飲用水中消毒副產(chǎn)物的去除研究

許運(yùn)良 尚鳴 史林均 羅燕 顧萬(wàn)建

(1.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司,北京 100120;2.江蘇金環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司,江蘇無(wú)錫 214214)

飲用水中消毒副產(chǎn)物的去除研究

許運(yùn)良1尚鳴2史林均2羅燕2顧萬(wàn)建2

(1.中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司,北京 100120;2.江蘇金環(huán)環(huán)保設(shè)備有限公司,江蘇無(wú)錫 214214)

飲用水消毒是將化學(xué)物質(zhì)添加到水中,以除去水中的病毒和細(xì)菌等有害物質(zhì)。經(jīng)消毒后飲用水中會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物,這是由水中有機(jī)物同消毒劑經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)而形成的。消毒副產(chǎn)物對(duì)人體的健康有很大影響,長(zhǎng)期飲用還會(huì)有致癌的可能。因此飲用水中消毒副產(chǎn)物的去除已經(jīng)成為首要解決的問(wèn)題。本文結(jié)合飲用水消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生原因及其對(duì)人體的危害,對(duì)消毒副產(chǎn)物去除提出幾點(diǎn)建議。

飲用水 消毒 副產(chǎn)物 去除

水是人類生活的源泉，人們需要的不僅僅是水，更需要干凈無(wú)污染的水。飲用水消毒技術(shù)能夠有效地去除水中所含的病菌以及各種藻類，避免飲用后對(duì)人體帶來(lái)的身體危害。目前我國(guó)城市飲用水大多是采用液氯消毒方法，液氯有很強(qiáng)的殺菌效果，并且價(jià)格相對(duì)實(shí)惠，因此得到了廣泛應(yīng)用。但經(jīng)過(guò)消毒的飲用水會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物，長(zhǎng)期飲用會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。飲用水消毒機(jī)構(gòu)正在積極開(kāi)發(fā)更加有效的消毒方法，例如活性炭吸附、組合工藝等，以去除消毒副產(chǎn)物，進(jìn)而保證人們的身體健康。

1 飲用水消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生及危害

(1)消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。生活飲用水大多來(lái)自自然界，水中普遍含有豐富的天然有機(jī)物，如藻類、細(xì)菌、腐殖酸等，經(jīng)過(guò)液氯消毒后，有機(jī)物同氯發(fā)生取代、加成和氧化等化學(xué)反應(yīng)，最終形成了三鹵甲烷等消毒副產(chǎn)物。消毒方法的不同，消毒副產(chǎn)物的形成也會(huì)不相同，主要的消毒副產(chǎn)物有三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙腈和鹵代化合物。水源中的有機(jī)物種類、溫度、pH值也決定著消毒副產(chǎn)物的生成，地下水的有機(jī)物含量較低，因此產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物比地表水含量少很多?；瘜W(xué)消毒方法不可避免的會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，這種方法對(duì)于有機(jī)物的去除效率是最高的。(2)消毒副產(chǎn)物對(duì)人體的危害。上世紀(jì)七十年代，人們通過(guò)研究癌癥發(fā)病率及病癥來(lái)源，認(rèn)識(shí)到鹵代有機(jī)物對(duì)身體的危害，從而發(fā)現(xiàn)了飲用水液氯消毒的危害。液氯消毒將水中的有機(jī)物通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將其轉(zhuǎn)變成鹵代有機(jī)物，但是這些鹵代有機(jī)物是多種癌癥的致病因子。通過(guò)外國(guó)研究團(tuán)隊(duì)的水分檢驗(yàn)以及飲用人員跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)水中鹵代有機(jī)物含量相對(duì)較高的地區(qū)，人們患癌癥的幾率顯著比其他地區(qū)高出很多?？茖W(xué)家用有機(jī)鹵代物對(duì)小鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)小鼠各種體內(nèi)特征分析，發(fā)現(xiàn)鹵代物對(duì)小鼠身體的影響。一段時(shí)間的對(duì)比試驗(yàn)之后，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)鹵代有機(jī)物喂養(yǎng)之后的小鼠身體內(nèi)有細(xì)胞異常突變現(xiàn)象，進(jìn)而得到鹵代有機(jī)物有致癌因子的這一理論。

2 飲用水消毒副產(chǎn)物去除中存在的問(wèn)題

(1)飲用水經(jīng)過(guò)消毒后，不僅含有三鹵甲烷，還有氯化酸、腈類和醛類等不易揮發(fā)的鹵代烴，但是對(duì)這些鹵代烴的含量標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)模糊，沒(méi)有專門的飲用水條例對(duì)其做出明確要求，導(dǎo)致應(yīng)用水中有害物質(zhì)總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)國(guó)家要求，不能保證飲用水安全。這種消毒副產(chǎn)物很難消除，即使飲用水經(jīng)過(guò)高溫之后也不能破壞副產(chǎn)物的穩(wěn)定性，最終被人體吸收，危害人們的身體健康。(2)飲用水在消毒過(guò)程中，需要投入大量的混凝劑，將水中的物質(zhì)進(jìn)行沉降，以保證飲用水的清潔。但伴隨著混凝劑的投入量不斷增加，會(huì)逐漸生成大量的泥污，最終有可能因混凝劑投入過(guò)量而影響水的清潔程度。并且混凝劑還會(huì)對(duì)水的pH值造成影響，導(dǎo)致增加水處理所需要的資金投入。(3)雖然國(guó)際上積極開(kāi)發(fā)各種消毒劑，以替換傳統(tǒng)的液氯消毒方法。但是新型消毒劑的消毒效果、持續(xù)滅菌效果和三鹵甲烷的產(chǎn)生量等方面還有很多需要解決的問(wèn)題。新型消毒劑不僅應(yīng)當(dāng)有良好的消毒效果，還應(yīng)當(dāng)具有低投入高效率的特性。因此，國(guó)家應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)消毒劑研發(fā)工作，產(chǎn)出既不生成消毒副產(chǎn)物又能較低消毒投入的新型消毒劑，徹底替換液氯在飲用水中的消毒地位，保證人們的健康。

3 去除飲用水消毒副產(chǎn)物的方法

通過(guò)對(duì)有機(jī)鹵代物的危害研究，人們?cè)絹?lái)越認(rèn)識(shí)到飲用水對(duì)健康的重要性。因此，凈水廠應(yīng)當(dāng)積極開(kāi)發(fā)水資源消毒技術(shù)，降低有機(jī)鹵代物在飲用水中的含量，讓水資源真正變成人類生存的源泉，而不是危害人類身體的慢性毒藥。

(1)凈水廠選擇優(yōu)質(zhì)的水源，從根本上減少有機(jī)物含量伴隨著我國(guó)人口的不斷增多，城市范圍的逐漸擴(kuò)大，天然水源遭到了嚴(yán)重的污染。凈水廠的水源大多來(lái)自于水庫(kù)，這些水中有機(jī)物的含量較多。并且很多工廠將污染物直接排入水中，這些污染物含有藻類植物生長(zhǎng)所需要的磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)了藻類的生長(zhǎng)，最終直接影響了水質(zhì)。因此國(guó)家應(yīng)當(dāng)加大環(huán)境保護(hù)力度，杜絕水資源污染行為，將清潔的水資源作為飲用水的來(lái)源。(2)選擇更加安全的消毒方法和消毒劑：①活性炭吸附法。活性炭主要有粉末狀和顆粒狀兩種。粉末活性炭只能一次性完全投入到水中，因此具有成本高而消毒效率低的特性，主要是在水源突然遭到污染或者季節(jié)交替時(shí)水質(zhì)變差使時(shí)用。顆?；钚蕴棵看问褂玫那捌谕度胂鄬?duì)較高，但是使用的過(guò)程中消費(fèi)較低，因此被廣泛應(yīng)用到飲用水徹底消毒過(guò)程中。粉末活性炭能夠高效地吸附水中的低分子有機(jī)物，而顆?；钚蕴繉⑽锢砘瘜W(xué)和生物化學(xué)相結(jié)合對(duì)水體進(jìn)行凈化，能夠?qū)⒂袡C(jī)物和無(wú)機(jī)物分子同時(shí)消除，因此顆?；钚蕴坑懈恿己玫娜コЧ?。因此，凈水廠應(yīng)當(dāng)廣泛應(yīng)用該方法，從根本上消除水體中的污染物質(zhì)，保證飲用水的質(zhì)量。②ClO2氧化法。ClO2不僅能夠降解有機(jī)物，還有很好的消毒、殺菌等功能。并且它的作用環(huán)境不受pH值的影響，還能通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，徹底消除水中存在的鐵、錳、硫化物等有害物質(zhì)。ClO2最大的優(yōu)點(diǎn)是同有害物質(zhì)或者有機(jī)物反應(yīng)之后基本上不會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的鹵代有機(jī)物。研究發(fā)現(xiàn)，液氯消毒會(huì)產(chǎn)生比ClO2消毒更多的有毒物質(zhì)，并且液氯消毒還有可能增大水中污染物的遺傳毒性，人們飲用后會(huì)對(duì)身體造成極大的危害。實(shí)踐證明，經(jīng)ClO2消毒的水中CHCl3、CCl4的含量明顯比液氯消毒的水中含量低。因此，ClO2可以代替液氯，成為新一代安全的化學(xué)飲用水消毒劑。③KMnO4消毒。KMnO4本身作為消毒劑存在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，但只能用來(lái)化學(xué)消毒，不能進(jìn)行物理消毒。將顆粒狀活性炭同KMnO4相結(jié)合而形成的處理技術(shù)，既能夠快速消毒，還充分減少了消毒所需要的資金投入?；钚蕴烤哂形锢砦焦δ?，而KMnO4則具有化學(xué)消毒功能，相結(jié)合產(chǎn)生的處理技術(shù)有效的去除水中的有機(jī)物，還能夠吸附鹵代有機(jī)物。保證飲用水的清潔性。KMnO4具有很強(qiáng)的氧化功能，它能夠促進(jìn)水中腐殖酸氧化過(guò)程，進(jìn)而降低CHCl3的生成量，保證飲用水的化學(xué)安全性。④紫外線消毒。紫外線的消毒殺菌功能已經(jīng)得到人們的廣泛認(rèn)同，并且將其應(yīng)用到飲用水消毒。最新研究成果表明，紫外線不僅能夠消毒殺菌，還能消除O3、減少有機(jī)物、去除水中的氯。水的投射能力對(duì)紫外線光的消毒效果有很大的影響，并且水中的懸浮物、有機(jī)物和水分子還能夠吸收照射進(jìn)來(lái)的紫外光。因此，紫外線消毒必須應(yīng)用在水中懸浮物含量相對(duì)較低的環(huán)境中，有很大的局限性。⑤O3消毒。O3有很高的氧化性，并且不會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷等有毒的副產(chǎn)物。O3的消毒與氧化效果都比液氯要高，還能夠?qū)㈦y以生物降解的有機(jī)物分解為可降解的類型，進(jìn)而降低水中有機(jī)物的含量?，F(xiàn)在將臭氧應(yīng)用到飲用水消毒過(guò)程中，以控制三鹵甲烷以及其他有毒副產(chǎn)物的生成。但是O3在水中很容易分解為O2，很不穩(wěn)定，只能現(xiàn)場(chǎng)制備，從而限制了O3的使用范圍。(3)去除已生成的消毒副產(chǎn)物的方法：①活性炭和活性炭纖維技術(shù)?；钚蕴?AC)是一種良好的水處理劑， 它能有效地去除水中非極性或憎水性有機(jī)物，因此得到廣泛的應(yīng)用。而活性碳纖維(ACF)是近年來(lái)發(fā)展的一種新型吸附材料，與AC相比，具有更豐富的微孔結(jié)構(gòu)、更大的比表面積和吸附能力，更適合飲用水的深度處理工藝。②吹脫法。吹脫是利用水中溶解化合物的實(shí)際濃度與平衡濃度之間的差異，將揮發(fā)性組分不斷由液相擴(kuò)散到氣相中，達(dá)到去除揮發(fā)性有機(jī)物的目的。吹脫法具有費(fèi)用低、操作簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)難揮發(fā)的有機(jī)物去除效果差。能揮發(fā)去除的有機(jī)物有：CCl4、CH2Cl2、苯、氯苯、THMS等。去除效果與接觸時(shí)間、氣液比、溫度、蒸汽壓有關(guān)。在飲用水深度處理中吹脫法費(fèi)用是采用活性炭達(dá)到同樣去除效果所需運(yùn)行費(fèi)用的1/4～1/2。因此，美國(guó)環(huán)境保護(hù)協(xié)會(huì)(USAPA)指定其為去除揮發(fā)性有機(jī)物最可行的技術(shù)。③膜分離技術(shù)。膜分離技術(shù)兼有分離、濃縮、純化和精制的功能，加之近年反滲透和納濾在飲用水處理中呈現(xiàn)強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)有機(jī)物和微生物的去除起到了重要的作用。膜分離技術(shù)被廣泛應(yīng)用在飲用水消毒副產(chǎn)物的去除。(4)國(guó)家應(yīng)增強(qiáng)飲用水監(jiān)管工作，為其制定嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)飲用水中消毒副產(chǎn)物的含量較高，因此，國(guó)家應(yīng)當(dāng)結(jié)合國(guó)際衛(wèi)生組織對(duì)于飲用水消毒副產(chǎn)物的含量標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)飲用水現(xiàn)狀，制定出嚴(yán)格的飲用水生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而對(duì)凈水企業(yè)做到工作監(jiān)督，保證飲用水中消毒副產(chǎn)物的含量達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而保障人們的身體健康。

總的來(lái)說(shuō)，從當(dāng)前形勢(shì)來(lái)看，飲用水中消毒副產(chǎn)物的去除已經(jīng)得到了國(guó)際的廣泛關(guān)注，凈水廠應(yīng)當(dāng)產(chǎn)用先進(jìn)的消毒技術(shù)，如活性炭吸附、臭氧、高錳酸鉀消毒、紫外線光照射等，以減少水中消毒副產(chǎn)物的含量。國(guó)家也應(yīng)當(dāng)提升飲用水標(biāo)準(zhǔn)，做好環(huán)境保護(hù)工作，從根本上對(duì)飲用水進(jìn)行監(jiān)管，降低水中有機(jī)物的含量，最終保證飲用水的清潔性，保障人們的健康。

[1]姜明基.城市給水系統(tǒng)中消毒副產(chǎn)物的生成特性及控制技術(shù)研究[D].吉林建筑工程學(xué)院,2012年.

[2]錢洪智.不同飲用水源水氯化消毒副產(chǎn)物的特征與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[D].浙江大學(xué),2013年.

許運(yùn)良,性別：男,陜西蒲城縣人,1963年生,學(xué)歷：本科,職稱：高級(jí)工程師,單位：中國(guó)城市建設(shè)研究院有限公司,研究方向：市政工程。