清華新聞網(wǎng)6月19日電 6月17日，清華大學環(huán)境學院飲用水安全教研所陳超課題組在環(huán)境和市政領域權威期刊《水研究》（Water Research）上在線發(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，在國際上首次提出并驗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制。
二甲基亞硝胺（N-nitrosodimethylamine, NDMA）等亞硝胺類物質(zhì)是一類新型消毒副產(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)成為國際飲用水、污水、再生水消毒副產(chǎn)物研究的熱點之一。2008年，世界衛(wèi)生組織提出了飲用水中NDMA導則值（100 ng/L），加拿大安大略省、美國加州、加拿大、澳大利亞等發(fā)達國家和地區(qū)也先后建立了相應的水質(zhì)標準。近兩年，我國上海、深圳率先把NDMA列入地方生活飲用水衛(wèi)生標準，標準限值為100ng/L。
識別亞硝胺前體物的來源是控制水中亞硝胺生成的重要基礎。三十年來，研究人員已經(jīng)鑒別出的亞硝胺前體物有數(shù)十種，包括二級胺、藥品、農(nóng)藥、個人護理品等，但這些成分在水中的濃度很低，貢獻率很小。水中亞硝胺前體物的主要來源一直是困擾國際消毒副產(chǎn)物領域的未解之謎。
陳超課題組專注亞硝胺研究工作十余年，針對我國水中的亞硝胺現(xiàn)狀、來源和控制技術開展了大量研究。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)生亞硝胺前體物機制的假說。經(jīng)過近7年的現(xiàn)場檢測、實驗室模擬和通量估算，驗證了該機制，其研究過程匯總于本論文中。
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在未滅菌培養(yǎng)時均存在先升高后降低的趨勢，提示存在微生物代謝生成亞硝胺前體物的可能性；對水樣中有機物分類解析結果表明，氨基酸的濃度變化趨勢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行好氧或厭氧培養(yǎng)，也都發(fā)現(xiàn)存在類似的規(guī)律。6種氨基酸經(jīng)生物代謝生成NDMA前體物的摩爾轉化率在百萬分之六十至兩百之間，蛋白胨的摩爾轉化率更高達百萬分之三百五十。課題組還對微生物代謝產(chǎn)生的亞硝胺前體物進行了初步分析，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，但貢獻率很低。根據(jù)前期獲得的全國水源水中亞硝胺前體物總量結果，結合水中氨基酸濃度的文獻數(shù)據(jù)，在論文中最后估算含氮有機物的微生物代謝機制可貢獻水源水中多達38%的亞硝胺前體物。
環(huán)境學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。本研究得到了國家自然科學基金、清華大學自主科研計劃、深圳市基礎研究計劃和環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室自由探索課題等項目的支持。課題組相關研究工作為有關部委和部分城市提升飲用水水質(zhì)提供了技術支撐。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2020.116055
供稿：環(huán)境學院
編輯：李華山
審核：程曦
