利用残留ClO₂⁻的高级氧化工艺（AOPs）为已采用ClO₂消毒的水务公司提供了一种有针对性的“废物变资源”策略。这些工艺并非作为主要处理手段与通用型AOPs（如紫外线/过氧化氢）竞争，而是将原本难以处理的副产物转化为有价值的资源。利用此类残留氧化剂可产生羟基自由基（HO•）、活性氯物种（RCS）或高价金属中间体，从而高效降解微污染物。本期《Making Waves》论文总结了近期通过不同策略活化ClO₂⁻的最新进展，阐明了作用机理、活性物种的演变、降解选择性，以及非预期副产物的形成与控制。这些见解为原位利用ClO₂⁻奠定了基础，从而实现了消毒副产物管理与微污染物控制的协同处理方案。
Fig. 1. Fundamental mechanisms governing ClO2− activation. (a) Spectral overlap between ClO2− and two UV lamps. (b) Schematic illustration of the photolytic activation mechanisms of ClO2−, highlighting the three primary pathways (thick dark blue arrows) and secondary reaction pathways (thin light blue arrows). Final products (ClO3− and Cl−) are shown in green. (c) ε of key species (ClO2, HOCl and OCl−). (d) Diagram for reaction mechanisms of the cobalt-based catalysts activation of ClO2−. Solid arrows indicate the primary generation of Co(IV)=O and ClO2, whereas dashed arrows represent the catalyst regeneration pathways back to Co(II).The proton-enhanced regulation pathway is shown in blue (Su et al., 2023), the UV-induced oxygen vacancy trapping mechanism is in orange (Su et al., 2024), and the hole-induced, H2O-driven alternative oxygen source cycle is in green (Su et al., 2025).
Fig. 2. Factors influencing micropollutant degradation and byproduct formation in ClO2− activation processes. (a) Wavelength-dependent degradation of carbamazepine and ClO2− (right y-axis) alongside the molar absorption spectrum of ClO2− (left y-axis) (pH = 7.0, [carbamazepine]0 = 5 μM, [ClO2−]0 = 80 μM, UV fluence = 1800 mJ cm−2) (Wang et al., 2022). (b) Degradation rates of micropollutants grouped by dominant reactive species in the UV254/ClO2− process: HO•‑dominated Group (red, right y‑axis), ClO2‑dominated Group (dark blue, left y‑axis), and HOCl/OCl−‑dominated Group (light blue, left y‑axis). Representative functional groups are color‑coded accordingly (pH = 7.0, [micropollutant]₀ = 2 μg L−1, [ClO2−]0 = 10 μM) (Zheng et al., 2023). (c) Comparison of sulfamethoxazole degradation rates among different Bi‑based catalytic processes (pH 6.8‑7.0, [sulfamethoxazole]0 = 5 μM, [ClO2−]0 = 100 μM) (Song et al., 2024, 2023). (d) Schematic illustration of the dual role of NOM in photolytic activation processes and catalytic activation processes.亚氯酸盐活化过程在实现“废物变资源”战略方面展现出独特的潜力。然而，要弥合基础研究与实际应用之间的鸿沟，既需应对关键挑战，又需把握新兴机遇。
•实验条件必须与实际环境相符。许多现有的机理研究采用的ClO₂⁻浓度远高于实际残留水平。虽然此类研究能提供动力学数据，但这种差异可能会扭曲我们对实际反应路径和副产物形成的理解。未来研究必须优先考虑具有环境相关性的浓度（微摩尔级），并在模拟实际消毒水的复杂基质中进行验证。此外，亟需开展中试规模研究，以评估长期运行稳定性、同步去除多种污染物的能力以及对下游工艺的潜在影响——这些步骤对于评估工程可行性至关重要。
•ClO₂⁻/ClO₂转化循环及其协同消毒的巨大潜力，值得在饮用水和饮用水再利用应用中进行探索。ClO₂⁻不仅是ClO₂消毒的最终产物，更是一个可被重新激活为ClO₂及其他活性物种的储库。这一内在循环表明，通过精确调控，可在维持活性氯物种原位再生以灭活病原体的同时，实现痕量微污染物的降解与ClO₂⁻的去除。最新研究发现，ClO₂⁻ 会通过静电吸附作用附着在带正电的细胞膜位点上——并在阳光照射下于界面处产生活性物种——这凸显了设计多功能处理工艺的可能性（Shen et al., 2025）。为充分利用这一特性，未来的研究应侧重于开发高效的循环系统，并设计出坚固耐用、抗基质干扰的催化剂或优化活化方法（例如波长调节）。
•副产物评估需从以微污染物为中心转向以基质为中心的评价。当前研究过度关注高浓度目标污染物的转化，却大多忽视了天然有机物（NOM）作为自由基清除剂和主要消毒副产物（DBP）前体的双重作用。未来研究必须以NOM为核心，严格考察不同的活化机制如何改变NOM结构并驱动副产物形成，同时量化相关的权衡关系。最终，开发既能平衡微污染物降解效率又能实现整体毒性控制的基质定制化活化策略，是确保基于ClO₂⁻工艺环境安全性的根本前提。
•经济可行性仍是实际应用的关键考量。以甲氧苄啶为模型化合物进行的初步对比表明，UV/ClO₂⁻工艺的能效比（EE/O）为3.70 kWh m⁻³ order⁻¹，高于UV/H₂O₂工艺（1.16 kWh m⁻³ order⁻¹） （Ye et al., 2023），尽管这些数值取决于微污染物种类，且是基于亚氯酸盐作为投加化学品计算得出的。实际上，对于已采用二氧化氯消毒的水务设施而言，残留的ClO₂⁻本身就构成了一项现有负担。未来的评估应超越孤立的比较，在现实的水质条件下纳入全生命周期评估。
综上所述，通过遵循现实的研究条件、开展必要的工程验证、利用ClO₂⁻/ClO₂循环的协同效应及材料创新、系统管理副产物风险（包括天然有机物转化和ClO₃⁻形成），并进行综合的技术经济评估，亚氯酸盐激活工艺有望从一个极具吸引力的科学概念，演变为水处理领域中因地制宜且可持续的创新方案。
Xi Zhang, Yimeng Ma, Mingkai Jia, Wanxin Li, Jiarui Han, Rihui Li, Xin Yang, Ran Yin, Hongqiang Ren, Making waves: Harnessing the disinfection byproduct chlorite as an oxidant precursor for micropollutant abatement, Water Research, 2026, https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125957
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