摘要：三氯蔗糖是典型的難生物利用有機(jī)物，其在化學(xué)還原水處理過(guò)程中的可還原性、還原產(chǎn)物種類及其可生化性均不明確. 為闡明上述問(wèn)題，探究了三氯蔗糖經(jīng)過(guò)典型高級(jí)還原過(guò)程——紫外/亞硫酸鹽（UV/SO2 -3 ）轉(zhuǎn)化的還原產(chǎn)物種類及其可生化性. 結(jié)果表明，三氯蔗糖經(jīng)UV/SO2 -3 轉(zhuǎn)化可幾乎完全脫氯（gt;99. 5%），同時(shí)總有機(jī)碳保持基本不變，脫氯速率隨pH 升高（5～9）和SO2 -3 濃度增加（0～5 mmol·L-1）而增大. 通過(guò)高效液相色譜?高分辨質(zhì)譜聯(lián)用分析鑒定了其主要轉(zhuǎn)化產(chǎn)物為4，1'，6'?三脫氧蔗糖，結(jié)合動(dòng)力學(xué)分析推斷脫氯加氫為該反應(yīng)的主要過(guò)程. 測(cè)定了三氯蔗糖在UV/SO2 -3 轉(zhuǎn)化過(guò)程中的五日生化需氧量（BOD5）和化學(xué)需氧量（COD）的變化，可生化性指標(biāo)BOD5 COD 值（B/C）從小于0. 05 大幅提升至0. 4 以上，BOD5 顯著提高至與同等測(cè)試條件下葡萄糖參比值相當(dāng)（99. 4%），表明其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物4，1'，6'?三脫氧蔗糖是一種可生化性優(yōu)良的微生物碳源. 本研究為三氯蔗糖的潛在轉(zhuǎn)化途徑和環(huán)境歸趨提供新認(rèn)知，并為三氯蔗糖作為評(píng)估各類化學(xué)還原工藝效能的模式物質(zhì)以及相應(yīng)基準(zhǔn)評(píng)價(jià)方法的建立提供參考.

關(guān)鍵詞：氯代有機(jī)物，化學(xué)還原，三氯蔗糖，可生化性，產(chǎn)物鑒定

中圖分類號(hào)：X52 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

氯代有機(jī)物（COCs）普遍具有難生物降解的特點(diǎn)［1］，是難降解有機(jī)廢水的主要組分之一. 在水處理工藝中，化學(xué)還原法是提高氯代有機(jī)物可生化性的重要手段，其主要過(guò)程為脫氯加氫. 例如，難生物降解的氯代苯酚經(jīng)還原后脫氯加氫轉(zhuǎn)化為易生物降解的苯酚［2-5］，繼而可作為碳源被微生物高效降解利用. 同時(shí)，對(duì)于某些難生物利用有機(jī)電子供體，化學(xué)還原還可起到間接的電子補(bǔ)償作用，進(jìn)一步提高整體降解效率.

三氯蔗糖是一種典型難生物利用氯代有機(jī)物，在工業(yè)上由蔗糖制備合成而來(lái)，作為一種人工甜味劑在日常生活生產(chǎn)中被廣泛使用［6］. 三氯蔗糖幾乎無(wú)法被人體吸收或代謝，也無(wú)生物累積性［7］，自然界微生物缺乏相應(yīng)的降解酶系統(tǒng)，故三氯蔗糖在環(huán)境中表現(xiàn)出較強(qiáng)的持久性，已被認(rèn)定為持久性有機(jī)物［8］. 在飲用水分配系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)中，三氯蔗糖也被發(fā)現(xiàn)可持久性存在［9］. 三氯蔗糖被食用后主要隨生活污水進(jìn)入污水處理廠，但研究表明污水處理廠常規(guī)水處理工藝幾乎對(duì)三氯蔗糖無(wú)削減效果，僅活性炭吸附工藝對(duì)三氯蔗糖有一定的去除率［10］，即使在具備臭氧及砂濾等深度處理工藝的污水處理廠，去除率也僅為31%［11］. 目前，三氯蔗糖已在不同國(guó)家地區(qū)、不同環(huán)境介質(zhì)樣本中以及污水處理廠各環(huán)節(jié)檢出濃度均有增高趨勢(shì)［6，12］. 三氯蔗糖在水環(huán)境中的持續(xù)累積可能對(duì)水生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生潛在影響，例如研究表明微量三氯蔗糖暴露可使鯉魚(yú)部分器官的氧化應(yīng)激生物標(biāo)志物水平顯著升高［13］，三氯蔗糖的潛在降解轉(zhuǎn)化途徑和環(huán)境歸趨也愈發(fā)受到關(guān)注.

現(xiàn)有研究主要集中于三氯蔗糖的氧化降解途徑，目前已有臭氧氧化［14］、Fenton 氧化［15］、光催化［15-16］、紫外/過(guò)硫酸鹽活化［17-18］等多種降解途徑的報(bào)道. 已經(jīng)有文獻(xiàn)報(bào)道了三氯蔗糖經(jīng)高級(jí)氧化處理后分子中氯原子被羥基取代可以形成由果糖和糖醇組成的蔗糖類似物，分子結(jié)構(gòu)表明其具有潛在的環(huán)境友好性和可生物降解性［6］；但與此同時(shí)，也有研究表明三氯蔗糖在被氧化過(guò)程中很可能存在分子的氧化及重組，從而產(chǎn)生分子質(zhì)量更高的、具有生物毒性的新物質(zhì)，導(dǎo)致降解產(chǎn)物的急毒性升高［16］，另外，在某些條件下還會(huì)發(fā)生副反應(yīng)，產(chǎn)生各種難降解的含氯有機(jī)物［14］. 傳統(tǒng)認(rèn)知認(rèn)為三氯蔗糖無(wú)法生物降解，而Huang et al［19］近期研究報(bào)道了接種活性污泥的富集群落可在好氧條件下有效降解三氯蔗糖，并通過(guò)高效液相色譜?高分辨質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定出五種生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)物，上述微生物轉(zhuǎn)化三氯蔗糖的過(guò)程也主要?dú)w屬于氧化降解. 除氧化過(guò)程外，化學(xué)還原法理論上也可以通過(guò)加氫脫氯實(shí)現(xiàn)三氯蔗糖的降解轉(zhuǎn)化. 水處理過(guò)程中鐵碳微電解、紫外高級(jí)還原等包含還原轉(zhuǎn)化過(guò)程的工藝應(yīng)用日益增多，在水處理過(guò)程中三氯蔗糖是否具有可還原性尚未見(jiàn)研究報(bào)道，其還原產(chǎn)物的種類及可生化性如何亦尚不明確，闡明上述問(wèn)題對(duì)三氯蔗糖的潛在轉(zhuǎn)化途徑及環(huán)境歸趨的認(rèn)知具有重要意義. Motwani et al［20］采用強(qiáng)親核試劑還原型維生素B12［Co（I）］與三氯蔗糖反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過(guò)程中三氯蔗糖三個(gè)氯原子中的一個(gè)被鈷胺素部分取代而生成烷基鈷胺（Suc CbI），表明還原活性足夠強(qiáng)的材料/方法可實(shí)現(xiàn)三氯蔗糖的脫氯加氫. 納米零價(jià)鐵（nZVI）被認(rèn)為是具有較強(qiáng)還原活性的水處理材料，近期Li et al［21］制備了納米零價(jià)鐵及其經(jīng)硫化/氮化修飾的改性材料（S1 ?nZVI，S2 ?nZVI，N?nZVI）對(duì)典型COCs 進(jìn)行還原處理，其中N?nZVI 的脫氯活性突出，對(duì)氟苯尼考（FF）的脫氯率可達(dá)90%，對(duì)氯霉素（CAP）脫氯率可達(dá)99% 以上，然而上述材料對(duì)三氯蔗糖均無(wú)可觀測(cè)到的脫氯作用，尚需開(kāi)發(fā)還原活性更強(qiáng)的材料或方法. 由于其穩(wěn)定性、持久性，三氯蔗糖有望作為評(píng)價(jià)不同化學(xué)還原技術(shù)或還原劑對(duì)難降解有機(jī)物的還原活性以及提升可生化性效能的一種挑戰(zhàn)性模式物質(zhì)，為開(kāi)發(fā)更高效的化學(xué)還原水處理策略/方法提供啟示，但該模式物質(zhì)選取的合理性與可行性仍依賴于三氯蔗糖在化學(xué)還原法水處理過(guò)程中的可還原性、還原產(chǎn)物種類及其可生化性問(wèn)題的闡明.