饮用水中氯化消毒副产物的控制研究进展

赵 亮

消毒作为控制饮用水生物安全性的最后一道屏障，氯化消毒在我国第二代饮用水常规工艺处理中得到了大规模的应用。氯化消毒的目的在于有效杀灭水中混凝、沉淀和过滤等前期工艺未能去除的微生物，控制水传染性疾病的传播。氯化消毒能够杀灭水中的大部分致病细菌和寄生虫卵，同时具有去色、除臭、除味和灭藻的功能［1，2］。但是越来越多的研究表明，饮用水加氯消毒后会产生消毒副产物(DBPs)，而这些物质会危害人体健康，如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等，饮用氯化水会使人患结肠癌和膀胱癌的危险增加。目前国内外有不少学者致力于DBPs的形成机理、危害以及控制方法的研究，且提出了很多去除DBPs的方法，但是目前还没有一种公认的十分经济有效的处理方法。如何控制饮用水中DBPs仍然是水处理行业亟待解决的问题之一。

1 DBPs的产生

1.1 DBPs的形成机理

由于生活饮用水源无论是江河水、湖泊水还是地下水都遭到了不同程度的污染，致使原水水源中都含有了大量的有机物，这些有机物包括人工合成有机物和天然有机物。而当使用氯消毒时，氯会与原水中的有机物，特别是富里酸和腐殖酸反应生成氯代烃、氯代乙酸以及其他的氯化消毒副产物［3］。

包括Shakhawat Chowdhury等［4］在内的学者都认为，有机物的浓度和投氯量是影响DBPs形成种类和数量的主要因素，同时也受pH值、水温、Br－及金属离子浓度等因素的影响。

1.2 DBPs的种类

自1974年Rook和Bellar等人发现在饮用水的处理中加氯消毒会产生三卤甲烷(THMs)后，不少学者对DBPs的成分进行了大量研究，到目前为止约有六百多种DBPs已被报道［5］。但是研究发现，这已被确定的六百多种DBPs仅占总DBPs种类的50%～60%，而其余 DBPs的结构尚不清楚［6，7］。目前一般认为，DBPs的种类主要有三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAA)、卤代乙腈(HAN)、卤酚、卤代醛和酮等各种副产物［8］。JONATHAN G.PRESSMAN等人［7］对DBPs中各种物质所占比例进行了详细的研究，其具体结果见图1。随着研究的不断深入，很多新的DBPs也在不断被发现和确认。近年来在美国和加拿大等地的采用化合氯消毒的饮用水中，二甲基亚硝胺(N-Nitrosodimethylamine，NDMA)被确认是一种新的氯化消毒副产物［9］。

2 DBPs的健康风险

饮用水被应用于日常生活中的很多地方，例如直接饮用、做饭、洗澡、洗涤等，因此人体可通过多种途径直接接触DBPs，当然直接饮用是主要的一种暴露方式，但在淋浴、洗衣、游泳等过程中也会摄入或是皮肤接触到DBPs［10］。在DBPs毒理学的研究方面，普遍认为消毒副产物会有“三致”作用，即诱变性、致癌性和生殖与发育毒性。

图1 各种消毒副产物所占比重

常见消毒副产物对人体健康都会产生一定的影响［8］，具体见表1。

表1 氯消毒副产物对健康的影响

3 DBPs控制方法的研究进展

控制DBPs的目的是尽量减小其在饮用水中的存在量，最大限度地降低其对人体的健康危害。根据DBPs的形成机理，目前控制DBPs的方法大致可分为5类，分别是改进氯消毒工艺、研发替换氯消毒剂、去除消毒副产物的前驱物、去除已经产生的消毒副产物和从源头控制，加强水源水的保护，并制定严格的饮用水水质标准［11］。

3.1 改进氯消毒工艺

DBPs产生于氯消毒工艺，故改进传统氯化工艺是一种有效的DBPs控制措施。针对传统消毒工艺产生DBPs的机理，在新水厂的建造或是旧水厂改造过程中，可以从以下几点进行考虑:第一，改进加氯点，取消预加氯，尽量采用滤后加氯。采用滤后加氯，由于在滤前工艺中已经去除了一部分消毒副产物前驱物，实践表明，滤后加氯可以大大降低出厂水中的DBPs［12］。第二，严格控制加氯量，在氯消毒过程中，应结合水厂进水水质，在保证消毒灭菌的情况下，尽量减少氯气的使用量。第三，保证加氯过程的均匀和快速混合，国内外已有研究表明，快速均匀混合能大大提高氯的初始杀菌能力，这样可以减少氯的使用量［12］。

3.2 替换氯消毒剂

David A.Reckhowa等［13］研究表明，相比一些其他的消毒剂(如氯胺和二氧化氯)，氯气会产生更多的THMs，HAAs和总有机卤化物(TOX)，因此采用其他的消毒剂替代氯消毒，可以减少DBPs的产生。近年来，二氧化氯、臭氧、紫外光、高锰酸钾消毒等被不断的研究，并在实际工程中得到了一些应用。

近年来，国内外学者也提出了许多其他新型的消毒方法，其中物理消毒方法主要有超声波法、高梯度磁场法、微电解法、X射线照射法和γ射线照射法等，化学消毒法有等离子体消毒、银离子消毒剂、氧化剂(过氧化氢和fenton试剂)和光化学氧化消毒法等。

3.3 DBPs前驱物的去除

研究表明，消毒副产物的前驱物主要是质水体中的腐殖酸、富里酸以及其他的天然有机物。Guanghui Hua等［14］研究指出，Br－和I－容易与亲水性天然有机物形成DBPs，因此去除前驱物的重点应该放在一般处理方法难于去除的亲水性天然有机物上。当然饮用水公用工程中最安全优化的方法是将亲水性和憎水性的有机物都有效的去除，从而减少消毒副产物产生。目前去除这些前驱物的主要方法有:强化混凝法、活性炭吸附法、膜过滤法、生物氧化法、化学氧化法以及纳米工艺。

3.4 DBPs的直接去除

根据水中生成的DBPs的物理化学性质，采用有效的处理方法将其从饮用水中除去，也是控制DBPs的方法之一，目前直接去除DBPs的方法有膜分离技术、活性炭吸附和曝气法。

3.5 加强水源水的保护，制定严格的饮用水水质标准

我国水污染状况严重，作为饮水水源的水环境已遭到严重的破坏，加强水源环境保护是防止有机物污染的关键环节。只有保证作为水源的江河、湖泊、水库等水环境的安全，才能有效减少出厂水中DBPs的种类和数量。因此，加强水源地环境保护，改善水源水质是降低DBPs含量的根本措施。

为了控制饮用水消毒副产物，各国都制定了严格的标准。在我国，2007年7月1日，由国家标准委和卫生部联合发布的GB 5749-2006生活饮用水卫生标准强制性国家标准，规定指标从原先的35项增加到了106项。这项新标准提出了常规42项、非常规64项指标。与旧标准相比，其增加了71项，修订了8项;加强了对水质有机物、微生物和水质消毒等方面的要求，并基本实现了饮用水标准与国际接轨。

4 结论和展望

由于氯消毒具有经济性和高效性，结合当前我国的经济水平和技术研发的状况，在短时期内氯消毒仍然是饮用水消毒的主要技术手段，目前大多数水厂仍采用氯消毒工艺。综合国内外对氯化消毒副产物的研究现状，我认为今后的研究可以围绕以下几个方面展开:

1)目前饮用水中未确定的有机卤化DBPs达50%左右，我们应该加大研究力度，开发出更精确的检测技术，确定氯化消毒过程中产生的那些未知的DBPs，查明其形成机理，明确其对人体健康的风险，为饮用水中的DBPs控制和去除提供理论依据，以便更好的去除这些DBPs。2)要减少DBPs对人体的健康威胁，最重要的是要从水源保护入手，从源头上控制污染物的排放，这才是控制消毒副产物的根本途径。相应的国家机构应该制定更为严格的标准和规定，减少这些有毒化合物对公众的健康卫生威胁，并加强对标准值执行情况的监督和管理，把这些化合物的浓度降到人体可以接受的水平。3)不同的水厂要根据不同水源水质状况，通过实验确定控制消毒副产物的最佳方案。除了改进传统氯化工艺之外，可通过消毒剂替代、前体物去除、副产物直接去除等多种措施来控制消毒副产物。在控制过程中，对那些含量大或是毒性大的DBPs重点考虑，确保这些物质的优先去除。4)任何一种饮用水深度处理技术都有其局限性，所以把物理、化学、生物等多种技术结合起来，发挥协同作用是控制消毒副产物的发展方向之一。同时不断开发新的处理技术，例如纳米技术、光催化消毒和MIEX技术，为去除DBPs提供更多的技术选择。

［1］ 李晓莉.饮用水的消毒技术［J］.广东化工，2003(5):53-54.

［2］ 赵生友，王 浩.饮用水加氯消毒副产物的毒性与控制［J］.中国卫生工程学，2007，6(1):51-52.

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