一个多世纪以来，化学氧化法一直被用于市政水处理，最初是用于消毒。在最初的几十年里，氯消毒被用于防治水传播疾病。然而，
氯的氧化特性会产生意想不到的副作用，即产生可能有毒的消毒副产物（DBPs）
。
为了缓解这一问题，人们采用了二氧化氯、氯胺和臭氧等替代消毒剂，但它们带来了一系列不同的危害。最终，
人们认识到饮用水处理厂的经营者必须在消毒和 DBP 的形成之间取得平衡。
如今，人们正在采用一种结合了分析化学、工程学、毒理学和流行病学等工具的多学科方法来权衡消毒/DBP。针对这一领域，2023年11月28日
EST
以“
Oxidative Water Treatment: The Track Ahead
”为题发表了一篇社论，阐述了氧化水处理未来的发展方向。同时，这篇社论也属于特刊Oxidative Water Treatment: The Track Ahead的一部分。
几十年来，化学氧化法也一直被用于控制化学污染物，最初是为了改善水的外观。到20世纪70年代末，氧化剂也被用于处理被称为微量污染物或痕量有机污染物的合成有机化合物。化学氧化首先用于减少非极性污染物(氯化溶剂、杀虫剂和燃料添加剂)。随着分析方法的改进和水务公司加强废水处理和饮用水再利用，处理范围扩大到极性微污染物，包括药品、个人护理产品、内分泌干扰物和工业化学品。
随着需要处理的化学品种类的增加，第二种权衡方法也变得显而易见。选择性氧化剂，如高锰酸盐、二氧化氯和氯，在处理主要含有一类化合物（如酚类化合物）的水体时具有优势，因为这类污染物可以以较高的氧化剂使用效率得到处理。高级氧化工艺（AOPs）结合使用氧化剂（如
O
3
与 H
2
O
2
）或紫外线（如紫外线与 H
2
O
2
或紫外线与氯）产生羟基自由基（
.
OH
）和其他短效氧化剂。这些活性物质能氧化更多的化学物质，因此在处理含有多种污染物的水体时更有吸引力。广泛的反应性通常伴随着较低的氧化剂使用效率，因为相当一部分氧化剂会与溶解有机物等非目标溶质发生反应。臭氧是一个特例，因为它可以通过直接反应对某些化合物实现高选择性，同时产生足够的
.
OH
来减少那些缺乏易被直接氧化的官能团的化合物。
因此，
氧化处理技术的使用者必须在选择性和效率之间权衡利弊。
目标化合物在氧化过程中的消失往往伴随着其生物效应的降低。然而，要确保氧化处理过程中产生的转化产物都不具有毒性却极具挑战性。目标化合物矿化是确保毒性消失的最简单方法，但在典型的处理条件下成本过高，而且往往会产生高浓度的 DBPs。
因此，
氧化处理还有第三种权衡方法，即需要在减少微污染物的好处与不希望产生的副作用（如形成有毒的转化产物和 DBPs）之间取得平衡。
可以通过严格的评估方法将这些风险降至最低，这种方法会考虑反应动力学、转化产物的形成以及毒理学评估。
微污染物的氧化处理已经达到可以设计、优化和有效运行全规模的均相处理系统的阶段，例如
O
3
、
O
3
与 H
2
O
2
以及紫外线与 H
2
O
2
。而更适合特殊应用如消除难以处理的污染物的方法，包括光解、（光）催化和电化学方法，还没有达到同样的成熟度。除了扩大可处理的化合物范围外，基于电力的方法，如涉及电化学生产和/或活化氧化剂的方法，在分散系统中也有很大的应用潜力，因为它们不需要运输和远程管理化学品。
要想更广泛地采用这些新兴技术，就必须进一步开发坚固的电极材料，并完善基于动力学的预测工具，特别是针对在固-水界面发生的过程。
鉴于在氧化水处理过程中形成的微污染物和转化产物数量庞大，要识别和实验评估它们的生物效应和产生有毒副产品的潜力是不切实际的。
因此，
需要采用计算机的方法预测降解途径和毒理学/生物降解性，以筛选出值得进一步分析的化合物。
基于计算机的工具能够预测臭氧和
.
OH
降解途径，但还需要进一步改进，以提高其性能并将其扩展到其他氧化剂。量子化学计算以及机器学习等统计工具的可能应用具有巨大潜力，可与实验研究相结合，提高我们预测反应动力学和产物形成的能力。此外，先进的化学分析和毒理学方法[如用于（非）靶向分析或高通量毒理学分析的高分辨率质谱法]可以提供有关转化产物及其毒性的新信息。
鉴于水源的复杂性和多变性，以及使用化学氧化剂的内在权衡，显然没有一种氧化剂可以用于所有处理目的。
因此，要想不偏离正轨，研究人员需要以已经获得的化学氧化剂知识为基础，并在多屏障系统中将化学氧化剂与其他处理工艺结合使用，以提高恢复力并发挥协同作用（例如，在化学氧化后使用生物过滤来降解 DBPs）。
全氟和多氟烷基物质等抗氧化性极强的污染物的出现提醒我们，化学氧化并非万能药
；相反，它应被视为通往安全、廉价水之路的众多有用工具之一。
来源：
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