利巴韦林(RBV)是一种广谱抗病毒药物,在COVID-19疫情期间被大量使用,其原形和代谢产物经排泄进入城市污水系统,因其化学稳定性高,传统污水处理工艺难以有效去除。紫外/过氧乙酸(UV/PAA)高级氧化技术是近年来新兴的一种水处理技术。PAA是一种广谱消毒剂,与常用的氯相比,其产生有毒卤代副产物的风险极低。在UV照射下,PAA中的O-O键发生均裂,产生乙酰氧基自由基(CH₃COO·)和羟基自由基(·OH)。这两种活性自由基能否高效协同降解RBV?降解产物的毒性是升高还是降低?本课题对这些问题进行了系统解答。
动力学实验表明,单独使用UV或单独使用PAA对RBV的降解均非常缓慢。然而,UV与PAA结合后,RBV的降解速率得到了极大的提升。在优化的UV光强(254nm)和PAA投加量下,初始浓度为5μM的RBV在15分钟内被完全去除。自由基捕获实验证实,体系中同时存在·OH和CH₃COO·,且两者对RBV的降解贡献相当。利用高分辨液质联用仪,共鉴定出RBV的10种主要转化产物(TPs)。通过分析这些产物的分子结构,推演了三条主要的降解路径:三唑环的羟基化和开环、核糖苷键的断裂、以及C-N键的断裂。
对降解前后溶液进行了发光细菌(费氏弧菌)急性毒性测试和ECOSAR软件的生态毒性预测。发光菌实验显示,原RBV溶液对细菌发光有抑制,而经过UV/PAA处理后,随着RBV的被去除,溶液的发光抑制率显著下降,表明急性毒性得到削减。然而,ECOSAR对10种中间产物的预测却发出了警示:有两种开环产物对水蚤的慢性毒性预测值,反而比母体RBV更高。这提示UV/PAA技术虽然能有效去除了母体药物,但在实际应用中,需要确保足够长的反应时间或与其他生物处理单元结合,将这些具有潜在慢性毒性的中间产物彻底矿化,才能真正实现水质的无毒化。本研究为评估UV/PAA这一新型高级氧化技术处理药物类微污染物的安全性,提供了详实的数据支撑。
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