飲用水中消毒副產(chǎn)物及其消除技術研究進展

范寧偉+翦英紅+辛丙靖+佟亮亮

摘 要：飲用水消毒過程中，所采用的消毒劑會與水中的有機物反應，產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（DBPs），且消毒劑不同，產(chǎn)生的DBPs也有差別。文章主要對飲用水消毒過程中不同消毒劑所產(chǎn)生的DBPs進行了闡述和比較，并對DBPs的消除技術進行了介紹。

關鍵詞：飲用水；消毒副產(chǎn)物；消除技術

中圖分類號：R123.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）35-0171-02

1 概述

飲用水消毒的主要目的是控制水中致病菌，保證人類的飲水安全。但是在消毒過程中，所使用的消毒劑除了能消毒滅菌外，還會與水中存在的天然有機物、溴化物、碘化物等其他物質(zhì)，生成大量的消毒副產(chǎn)物（DBPs）。1974年，Rook發(fā)現(xiàn)用氯消毒后會產(chǎn)生一類特殊的化合物三鹵甲烷（THMs）[1]。1976年美國國家環(huán)保局調(diào)查發(fā)現(xiàn)，THMs普遍存在于氯消毒的飲用水中，之后，氯消毒的安全性，引起了人們的普遍關注，針對飲用水中DBPs的監(jiān)測和研究，也相繼展開。1989年和1998年[2]美國相繼兩次開展了全國范圍內(nèi)飲用水中DBPs污染狀況的調(diào)查，監(jiān)測的指標除三鹵甲烷外，增加了鹵乙酸、鹵乙腈、鹵代酮類、三鹵乙醛、氯化苦、氯酚以及無機副產(chǎn)物。澳大利亞[3]對典型DBPs分布情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)液氯消毒方式中THMs、HAAs的含量分別占DBPs的46%、42%；氯胺消毒分別為24%、54%，也就是說加氯消毒主要的副產(chǎn)物是 THMs和HAAs，兩者含量之和占全部DBPs的80%以上。國內(nèi)目前為止有關DBPs的監(jiān)測資料主要為THMs成分的研究。清華大學李爽等人[4]1998～2000年對西南L市和北京五個水廠的出廠水和管網(wǎng)末梢水進行了HAAs的調(diào)查，均檢出含有HAAs。越來越多的DBPs被發(fā)現(xiàn)和證實。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)的飲用水DBPs已達600多種。而許多消毒副產(chǎn)物現(xiàn)已證實，具有致畸、致突以及致癌的性質(zhì)，嚴重威脅人類的健康[5]。為保障人類飲用水安全，控制飲用水DBPs已成為人們關注的焦點。

2 常用的消毒劑及相應消毒副產(chǎn)物種類

目前，常用的消毒劑主要有氯類消毒劑、氯胺、二氧化氯、臭氧等。

氯類消毒劑是最常用的消毒劑之一，主要包括液氯和漂白粉兩種，一般以次氯酸 （HOCl）或次氯酸鹽（OCl-）的形式存在。次氯酸或次氯酸鹽均可以與水中的有機物作用產(chǎn)生DBPs。經(jīng)過多年的研究發(fā)現(xiàn)[6]，在氯類消毒劑消毒過程中，目前已檢測到多達數(shù)百種的DBPs，主要包括三鹵甲烷（THMs）、鹵乙酸（HAAs）、鹵乙腈（HANs）、鹵代酮（HKs）、致誘變化合物（MX）、水合氯醛（CH）、氯化苦（CP）、鹵乙醛等有機DBPs，以及氯酸鹽（ClO3-）、亞氯酸鹽（ClO2-）、溴酸鹽（BrO3-）等無機DBPs。其中THMs、HAAs、HANs為主要的DBPs。

為了控制飲用水中DBPs的種類和含量，氯胺逐漸被人們所熟知。與液氯相比，采用氯胺消毒，可以明顯的降低水中DBPs的生成，尤其是THMs的產(chǎn)量，明顯低于氯消毒的產(chǎn)生量。最近的研究表明[5]，氯胺消毒可能產(chǎn)生某些具有更大潛在危害的含氮消毒副產(chǎn)物（N-DBPs），如氯化氰（CCN）、N-亞硝基二甲胺（NDMA）、鹵代硝基甲烷（HNMs）、鹵代乙酰胺（HAMs）等。

因產(chǎn)生的DBPs種類少，二氧化氯也被認為是一種安全、高效、低毒的新型消毒劑。但最近的研究報道表明[7]，二氧化氯在消毒過程中也會產(chǎn)生DBPs，但有機DBPs很少，主要為無機DBPs，如亞氯酸鹽（ClO2-）和氯酸鹽 （ClO3-）等。若飲用水中若有Br-存在，可能會產(chǎn)生溴酸鹽（BrO3-）。

臭氧也作為一種新型消毒劑，越來越多的使用于飲用水的消毒過程中。但研究發(fā)現(xiàn)，臭氧也可以氧化水中的有機物產(chǎn)生非鹵代DBPs[5]，如酮類、羧酸和醛類化合物，以甲醛為主，它還可以直接與溴離子反應產(chǎn)生BrO3-，如果水中同時存在有機物和溴離子時，臭氧可以氧化溴離子為次溴酸，而導致溴代DBPs的生成。

飲用水消毒過程中，使用的消毒劑不同，所產(chǎn)生的DBPs也不同。四種消毒劑及其消毒過程中產(chǎn)生的典型DBPs種類及其化合物見表1。從表中可以看到：選用合適的消毒劑，可以大大減少飲用水中的DBPs種類。并且，消毒過程中產(chǎn)生的其他DBPs種類，還有待進一步確認。

3 DBPs的消除技術

DBPs產(chǎn)生的根本原因，一是水中存在大量的天然有機物等前體物質(zhì)，二是化學消毒劑的使用。為了進一步保護人類健康，降低各種DBPs在飲用水中的含量及產(chǎn)生，依據(jù)DBPs產(chǎn)生的根本原因，消除飲用水中DBPs的方法目前主要有三種[8]：（1）優(yōu)化水處理工藝。主要是通過改進傳統(tǒng)氯化工藝、強化混凝和活性炭組合工藝、膜分離技術等方法，在處理過程中，盡量減少DBPs的產(chǎn)生。（2）去除前體物質(zhì)。采用物理去除法、化學氧化法、納米技術、多種消毒法協(xié)同組合工藝等，提高對消毒副產(chǎn)物前體物質(zhì)的去除，從源頭減少水中的其他物質(zhì)，達到減少DBPs的產(chǎn)生和含量的目的。（3）副產(chǎn)物直接去除。主要采用活性炭吸附法、曝氣吹脫法、膜分離法等，將生成的DBPs進行消除，以改善飲用水的質(zhì)量。

參考文獻：

[1]Rook J. Formation of haloform during chlorination of natural waters[J]. Water Treat Exam，1974，23（2）：234-243.

[2]Boorm an G A， Dellarco V， Dunnick J K， et al. Drinking ion byproducts：review and approach to toxicity evaluation[J]. Environ Health Perspect， 1999， 107（Supp 11）：207-217.

[3]Richardson S D， Plewa M J， Wagner E D， et a1. Occurrence， genotoxicity， and carcinogenicity of regulated and emerging disinfection by production drinking water：A review and roadmap for research[J]. Mutation Research，2007，636（113）：178-242.

[4]李爽，張曉健.兩個中心城市飲用水中消毒副產(chǎn)物的調(diào)查[J].中國給水排水，2000，16（10）：25-27.

[5]趙玉麗，李杏放.飲用水消毒副產(chǎn)物：化學特性與毒性[J].環(huán)境化學，2011，30（1）：20-29.

[6]葛飛，舒海民.飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物的研究進展[J].凈水技術，2006，25（1）：34-38.

[7]鐘格梅，唐振珠.二氧化氯消毒飲用水的研究進展[J].環(huán)境與健康雜志，2010，27（8）：742-744.

[8]高超，王啟山，夏海燕.飲用水消毒副產(chǎn)物控制工藝的國內(nèi)外研究動態(tài)[J].中國高新技術企業(yè)，2010，144（9）：96-97.endprint