清華新聞網(wǎng)6月19日電 6月17日，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院飲用水安全教研所陳超課題組在環(huán)境和市政領(lǐng)域權(quán)威期刊《水研究》（Water Research）上在線(xiàn)發(fā)表題為“微生物代謝水中含氮化合物生成二甲基亞硝胺前體物研究”（Formation of N-nitrosodimethylamine precursors through the microbiological metabolism of nitrogenous substrates in water）的論文，在國(guó)際上首次提出并驗(yàn)證了微生物代謝水中含氮物質(zhì)產(chǎn)生亞硝胺前體物的新機(jī)制。
二甲基亞硝胺（N-nitrosodimethylamine, NDMA）等亞硝胺類(lèi)物質(zhì)是一類(lèi)新型消毒副產(chǎn)物，由其母體物質(zhì)——亞硝胺前體物與消毒劑反應(yīng)生成。1989年，NDMA首次在加拿大安大略省的飲用水中被檢出，目前已經(jīng)成為國(guó)際飲用水、污水、再生水消毒副產(chǎn)物研究的熱點(diǎn)之一。2008年，世界衛(wèi)生組織提出了飲用水中NDMA導(dǎo)則值（100 ng/L），加拿大安大略省、美國(guó)加州、加拿大、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)也先后建立了相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。近兩年，我國(guó)上海、深圳率先把NDMA列入地方生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)限值為100ng/L。
識(shí)別亞硝胺前體物的來(lái)源是控制水中亞硝胺生成的重要基礎(chǔ)。三十年來(lái)，研究人員已經(jīng)鑒別出的亞硝胺前體物有數(shù)十種，包括二級(jí)胺、藥品、農(nóng)藥、個(gè)人護(hù)理品等，但這些成分在水中的濃度很低，貢獻(xiàn)率很小。水中亞硝胺前體物的主要來(lái)源一直是困擾國(guó)際消毒副產(chǎn)物領(lǐng)域的未解之謎。
陳超課題組專(zhuān)注亞硝胺研究工作十余年，針對(duì)我國(guó)水中的亞硝胺現(xiàn)狀、來(lái)源和控制技術(shù)開(kāi)展了大量研究。2013年，陳超副研究員首次提出了微生物代謝水中氨基酸、蛋白質(zhì)產(chǎn)生亞硝胺前體物機(jī)制的假說(shuō)。經(jīng)過(guò)近7年的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、實(shí)驗(yàn)室模擬和通量估算，驗(yàn)證了該機(jī)制，其研究過(guò)程匯總于本論文中。
微生物代謝水中含氮物質(zhì)產(chǎn)生亞硝胺前體物的基本過(guò)程
課題組首先發(fā)現(xiàn)多地水源水樣品的亞硝胺前體物總量指標(biāo)在未滅菌培養(yǎng)時(shí)均存在先升高后降低的趨勢(shì)，提示存在微生物代謝生成亞硝胺前體物的可能性；對(duì)水樣中有機(jī)物分類(lèi)解析結(jié)果表明，氨基酸的濃度變化趨勢(shì)與亞硝胺前體物總量有一定的相似性。隨后，課題組分別采用氨基酸、氨氮和蛋白胨作為唯一氮源，非特異性接種微生物進(jìn)行好氧或厭氧培養(yǎng)，也都發(fā)現(xiàn)存在類(lèi)似的規(guī)律。6種氨基酸經(jīng)生物代謝生成NDMA前體物的摩爾轉(zhuǎn)化率在百萬(wàn)分之六十至兩百之間，蛋白胨的摩爾轉(zhuǎn)化率更高達(dá)百萬(wàn)分之三百五十。課題組還對(duì)微生物代謝產(chǎn)生的亞硝胺前體物進(jìn)行了初步分析，發(fā)現(xiàn)分子量小于1000的胞外分泌物是主要的亞硝胺前體物來(lái)源，其次是分子量大于10k的胞外分泌物以及胞內(nèi)成分。已知的NDMA前體物二甲胺也有檢出，但貢獻(xiàn)率很低。根據(jù)前期獲得的全國(guó)水源水中亞硝胺前體物總量結(jié)果，結(jié)合水中氨基酸濃度的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，在論文中最后估算含氮有機(jī)物的微生物代謝機(jī)制可貢獻(xiàn)水源水中多達(dá)38%的亞硝胺前體物。
環(huán)境學(xué)院副研究員陳超為該論文的通訊作者，博士生貝爾為第一作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、深圳市基礎(chǔ)研究計(jì)劃和環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室自由探索課題等項(xiàng)目的支持。課題組相關(guān)研究工作為有關(guān)部委和部分城市提升飲用水水質(zhì)提供了技術(shù)支撐。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116055
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：程曦
