污染原水及其凈化過程的有機(jī)物分子量分布與組成的述評(píng)

陳　昕,陳洪斌

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,城市污染控制國(guó)家工程研究中心,上?！?00092)

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· 綜述 ·

污染原水及其凈化過程的有機(jī)物分子量分布與組成的述評(píng)

陳昕,陳洪斌

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,城市污染控制國(guó)家工程研究中心,上海200092)

隨著飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，飲用水的水質(zhì)安全受到更多關(guān)注，其中，飲用水中的有機(jī)物成為關(guān)注的焦點(diǎn)?？偨Y(jié)了近年來國(guó)內(nèi)外關(guān)于飲用水凈化過程中有機(jī)物的分子量分布與其組成的研究進(jìn)展，評(píng)述了飲用水中有機(jī)物的來源、組成、分子量分布以及去除技術(shù)等，最后針對(duì)微量有機(jī)物去除的凈化工藝的選擇及優(yōu)化等提出了建議。

飲用水; 有機(jī)物; 來源; 分布; 轉(zhuǎn)化; 去除

1　引　言

據(jù)資料顯示：目前，我國(guó)的56個(gè)城市中206個(gè)集中式水源地已受到132種有機(jī)物的污染，其中103種屬于優(yōu)先控制污染物，主要有壬基酚、酞酸酯、氯仿、二氯甲烷、苯系物等，污染水平遠(yuǎn)高于歐美國(guó)家[1-2]。我國(guó)2006年最新修訂的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中，毒理學(xué)指標(biāo)中有機(jī)化合物由5項(xiàng)增至53項(xiàng)，其中增加的指標(biāo)主要有三鹵甲烷(THMs)和鹵乙酸(HAAs)[3]。因此，去除與減少飲用水中的有機(jī)污染物是當(dāng)前飲用水處理面臨的主要問題之一。

水中有機(jī)污染物與消毒副產(chǎn)物生成水平密切相關(guān)，同時(shí)，流行病學(xué)調(diào)查已證實(shí)飲用含有消毒副產(chǎn)物的水與癌癥有著密切的聯(lián)系；水中的有毒有害有機(jī)物如微囊藻毒素具有強(qiáng)烈的肝毒性，甚至可導(dǎo)致肝癌[4-5]。此外，由于這些有機(jī)物具有難降解性、慢性毒性、持久性和生物積累性等，對(duì)人類健康以及生態(tài)平衡造成巨大的威脅[4～6]。

飲用水的不同處理工藝對(duì)于不同分子量的有機(jī)物去除效率有很大差異，而相同分子量區(qū)間的有機(jī)物具有相似的物理化學(xué)性質(zhì)，因此水中有機(jī)物的分子量分布可間接反映飲用水有機(jī)物的處理特性，進(jìn)而影響水處理效率與工藝選擇[7-8]。

2　飲用水中有機(jī)物的來源與組成

飲用水中的有機(jī)物按照其來源可分為兩類：天然有機(jī)物(NOM)以及人工合成有機(jī)物(SOC)。

2.1水源水中的天然有機(jī)物組成

水源水中的有機(jī)物主要是天然有機(jī)物，包括腐殖質(zhì)、溶解性植物組織、生物殘?bào)w、微生物分泌物以及藻毒素等[6, 9]。天然有機(jī)物也被稱為耗氧有機(jī)物或傳統(tǒng)有機(jī)物，是飲用水最主要的消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體，主要為動(dòng)植物殘?bào)w腐爛分解所產(chǎn)生的大分子有機(jī)物，分子量一般大于2k Da，如腐殖酸、富里酸、藻類、無機(jī)鹽，其中水源水中存在量最多的是腐殖質(zhì)(HS)，比例大于50%，它是一種很強(qiáng)的消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體，也是地表水的成色物質(zhì)[10～14]。水源水存在最多的揮發(fā)性有機(jī)物是鹵代烴，其次是苯、甲苯、乙苯、二甲基苯，而甲基異丁基甲酮(MIB)、2,4,6-三氯代苯(TCA)、2-甲基芐胺、2-異丙基-3-甲氧酪胺(IPMP)等有機(jī)物會(huì)影響飲用水的氣味及口感[15-16]。這些有機(jī)物在凈水處理過程中易于與氯離子等生成氯代有機(jī)物，形成氯代消毒副產(chǎn)物，如三氯甲烷等；天然有機(jī)物在氯消毒過程中還可以化成更多的小分子有機(jī)物，往往容易被微生物所利用，導(dǎo)致細(xì)菌在供水管網(wǎng)再生長(zhǎng)，產(chǎn)生人類健康風(fēng)險(xiǎn)[17～19]。

上世紀(jì)九十年代中期，研究者發(fā)現(xiàn)水源水中的藍(lán)藻類細(xì)菌可產(chǎn)生毒素，水中廣泛存在的藍(lán)藻毒素包括脂肪環(huán)神經(jīng)毒素(如類毒素、蛤蚌毒素)，以及導(dǎo)致肝損傷及腫瘤的縮氨酸肝毒素(如微囊藻毒素)[20]。世界上很多地區(qū)的水源水都檢測(cè)到了微囊藻毒素，其中在我國(guó)的太湖、東湖、巢湖、長(zhǎng)江、黃河中都有檢出，其單環(huán)結(jié)構(gòu)分子量在1 000Da左右[21]。

2.2人工合成有機(jī)物

水源水以及自來水中的人工合成有機(jī)物(SOC)主要有抗生素、工業(yè)污染物以及水處理過程中產(chǎn)生的新的有機(jī)物物，如消毒副產(chǎn)物(DBPs)等。

水中的抗生素主要有紅霉素、磺胺甲惡唑、甲氧芐氨嘧啶等，其聚合物分子量一般在1k～5kDa之間。羅義等人發(fā)現(xiàn)海河流域中含有磺胺類抗生素[22]；Zhang等人的調(diào)查研究表明中國(guó)、新加坡和美國(guó)等的15個(gè)污水廠出水都有四環(huán)素類抗生素檢出[23]；尹大強(qiáng)等人在上海黃浦江水源中檢出四環(huán)素類與磺胺類抗生素[24]。雖然抗生素在水環(huán)境中的濃度低至ng/L級(jí)，但長(zhǎng)期飲用后仍會(huì)引起人類激素紊亂，并且抗生素的耐藥性較高，現(xiàn)有常規(guī)凈水工藝難以有效去除[22]。

消毒副產(chǎn)物是水廠消毒環(huán)節(jié)產(chǎn)生的人工合成有機(jī)物。氯胺等消毒劑與水中的污染物、溴、碘等的反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物。目前為止，飲用水中約有600～700種消毒副產(chǎn)物被檢出，其中最主要的成分包括：四種三鹵甲烷(THMs：三氯甲烷CFM、三溴甲烷BFM、一溴二氯甲烷BDCM、二溴一氯甲烷CBDM)以及六種鹵乙酸(HAAs：一氯乙酸MCAA、二氯乙酸DCAA、三氯乙酸TCAA、一溴乙酸MBAA、一溴一氯乙酸BCAA、二溴乙酸DBAA)等。其中，THMs的生成量約占已知氯化消毒副產(chǎn)物總量的46%，鹵乙酸約42%，其它有機(jī)物如鹵代有機(jī)物檢出率較少[5]。從全國(guó)12個(gè)城市的自來水廠出廠水調(diào)查發(fā)現(xiàn)，三氯甲烷的濃度大致在4～28μg/L之間，最高有111μg/L[25]。消毒副產(chǎn)物如三鹵甲烷的含量隨著季節(jié)和地區(qū)的不同表現(xiàn)出差異性，溫暖季節(jié)更高[12, 26]。

消毒副產(chǎn)物的前體物種類和含量直接影響消毒副產(chǎn)物的生成趨勢(shì)。Chao Chen認(rèn)為，水中疏水性有機(jī)物(HPO)與鹵乙酸的生成潛能(HAAFP)以及與三鹵甲烷的生成潛能(THMFP)比親水性有機(jī)物(HPI)有更強(qiáng)的線性相關(guān)性，其R2分別達(dá)到0.919與0.927，說明疏水性有機(jī)物是更強(qiáng)的消毒副產(chǎn)物前體物[11]。

研究者發(fā)現(xiàn)，以長(zhǎng)江水源為例，原水在氯消毒過程中，分子量小于lkDa的溶解性有機(jī)物所生成的THMs占總THMs生成量的比例超過62%；生成HAAs占總HAAs生成總量的比例超過30%，分子量小于5kDa的溶解性有機(jī)物生成THMs比例超過88%，生成的HAAs比例超過55%[27]?？梢?，消毒副產(chǎn)物主要由分子量小于5k Da的溶解性小分子有機(jī)物與消毒劑反應(yīng)生成，少量由分子量較大大于5k Da的有機(jī)物反應(yīng)生成。

3　水中有機(jī)物對(duì)供水安全的影響

隨著原水的有機(jī)污染日趨嚴(yán)重，成分也更復(fù)雜，這對(duì)凈水技術(shù)的選擇和水廠的運(yùn)行造成更大的壓力。研究與實(shí)踐表明，常規(guī)凈水工藝對(duì)水中溶解性有機(jī)物的去除效率十分有限，如可生物降解有機(jī)物(AOC和BDOC)去除率一般僅20%～30%，且受水溫影響較大[2, 26]。

藻毒素的毒性可以歸為兩類：肝毒性與神經(jīng)毒性。藻毒素進(jìn)入細(xì)胞，會(huì)造成細(xì)胞內(nèi)生理生化反應(yīng)紊亂，蛋白酶磷酸化及去磷酸化失衡，改變酶活性。同位素追蹤發(fā)現(xiàn)藻毒素進(jìn)入人體后70%以上累積在人體肝臟和腎臟，因此藻毒素是很強(qiáng)的肝癌促進(jìn)劑。流行病學(xué)調(diào)查顯示，人類飲用或直接接觸含藻毒素的水，會(huì)導(dǎo)致皮膚過敏、呼吸阻塞、引發(fā)肝癌甚至死亡[27, 33]。

抗生素在傳統(tǒng)的污水處理系統(tǒng)中難以被去除，隨出水大量進(jìn)入環(huán)境，使菌群失調(diào)引發(fā)生態(tài)問題。抗生素在水源水聚集或飲用水中的存在會(huì)嚴(yán)重影響人體健康[33]。

因此，對(duì)于水中有機(jī)物的去除，我們應(yīng)著眼于消毒副產(chǎn)物前體物如天然有機(jī)物的去除與對(duì)處理副產(chǎn)物的控制。

4　飲用水不同凈化工藝中有機(jī)物分子量分布的變化

通過國(guó)內(nèi)外多處水源水的調(diào)查結(jié)果顯示，原水中的有機(jī)物含量最高的是腐殖質(zhì)，占28%～54%，小分子有機(jī)物占水中有機(jī)物總量的20%～25%[17-18,23]。原水的有機(jī)物種類與分子量分布對(duì)凈水工藝(如砂濾、臭氧氧化、生物活性炭過濾等)的選擇與工藝參數(shù)優(yōu)化等有直接的影響。

4.1常規(guī)凈水過程的有機(jī)物分子量分布變化

目前，大多數(shù)水廠采用混凝/絮凝、沉淀、過濾/砂濾、氯化消毒等常規(guī)凈水工藝，對(duì)水中分子量較大的有機(jī)物(分子量大于1k Da)的去除有效，這些有機(jī)物主要包括芳香族及不飽和鍵的天然有機(jī)物，而對(duì)于分子量較小的有機(jī)物(分子量小于1k Da)，往往效果不佳，對(duì)C=C與C=O降解能力有限，有時(shí)還會(huì)出現(xiàn)某些小分子有機(jī)物的濃度不減反增的現(xiàn)象[21, 30, 34]。

4.1.1混凝沉淀

混凝沉淀對(duì)于有機(jī)物的去除率與其分子量大小成正相關(guān)，尤其在去除分子量大于10k Da的大分子有機(jī)物時(shí)表現(xiàn)顯著，但對(duì)于分子量小于3k Da的有機(jī)物去除能力較弱，有時(shí)甚至可能出現(xiàn)有機(jī)物增加的現(xiàn)象[21, 34-35]。筆者認(rèn)為，水廠的混凝沉淀過程中往往會(huì)有預(yù)氧化過程，容易出現(xiàn)小分子有機(jī)物增加的現(xiàn)象。還有一種解釋是，某些小分子有機(jī)物親水性較高，混凝前原本吸附在大分子有機(jī)物或其他無機(jī)膠體表面的小分子有機(jī)物，在混凝反應(yīng)過程中，出現(xiàn)與外加入的陽離子絡(luò)合，形成更穩(wěn)定的化合物，進(jìn)入到水中，導(dǎo)致小分子量有機(jī)物反而增加的現(xiàn)象出現(xiàn)。

4.1.2石英砂過濾

砂濾凈水主要依靠粘附作用、范德華力、靜電力和某些特殊的化學(xué)吸附力去除污染物，降低水濁度，部分去除有機(jī)物與細(xì)菌。砂濾主要是去除大顆粒的絮體，小分子有機(jī)物由于不易形成較大的絮體，難以沉淀或被濾料截留，并且在水的剪切力或競(jìng)爭(zhēng)性吸附作用下，易從濾料表面脫附，使小分子有機(jī)物含量增加[36]。但相比混凝沉淀，砂濾對(duì)分子量小于3k Da的有機(jī)物的去除率更高，對(duì)AOC有一定的去除能力[35]，主要是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間砂濾后，在石英砂表面會(huì)形成生物膜，發(fā)揮生物氧化作用，進(jìn)而去除一部分小分子量有機(jī)物。有研究認(rèn)為，砂濾對(duì)三鹵甲烷幾乎沒有去除能力，而對(duì)鹵乙酸的去除效果更好，因?yàn)辂u乙酸更易被生物利用。因此，砂濾池出水以類富里酸、THMs前驅(qū)物為主，還有少量的類色氨酸與HAAs[37]。

4.1.3氯消毒

目前在我國(guó)，液氯被廣泛應(yīng)用于飲用水消毒。氯消毒容易引起AOC增加，促進(jìn)細(xì)菌在管網(wǎng)中的生長(zhǎng)，并且氯消毒劑可與水中的天然有機(jī)物、溴離子等發(fā)生反應(yīng)，生成毒性更大的消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷、鹵乙酸等，對(duì)人類健康造成威脅[26, 38,1]。氯消毒可較好去除分子量3～10k Da的有機(jī)物，但分子量為1～3 k Da的有機(jī)物卻有所增加，這可解釋為氯消毒將分子量較大的有機(jī)物氧化成分子量較小的有機(jī)物，同時(shí)還生成了新的有機(jī)物[36]。

4.2深度凈水過程的有機(jī)物分子量分布變化

飲用水深度處理主要包括：活性炭吸附、臭氧生物活性炭技術(shù)以及膜過濾技術(shù)等。其中，臭氧-生物活性炭的應(yīng)用最為廣泛，凈水效率顯著。膜過濾是目前最具發(fā)展?jié)摿Φ纳疃忍幚砑夹g(shù)。

常規(guī)凈水單元與臭氧-生物活性炭深度處理單元相結(jié)合，對(duì)有機(jī)物的去除具有互補(bǔ)作用。某研究以黃浦江水為原水，在夏季的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，常規(guī)處理單元對(duì)三氯甲烷前體物的去除率約55.2%，增加臭氧生物活性炭單元后，可使去除率提升至73.7%[1]。由此可見，臭氧生物活性炭組合工藝對(duì)消毒副產(chǎn)物有良好的控制作用，同時(shí)可大大降低C=C、C=O以及-OH類物質(zhì)。

4.2.1活性炭吸附

活性炭是一種多孔狀性吸附材料，微孔表面積占材料總表面積的比例超過95%，因此對(duì)色、溴、有機(jī)物、農(nóng)藥等的吸附去除效果相當(dāng)明顯，且易生產(chǎn)，是目前凈水技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種材料[2, 39]。

活性炭深度處理對(duì)各分子量區(qū)間的有機(jī)物均可有效去除，大大降低鹵代消毒副產(chǎn)物的生成風(fēng)險(xiǎn)。活性炭過濾對(duì)分子量低于1k Da的有機(jī)物有良好的去除作用，主要通過吸附和活性炭層表面的微生物降解的協(xié)同去除；對(duì)于1～10k Da的有機(jī)物主要靠吸附去除。不過，有研究發(fā)現(xiàn)3k Da以上的有機(jī)物有時(shí)會(huì)出現(xiàn)增加的現(xiàn)象，可能是由活性炭上的微生物代謝產(chǎn)物脫附或脫落生物膜等重新進(jìn)入到水中所造成[1, 36]。有研究者在天津進(jìn)行了為期兩年的中試連續(xù)流實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，顆粒活性炭(GAC)對(duì)THMFP去除效率為21.2%～67.6%，對(duì)HAAFP(鹵乙酸生成勢(shì))的去除率明顯高于THMFP，高達(dá)90.78%，分析認(rèn)為，這是由于GAC對(duì)THMFP吸附能力較弱[11]。

4.2.2臭氧生物活性炭深度處理

臭氧-生物活性炭聯(lián)用對(duì)有機(jī)物去除十分有效，臭氧可有效氧化和分解不同分子量區(qū)間的有機(jī)物為小分子有機(jī)物，甚至直接礦化成CO2和水。通常，臭氧加入后促進(jìn)大分子量有機(jī)物氧化形成小分子量中間產(chǎn)物，再進(jìn)一步被生物活性炭吸附和生物氧化。兩者相輔相成，大大增加不同分子量分布區(qū)間的有機(jī)物去除效率。研究表明，臭氧氧化與生物活性炭(BAC)組合工藝可大量去除水中DOC、HPO、HPI、THMs、HAAs等，去除率分別可達(dá)到48%、60%、30%、63%與85%[11]。

臭氧生物活性炭聯(lián)合處理，對(duì)消毒副產(chǎn)物的前體物質(zhì)——天然有機(jī)物以及芳香族化合物具有很好的去除效果，后續(xù)加氯消毒后，出水只含有少量的天然有機(jī)物、THMs與HAAs。

需要注意的是，臭氧生物活性炭處理后的出水中被發(fā)現(xiàn)還存在微生物代謝產(chǎn)物，這些成分在三維熒光檢測(cè)出屬于類蛋白成分和類色氨酸成分，可能對(duì)后續(xù)消毒副產(chǎn)物的生成有影響[40]。

4.2.3膜過濾

膜過濾越來越廣泛地應(yīng)用于飲用水凈化領(lǐng)域。在飲用水凈化過程中，最常用的是壓力驅(qū)動(dòng)膜，按孔徑可將其分為微濾膜、超濾膜、納濾膜和反滲透膜，以截留分子量極低的有機(jī)物、細(xì)菌和病毒等[2, 19]。微濾膜可以直接過濾去除濁度和細(xì)菌，對(duì)溶解性有機(jī)物如TOC的去除僅有10%左右[41]；超濾膜可以截留分子量在2k Da以上的各類有機(jī)物和病毒顆粒。由于大多數(shù)溶解性有機(jī)物的分子量小于1.35kDa，因此超濾膜對(duì)有機(jī)物的去除效率并不高[42]；納濾膜可以截留分子量在200Da以上的離子與DBPs，對(duì)HAAFP類物質(zhì)的去除率可高達(dá)96%，對(duì)天然有機(jī)物的去除率大于90%[43-44]。

5　飲用水消毒副產(chǎn)物及其前體物削減技術(shù)及發(fā)展

預(yù)臭氧、強(qiáng)化混凝、臭氧活性炭結(jié)合處理污染原水時(shí)可以有效去除消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物，大幅降低消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生量；替代性的消毒劑，如臭氧、氯胺等能夠降低氯代消毒副產(chǎn)物的生成趨勢(shì)，不過臭氧可能會(huì)形成不含氯的消毒副產(chǎn)物；通過調(diào)控水處理?xiàng)l件也可降低有毒有害有機(jī)物的產(chǎn)生趨勢(shì)，如pH、消毒劑接觸時(shí)間等[45]。

盡管不同類消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生機(jī)制有差異，但是控制途徑類似：①減少消毒劑的使用量或使用消毒劑替換品；②強(qiáng)化去除前體物質(zhì)；③降低消毒劑與前體物質(zhì)的接觸反應(yīng)時(shí)間；④優(yōu)化消毒劑的反應(yīng)條件；⑤去除DBPs，如通過高級(jí)氧化法(AOPs)、生物法、膜法和活性炭法等[31, 34，45]。分別簡(jiǎn)述如下。

5.1強(qiáng)化預(yù)氧化

預(yù)氧化是利用氧化劑的強(qiáng)氧化能力，氧化分解原水中的各類污染物，如將大分子有機(jī)物氧化為小分子，使芳香族或雙鍵有機(jī)物開環(huán)斷鍵，部分去除天然有機(jī)物，還可以去除致色物質(zhì)、致嗅物質(zhì)。此外，預(yù)氧化可以增強(qiáng)混凝等后續(xù)處理效果，提高后續(xù)單元對(duì)污染物的去除效能。目前，臭氧預(yù)氧化在給水領(lǐng)域中作為一種重要的技術(shù)而被廣泛應(yīng)用。臭氧預(yù)氧化可以去除水中部分有機(jī)物、重金屬、無脊椎動(dòng)物，降低色度、嗅味，改進(jìn)絮凝效果，減少三鹵甲烷以及前驅(qū)體的生成量，增加短鏈有機(jī)物如醛酮醇等中間產(chǎn)物，有利于后續(xù)砂濾和活性炭吸附和氧化去除[26, 34, 38, 46]。有研究者通過在夏季條件下對(duì)長(zhǎng)江水的研究表明，經(jīng)預(yù)臭氧氧化后，水中不同分子量區(qū)間(MW)的有機(jī)物如MW> 30k Da、30～10k Da、10～3k Da、3～1k Da和<1k Da的有機(jī)物去除率分別可達(dá)到42.8%、44.4%、40%、34.6%和17.3%(以UV254表征)[35]。汪雪嬌的研究表明，以黃浦江水為原水，預(yù)臭氧后氯消毒產(chǎn)生的三鹵甲烷和鹵乙酸都比單獨(dú)氯化消毒減少了28.3%，水中的致突變物質(zhì)降低了54.7%[47]。

5.2高級(jí)氧化

高級(jí)氧化技術(shù)(AOP)的特點(diǎn)是有大量自由基參與、反應(yīng)速度快且徹底、不會(huì)產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物、設(shè)備簡(jiǎn)單。凈水過程中如利用高級(jí)氧化技術(shù)可以有效去除大量的消毒副產(chǎn)物前驅(qū)體[19, 48]。目前發(fā)展最為迅速的高級(jí)氧化技術(shù)有：O3/UV、H2O2/UV、光催化氧化(UV/TiO2)[20]。O3/UV被認(rèn)為是去除天然有機(jī)物最有效的方式，H2O2/UV可以有效去除三鹵甲烷和鹵乙酸，O3-BAC可有效去除天然有機(jī)物和消毒副產(chǎn)物尤其是小分量有機(jī)物[45, 49]。O3/UV與H2O2/UV在水中可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生氧化性更強(qiáng)的羥基自由基(·OH)，氧化去除有機(jī)污染物，將大分子有機(jī)物徹底礦化。光催化氧化(UV/TiO2)利用反應(yīng)過程中產(chǎn)生的羥基自由基使水中部分微量有機(jī)物礦化去除[50]。鑒于高級(jí)氧化處理存在成本較高、水中碳酸根離子及懸浮固體對(duì)反應(yīng)有干擾等問題，以及光催化氧化的研究尚淺，在給水處理領(lǐng)域尚未大量應(yīng)用。筆者認(rèn)為，將高級(jí)氧化與生物活性炭結(jié)合，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，既提高各種分子量的有機(jī)物氧化效率，同時(shí)利用生物活性炭的吸附和生物氧化功能等，強(qiáng)化消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物的去除效能，減小消毒副產(chǎn)物與氧化副產(chǎn)物的生成量，同時(shí)降低處理成本。

5.3使用替代消毒劑

臭氧由于其強(qiáng)氧化能力和良好的消毒效能，已被作為氯的替代性消毒劑在水廠應(yīng)用，但臭氧作為消毒劑成本較高且會(huì)產(chǎn)生消毒與氧化副產(chǎn)物——溴酸鹽[30, 47]，因此，如果原水的溴、碘等含量較高，則需試驗(yàn)確定臭氧氧化和消毒的劑量，避免溴酸鹽或碘酸鹽等的生成。紫外線飲用水消毒越來越受到關(guān)注，對(duì)病原微生物和“兩蟲”具有殺滅作用的紫外波長(zhǎng)范圍主要為200～300nm，其中240～280nm去除性最強(qiáng)。紫外線可進(jìn)入生物機(jī)體，作用于核酸、原漿蛋白與酶，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生致死作用。經(jīng)紫外消毒處理，不會(huì)增加水的色度與嗅味，不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物，但是缺點(diǎn)是消毒效力受水中懸浮顆粒物影響，且無持效性，因此紫外消毒后的出水進(jìn)入供水管網(wǎng)前，還需補(bǔ)加持效性消毒劑[31,47]。

5.4通過控制條件降低消毒副產(chǎn)物的生成量

影響飲用水中的消毒副產(chǎn)物生成的因素有水源水中的天然有機(jī)物含量、消毒劑量、接觸時(shí)間、酸堿度、溫度、pH值等[20, 51]。例如，三鹵甲烷和鹵乙酸在不同水源水中的分布及去除效果有很大的不同，溴酸鹽的形成與水體的pH值關(guān)系密切[39, 52]。因此，可以通過調(diào)節(jié)水處理中pH、堿度、消毒劑投加量、接觸時(shí)間等參數(shù)，控制飲用水中的消毒副產(chǎn)物生成量。

5.5其它方法

研究證明，電化學(xué)技術(shù)可以有效去除溴化物，顯著降低三鹵甲烷的生成潛力。利用特定孔徑的納濾膜、反滲透膜等均可有效控制水中的有機(jī)物水平，去除AOC和某些特定的消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)體[53]。

6　小結(jié)與展望

原水中的微量天然有機(jī)物和人工合成有機(jī)物無論是種類還是數(shù)量均越來越多，不但會(huì)增加飲用水的處理難度，而且與消毒劑結(jié)合后的副產(chǎn)物存在致癌、致畸、致突變等風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何有效去除水中小分子微量有機(jī)物以及如何控制消毒副產(chǎn)物生成是目前給水領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題之一。筆者認(rèn)為，調(diào)研原水的水質(zhì)特點(diǎn)、探明主要有機(jī)物的組分或分子量分布區(qū)間、不同工藝環(huán)節(jié)的污染物的去除特性，從而設(shè)計(jì)或選擇相應(yīng)的凈化技術(shù)，如強(qiáng)化預(yù)處理、常規(guī)處理或深度處理技術(shù)結(jié)合，不僅有效削減原水的各類有機(jī)物，而且進(jìn)一步降低DBPs的生成量，提高供水安全。

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The Review of Organic Molecular Weight Distribution and Composition in Polluted Original Water and During Purification Processes

CHEN Xin, CHEN Hong-bin

(EnvironmentalScience&EngineeringCollegeofTongjiUniversity,UrbanPollutionControlofNationalEngineeringResearchCenter,Shanghai200092,China)

With the improvement of the drinking water quality standards, drinking water safety has received more attention, especially, organic matters in drinking water has become a central issue. In this paper, recent researches, from China and overseas, related with organic matter’s molecular weight distribution and composition in the process of drinking water purification, are summarized. The sources, composition, molecular weight distribution and removal techniques of organic matter in the drinking water are introduced and discussed. In the end, we put forward some advices about the selection and optimization of drinking water purification process, which aims at removal of trace organic matter.

Drinking water; organic matter; sources; distribution; transformation; remove

2016-04-14

國(guó)家十二五水專項(xiàng)課題(2012ZX07403-002-04)資助。

陳昕(1992-)，女，山西太原人，同濟(jì)大學(xué)2014級(jí)環(huán)境工程專業(yè)在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲廴驹畠艋に嚒?/p>

陳洪斌,bhctxc@#edu.cn。

X824

A

1001-3644(2016)05-0128-07