是指一些具有甜味但不是糖类的化学物质。它的甜度一般比蔗糖高10倍至数百倍,但不具有任何营养价值。


人工甜味剂(artificail sweeteners,ASs)安赛蜜、阿斯巴甜,糖精和三氯蔗糖等不易被人体吸收,大部分以母体化合物的形式随排泄物排出,进入环境中。它们在自然条件下降解缓慢,半衰期长达数年,且在世界各地的环境水体中广泛检出,被美国环保署认定为新型污染物。


糖精(SAC)是发现及应用最早的 ASs,在生物体内几乎不代谢,大部分随尿液排出进入污水收集及处理系统。


与此同时,SAC已经开始影响饮用水安全。饮用水处理工艺对微量有机物去除效果较差,水源水中 SAC 可穿透制水工艺进入供水系统。自来水中最高检出质量浓度为 0.1 μg/L。


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浙江工业大学土木学院马晓雁教授与浙江省环境工程技术评估中心组成的研究团队,从反应动力学的角度深入探讨了臭氧对 SAC 的降解效果,概括了 pH 值、臭氧投加量、SAC 初始质量浓度、反应温度和共存阴离子等因素对降解效果的影响,以期为深度处理工艺控制人工甜味剂等微量有机污染物提供相关理论支撑。


这一研究成果,被华中科技大学学报以《水环境中新型污染物糖精的臭氧降解研究》为题发表在第48卷第3期自然科学版。


作为蔗糖的替代品,糖精在国内应用时间长,使用量大,通过污废水排放和其它一些途径进入水环境,继而可能进入到饮用水处理及供给系统,对饮用水水质产生影响。糖精为水环境微量有机污染物,进入到饮用水处理系统后会在物理、化学等作用过程中产生降解及其它形式的转化。


人工甜味剂已开始污染饮用水!这种降解方法堪称“杀糖利器”

臭氧是目前国内外常用的饮用水深度处理技术,用于解决水源高有机物、微量污染物、臭味、色度等问题。“臭氧对水中微量糖精有控制能力如何?”马晓雁教授在接受众创网采访时表示,围绕这一问题,她和团队开展了臭氧降解糖精的效果及机理分析的研究。


糖精对食用安全会产生哪些影响?马晓雁教授表示,有关于食用安全性的研究表明糖精可能存在致癌风险,尽管其在水环境中的含量比较低,可能存在一定的生态毒性。糖精甜度高,进入饮用水处理及供给系统可能降低水的饮用可适度,此外在水处理过程中可能产生不安全的转化行为,比如产生消毒副产物等。


研究表明,臭氧氧化降解SAC过程中溶液的pH值、温度、臭氧质量浓度、SAC 初始质量浓度及溶液中共存阴离子对降解过程均有影响。在中性偏碱性的条件下,臭氧降解 SAC 的反应速率较快;温度和臭氧质量浓度越高,臭氧降解 SAC 的反应去除率越高,当温度到达一定程度时,继续升温对降解速率影响不大;而 SAC 初始质量浓度过高反而会降低去除效果。


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臭氧投加量对SAC降解的影响


此外,臭氧降解SAC过程符合拟一级动力学模型。臭氧降解 SAC 归因于·OH的强氧化作用和苯环的羟基化。


臭氧氧化未能实现有机物完全降解,对 SAC等微量有机物降解后产生的中间产物,在具备臭氧深度处理的饮用水制水工艺中更易成为消毒副产物的前体物,可能导致的饮水风险须深入探讨。


马晓雁教授表示,臭氧降解糖精的机理分析可为水厂控制微量有机污染物提供相应的技术参数。一般来说臭氧对水中微量有机污染物具有一定的控制能力,可减少本体污染,但臭氧对有机物的降解不彻底,产生低分子的醛,酮和羧酸等,这些产物更易与消毒阶段的氯消毒剂反应,可能导致产生的消毒副产物比本体氯化更多。


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