飲用水消毒衍生的新興水質(zhì)問題及控制策略

徐 斌

(同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092)

徐斌，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院黨委書記、教育部長江學(xué)者特聘教授，中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會科學(xué)技術(shù)委員會常務(wù)委員、Water Reuse(IWA)編輯、《凈水技術(shù)》編委等。主要從事飲用水安全保障、消毒技術(shù)與消毒副產(chǎn)物控制等研究。已發(fā)表論文200余篇，入選愛思唯爾高被引學(xué)者(Scopus)，授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)；曾獲得過國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步二等獎、上海市科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎、教育部技術(shù)發(fā)明二等獎等獎勵。

飲用水安全是人民群眾最關(guān)心、與身體健康關(guān)系最密切的重大民生問題之一。根據(jù)聯(lián)合國發(fā)布的飲用水安全報(bào)告，目前全世界仍然有21億人缺乏安全的飲用水。飲用水凈水工藝中通常包含混凝、沉淀、過濾等常規(guī)處理工藝。近年來，深度處理工藝快速發(fā)展，臭氧/生物活性炭、納濾膜、顆?；钚蕴课降裙に囍鸩酵茝V應(yīng)用。但無論采用何種工藝流程，消毒是保障水質(zhì)生物安全性的控制性技術(shù)方法，是飲用水處理不可缺少的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氯消毒自20世紀(jì)初引入飲用水處理以來，因水媒疾病傳播導(dǎo)致的人口死亡率大幅度下降。因此，飲用水氯消毒也被美國疾控中心評選為20世紀(jì)“十大公共健康成就”之一。飲用水消毒過程在滅活致病微生物的同時，消毒劑不斷發(fā)生反應(yīng)和轉(zhuǎn)化，不可避免地會產(chǎn)生一些新的水質(zhì)問題，例如消毒副產(chǎn)物、有機(jī)氯胺、衍生嗅味等，這些問題同樣對水質(zhì)安全構(gòu)成潛在的威脅，也亟待更多的研究和關(guān)注。

我國飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)始終高度關(guān)注消毒劑、消毒副產(chǎn)物等消毒相關(guān)的水質(zhì)指標(biāo)?！渡铒嬘盟l(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—1985)標(biāo)準(zhǔn)包括了35項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，其中4項(xiàng)指標(biāo)與消毒相關(guān)；《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)標(biāo)準(zhǔn)包括了106項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，其中25項(xiàng)指標(biāo)與消毒相關(guān)；新發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)標(biāo)準(zhǔn)中，消毒相關(guān)控制指標(biāo)則增加到26項(xiàng)(含附錄指標(biāo))。從標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)的分布可以發(fā)現(xiàn)，在生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)中，一方面要保障微生物的生物風(fēng)險(xiǎn)控制效果，另一方面要關(guān)注消毒副產(chǎn)物、消毒劑余量等指標(biāo)。當(dāng)前，上海市和深圳市的飲用水地方標(biāo)準(zhǔn)也都對消毒相關(guān)的指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)限定或提標(biāo)，不僅更加注重對消毒劑余量的控制，而且對消毒副產(chǎn)物的控制也更加嚴(yán)格，如常規(guī)消毒副產(chǎn)物總量的限值大幅度降低、新增對亞硝胺等新興消毒副產(chǎn)物的關(guān)注等。因此，保證消毒的微生物控制效果的同時，控制消毒劑投加量并降低消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，是當(dāng)前供水行業(yè)持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)問題。

1 消毒的水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)與關(guān)注趨勢

1.1 飲用水消毒衍生的水質(zhì)問題

出廠水經(jīng)過加氯(胺)消毒后，消毒劑在管網(wǎng)中會發(fā)生轉(zhuǎn)化(圖1)，引發(fā)潛在的各類水質(zhì)問題。氯消毒劑在管網(wǎng)中并非單一形態(tài)存在，而是多種形態(tài)共存，包括自由氯、一氯胺、二氯胺和有機(jī)氯胺，在某些極端條件下也會產(chǎn)生一定量的三氯胺。不同形態(tài)氯的氧化殺菌能力各異、嗅閾值不同，且受水質(zhì)條件影響會不斷轉(zhuǎn)化。水中有機(jī)物與氯消毒劑反應(yīng)會生成“致癌、致畸、致突變”的消毒副產(chǎn)物，如三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)等。而隨著檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，其他濃度很低、但“三致”特性更強(qiáng)的新興消毒副產(chǎn)物也不斷被識別和檢測出，如含氮消毒副產(chǎn)物(N-DBPs)、碘代消毒副產(chǎn)物(I-DBPs)、芳香族消毒副產(chǎn)物等。同時，管網(wǎng)輸水過程中余氯也會長期與管壁生物膜等發(fā)生持續(xù)作用，引發(fā)新的水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)，如低劑量余氯會誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生耐氯性，也會促進(jìn)耐氯耐藥基因的水平轉(zhuǎn)移擴(kuò)散，化合氯消毒劑的轉(zhuǎn)化也會引發(fā)管網(wǎng)微生物硝化反應(yīng)，導(dǎo)致硝酸鹽和亞硝酸鹽超標(biāo)等。此外，管網(wǎng)中消毒劑形態(tài)轉(zhuǎn)化等水質(zhì)波動也容易引發(fā)老舊管網(wǎng)內(nèi)壁鉛的釋放。

注：C-DBPs為含碳消毒副產(chǎn)物；HKs為鹵代酮；HNM為鹵代硝基甲烷；HANs為鹵乙腈；I-THMs為碘代三鹵甲烷

總結(jié)來說，當(dāng)前飲用水消毒衍生的水質(zhì)問題關(guān)注的重點(diǎn)包括：(1)生物安全風(fēng)險(xiǎn)，包括微生物殺菌滅活效率低、微生物的耐氯性及風(fēng)險(xiǎn)基因水平轉(zhuǎn)移等；(2)化學(xué)安全風(fēng)險(xiǎn)，包括消毒劑快速衰減、“三致”毒性消毒副產(chǎn)物、管網(wǎng)管垢穩(wěn)定性、金屬離子的釋放等；(3)感官性狀惡化，包括消毒劑自身轉(zhuǎn)化導(dǎo)致的氯嗅味、與有機(jī)物繼續(xù)反應(yīng)產(chǎn)生的有機(jī)異嗅味物質(zhì)。

1.2 飲用水消毒衍生水質(zhì)問題的關(guān)注趨勢

根據(jù)Web of Science的統(tǒng)計(jì)顯示，隨著年份的增長，飲用水消毒相關(guān)的SCI論文總數(shù)呈現(xiàn)快速增長的趨勢。如圖2所示，2020年，我國在飲用水消毒研究領(lǐng)域的發(fā)文量占世界總發(fā)文量的1/3以上。同時隨著時間變化，主要關(guān)注對象也發(fā)生變化。2000年，比較關(guān)注致病微生物的問題，對消毒副產(chǎn)物關(guān)注較少，所以關(guān)于消毒加氯過程中嗅味研究的文獻(xiàn)很少。而2010年新的發(fā)展趨勢，消毒副產(chǎn)物、紫外線、微生物、新興嗅味、有機(jī)氯胺等相關(guān)的研究大量增加。

圖2 2000年—2020年“飲用水消毒”相關(guān)論文發(fā)表(Web of Science)

2 消毒劑形態(tài)的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律

2.1 管網(wǎng)中的余氯組成形態(tài)和衰減

生物安全保障是飲用水消毒的首要目標(biāo)。為了保證消毒后對水體中致病微生物的滅活效果，國際和國內(nèi)的飲用水標(biāo)準(zhǔn)中均對消毒劑的殘余量與接觸時間作出了非常嚴(yán)格的要求。以新版《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)為例，為防止管網(wǎng)水體中微生物的重新滋生，氯化與氯胺化消毒的管網(wǎng)末梢水中分別要求游離氯與總氯的質(zhì)量濃度不低于0.05 mg/L，但標(biāo)準(zhǔn)中尚缺乏對水中其他氯形態(tài)的關(guān)注。氯(胺)化消毒后水中總氯的組成復(fù)雜，同時包含游離氯及化合氯，其中：(1)游離氯主要包括次氯酸和次氯酸根；(2)化合氯主要包括無機(jī)氯胺(一氯胺、二氯胺和三氯胺)和氧化能力較弱的有機(jī)氯胺。與游離氯和無機(jī)氯胺相比，這些有機(jī)氯胺的氧化能力很差，沒有或者僅有很弱的微生物滅活能力，因此，實(shí)際自來水中仍存在余氯雖達(dá)標(biāo)但微生物依然滋生的現(xiàn)象，如二供水池水箱等部位有真菌等微生物滋生等。

目前，針對上海市實(shí)際供水管網(wǎng)末梢中余氯形態(tài)占比的研究結(jié)果也表明，采用氯化及氯胺化消毒的自來水廠其出廠水的余氯形態(tài)均同時包含自由氯、一氯胺、二氯胺及有機(jī)氯胺等多種氯形態(tài)，即均以“混氯”的形式存在[1]。根據(jù)調(diào)查，一氯胺消毒方式水廠出廠水中一氯胺的生成轉(zhuǎn)化效率僅維持在60%～80%，甚至在輸水過程出現(xiàn)一氯胺占總氯比例小于50%的現(xiàn)象。在水齡較長的水池水箱等末端部位，無效的有機(jī)氯胺占比可高達(dá)80%以上。而“混氯”體系中，氯耗速度較單一的自由氯和一氯胺體系會明顯加快，且體系中余氯形態(tài)受溫度及不同形態(tài)余氯占比影響明顯，即溫度或自由氯占比越高，氯耗速率越快等。

2.2 有機(jī)氯胺的識別與檢測

與無機(jī)氯胺相比，有機(jī)氯胺的氧化殺菌能力很差，因此，它的存在將導(dǎo)致氯(胺)消毒后的水中實(shí)際有效的消毒劑濃度被高估，使得后續(xù)輸水過程面臨因有效消毒劑余量不足而出現(xiàn)致病微生物滋生等生物安全風(fēng)險(xiǎn)[2]。此外，有機(jī)氯胺也是一種氯(胺)化消毒過程中的中間產(chǎn)物，其進(jìn)一步氯(胺)化分解將產(chǎn)生其他毒性更大的消毒副產(chǎn)物，特別是高毒性N-DBPs[3]。由于有機(jī)氯胺結(jié)構(gòu)與無機(jī)氯胺類似，在采用傳統(tǒng)的DPD分光光度或滴定法檢測出廠水和管網(wǎng)水中總氯濃度時，有機(jī)氯胺也會與 DPD 試劑發(fā)生顯色反應(yīng)，無法與無機(jī)氯胺進(jìn)行有效區(qū)分，從而被當(dāng)作總氯的一部分被檢出。因此，有機(jī)氯胺的識別與檢測一直是行業(yè)的難題所在。

傳統(tǒng)的有機(jī)氯胺檢測方法主要包括直接檢測法與間接檢測法，其中直接檢測法是通過HPLC、LCMS、GCMS等檢測儀器進(jìn)行分離檢測，但該方法只能針對單種或幾種有機(jī)氯胺進(jìn)行識別檢測，而實(shí)際水體中有機(jī)氯胺是一類復(fù)雜的混合物，要想得到水中氯(胺)化消毒后有機(jī)氯胺的總濃度，使用此類方法顯然是不可行的。間接檢測法是通過總氯減去自由氯、一氯胺、二氯胺和三氯胺求得有機(jī)氯胺的濃度，其中，總氯和自由氯檢測方法較為簡單，可以直接通過DPD 試劑顯色法進(jìn)行快速測定。水中一氯胺、二氯胺和三氯胺的濃度有文獻(xiàn)報(bào)道可通過膜進(jìn)樣質(zhì)譜(MIMS)或頂空氣相質(zhì)譜(HS-GC/MS)定量測量，而后通過總氯減去自由氯和此3種無機(jī)氯胺即可得到有機(jī)氯胺的總濃度[4]。上述方法雖然精確，但對儀器設(shè)備和人員操作要求比較高，而現(xiàn)實(shí)水樣中氯消毒劑又處于連續(xù)反應(yīng)消耗中，因此，不適用于水廠做常規(guī)檢測和現(xiàn)場測定。

2.3 無效(偽)氯胺的識別定量新方法

考慮到實(shí)際水廠中有機(jī)氯胺檢測的困難，提出了一種基于NaAsO2選擇性淬滅法的水中無效氯胺的檢測新方法。研究發(fā)現(xiàn)，利用 NaAsO2較弱且可調(diào)控的還原能力，選擇性地將氯(胺)后水中氧化能力較強(qiáng)的余氯組分(自由氯、一氯胺、二氯胺和部分有一定氧化能力的有機(jī)氯胺)淬滅，保留氧化能力最弱的組分，并定義為“無效(偽)氯胺”。此方法規(guī)避了分離有機(jī)氯胺和無機(jī)氯胺的困難，同時又達(dá)到了排除水中無效消毒劑、避免有效消毒劑濃度被高估的最初目的。且該方法在檢測過程中只需“測量、計(jì)算、淬滅、再測量”4個簡單步驟即可完成操作，整個過程簡便快捷、成本低廉。通過對比不同形態(tài)余氯對大腸桿菌的滅活效果，證實(shí)了用 NaAsO2選擇性淬滅法測定的無效氯胺的真正無效性，即對大腸桿菌基本無任何滅活效果，且4種形態(tài)余氯的滅活效果順序?yàn)闊o效氯胺<<一氯胺<二氯胺<自由氯[5]。

基于上述方法，對實(shí)際供水系統(tǒng)中無效(偽)氯胺的分布進(jìn)行了進(jìn)一步的監(jiān)測，結(jié)果表明，實(shí)際供水管網(wǎng)中一氯胺濃度逐漸下降，無效(偽)氯胺濃度隨著輸水距離的增加而持續(xù)增加且穩(wěn)定存在。同時，對屋頂供水水箱進(jìn)行水質(zhì)檢測發(fā)現(xiàn)，部分水箱中高達(dá)80%的余氯為無效(偽)氯胺，無效(偽)氯胺的存在不僅導(dǎo)致了管壁生物膜抑制能力的降低，還可能極大削減了輸配水過程余氯對微生物的抑制作用。

2.4 無效(偽)氯胺的前體物解析及控制方法

對無效(偽)氯胺的前體物解析發(fā)現(xiàn)，在氯化過程中，長江原水和黃浦江原水的有機(jī)氯胺生成量基本一致，在氯胺化過程中，長江原水產(chǎn)生的有機(jī)氯胺濃度要高于黃浦江原水；對于腐植酸、富里酸和藻類有機(jī)物3種典型天然有機(jī)物(NOM)，藻類有機(jī)物因含有較多氨基類有機(jī)氮組分，是有機(jī)氯胺的重要前體物[6]。

無效(偽)氯胺的控制方法主要有3種途徑：(1)前體物削減控制，主要包括適度預(yù)氧化/強(qiáng)化常規(guī)除藻與深度處理強(qiáng)化前體物溶解性有機(jī)氮(DON)的去除；(2)產(chǎn)生過程控制，主要涉及出廠加氯精準(zhǔn)調(diào)控從而提升一氯胺產(chǎn)率；(3)降解轉(zhuǎn)化控制，主要包含紫外光解有機(jī)氯胺并實(shí)現(xiàn)毒性削減及管網(wǎng)多級加氯以強(qiáng)化有機(jī)氯胺的分解。

3 新興消毒副產(chǎn)物的識別與控制

1974年，Rook等首次在龍頭水中發(fā)現(xiàn)了致癌性消毒副產(chǎn)物氯仿。經(jīng)過數(shù)十年的研究，迄今已報(bào)道并在研究中的消毒副產(chǎn)物有1 000余種，但仍然存在大量未知種類的消毒副產(chǎn)物。隨著對飲用水安全的重視程度不斷提高，THMs、HAAs等有機(jī)副產(chǎn)物以及溴酸鹽、亞氯酸鹽等無機(jī)副產(chǎn)物均相繼列入各國標(biāo)準(zhǔn)中。同時，HANs、亞硝胺等新興N-DBPs以及I-THMs、碘代乙酸、碘代乙酰胺等新興I-DBPs也逐漸成為目前關(guān)注和研究的熱點(diǎn)[7]，這些消毒副產(chǎn)物盡管檢出濃度較低，但“三致”特性遠(yuǎn)高于常規(guī)消毒副產(chǎn)物。

3.1 消毒副產(chǎn)物的國內(nèi)外控制標(biāo)準(zhǔn)

對比分析國內(nèi)外針對消毒副產(chǎn)物的控制標(biāo)準(zhǔn)(表1)可知，THMs和HAAs為主要管控的消毒副產(chǎn)物[7]?？偟膩砜?，我國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中涵蓋的消毒副產(chǎn)物種類較多，對于消毒副產(chǎn)物限值的界定，我國和美國、日本等國家及歐盟的指標(biāo)限值接近，部分指標(biāo)甚至更為嚴(yán)格。日本標(biāo)準(zhǔn)和WHO標(biāo)準(zhǔn)中給出了HANs類的限值，我國國標(biāo)、美國標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)等均未限定，然而我國標(biāo)準(zhǔn)中不僅給出了N-二甲基亞硝胺的限值，而且首次將I-DBPs(碘乙酸和二氯一碘甲烷)納入附錄參考指標(biāo)，因此，從消毒副產(chǎn)物控制來看，我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)控制更為嚴(yán)格。

表1 消毒副產(chǎn)物的國內(nèi)外控制標(biāo)準(zhǔn)(單位：mg/L)

3.2 新發(fā)掘關(guān)注的消毒副產(chǎn)物

隨著現(xiàn)代檢測分析技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用，近年來飲用水中消毒副產(chǎn)物的識別和檢測取得了長足進(jìn)步，各類新興消毒副產(chǎn)物不斷被識別檢出，且經(jīng)過生物毒理學(xué)驗(yàn)證后，往往比早期發(fā)現(xiàn)的消毒副產(chǎn)物具有更強(qiáng)的細(xì)胞或基因毒性。例如20世紀(jì)90年代發(fā)現(xiàn)的溴代消毒副產(chǎn)物(Br-DBPs)已被證實(shí)比最早發(fā)現(xiàn)的氯代消毒副產(chǎn)物(Cl-DBPs)毒性更大，而新關(guān)注的I-DBPs毒性則更是遠(yuǎn)超同類Br-DBPs和Cl-DBPs，同時還會引發(fā)嗅味問題。與C-DPBs相比，各種類型的N-DBPs顯示出較高的遺傳毒性和細(xì)胞毒性，例如，二氯乙腈(DCAN)、鹵代乙酰胺(HAcAms)、鹵代硝基甲烷(HNMs)、亞硝胺(NAs)等。此外，近來以鹵代苯醌等為代表的高毒性芳香類消毒副產(chǎn)物也引起了廣泛的重視，這其中又包含了諸多芳香類N-DBPs和芳香類I-DBPs等。盡管新的消毒副產(chǎn)物種類被不斷發(fā)掘識別，但氯消毒過程中仍有超過50%的總鹵代有機(jī)物(TOX)未被識別。而不論是亟待識別的新消毒副產(chǎn)物還是已發(fā)掘消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生機(jī)制與控制方法，都將是飲用水消毒領(lǐng)域長期需關(guān)注的難點(diǎn)和重點(diǎn)。

3.3 新興I-DBPs

飲用水中的I-DBPs質(zhì)量濃度通常在ng/L～μg/L水平，約占TOX的1%，與氯代和溴代同系物相比具有極強(qiáng)致癌和致突變特性。在凈水工藝中，氯化消毒和氯胺消毒都可能生成I-DBPs，其中氯胺消毒過程中I-DBPs的生成風(fēng)險(xiǎn)更高。在飲用水中，高致毒性I-THMs的檢出需要重點(diǎn)關(guān)注。研究I-DBPs的生成機(jī)制對控制其在飲用水處理過程中的產(chǎn)生具有指導(dǎo)意義。I-DBPs的生成機(jī)制如下。

(1)新機(jī)制一：Cl2、ClO2和KMnO4預(yù)氧化過程中I-THMs的生成風(fēng)險(xiǎn)[8]

Cl2、ClO2和KMnO4預(yù)氧化過程中，水中碘離子均能被氧化為活性碘物質(zhì)，進(jìn)而與有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生I-DBPs，但3種預(yù)氧化劑氧化能力不同，I-DBPs生成特性也各不相同。其中I-THMs生成總量和種類的順序?yàn)镃l2> ClO2> KMnO4，且產(chǎn)物以三碘甲烷為主。

(2)新機(jī)制二：紫外/氯(胺)聯(lián)合工藝中I-THMs的產(chǎn)生新途徑

紫外/氯(胺)聯(lián)合工藝可以高效去除水中存在的有機(jī)污染物，具有非常強(qiáng)的潛在應(yīng)用價(jià)值。有機(jī)碘化物如碘代顯影劑等，在紫外照射條件下，有機(jī)碘會被降解，脫落的碘離子會與后續(xù)消毒過程中的自由氯、一氯胺或二氧化氯等發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)I-THMs生成，其中生成的順序?yàn)槁劝?自由氯>二氧化氯。因此，紫外消毒會加劇I-DBPs的生成風(fēng)險(xiǎn)。

(3)新機(jī)制三：I-DBPs生成的碘酸鹽途徑

碘酸鹽因其穩(wěn)定和無毒無害的特點(diǎn)，將碘離子轉(zhuǎn)化為碘酸鹽是控制I-DBPs生成的最佳路徑之一。而研究發(fā)現(xiàn)，在紫外應(yīng)用過程中，碘酸鹽會被光還原成碘離子，從而進(jìn)一步與后續(xù)消毒劑反應(yīng)生成I-DBPs[9]。值得注意的是，當(dāng)?shù)怆x子和碘酸鹽共存時，碘離子在紫外照射下會產(chǎn)生水合電子，并促進(jìn)碘酸鹽向活性碘物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，從而加劇I-DBPs的生成風(fēng)險(xiǎn)。

通過分析I-DBPs生成的機(jī)制，可以歸納出如下I-DBPs的主要控制路徑：(1)碘源去除：通過合適預(yù)氧化工藝將碘離子氧化為安全穩(wěn)定的碘酸鹽，或者通過深度處理工藝將有機(jī)碘去除;(2)碘類活性物質(zhì)抑制：選取合適的消毒劑并優(yōu)化投加方法，抑制碘類活性物質(zhì)產(chǎn)生;(3)有機(jī)前體物去除：通過深度處理工藝強(qiáng)化有機(jī)物前體物去除;(4)I-DBPs直接吸附和降解，如活性炭吸附或紫外高級氧化工藝降解。

4 消毒反應(yīng)導(dǎo)致的異嗅味問題

飲用水中嗅味問題是評價(jià)飲用水品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。飲用水的嗅味來源大致可分為以下幾類：(1)水源中藻類分泌的有嗅味物質(zhì)，如土臭素和2-甲基異莰醇；(2)水處理過程中添加的化學(xué)試劑，如消毒衍生的嗅味物質(zhì)；(3)外源化學(xué)污染；(4)輸配水管網(wǎng)中生物膜或管道管材導(dǎo)致的嗅味，如硫鐵細(xì)菌以及硫化氫。消毒衍生的嗅味問題主要包括無機(jī)嗅味和有機(jī)嗅味，如表2所示。無機(jī)嗅味主要包括消毒劑衍生的嗅味問題，如最常用的氯和氯胺。不同形態(tài)余氯嗅閾值差異明顯(表2)，氯(胺)消毒劑自身形態(tài)轉(zhuǎn)化可引發(fā)飲用水嗅味問題，如使用一氯胺作為消毒劑時，一氯胺將慢慢轉(zhuǎn)化為嗅閾值更低的二氯胺導(dǎo)致飲用水的嗅味問題。另外，氯(胺)化衍生有機(jī)嗅味化合物在世界范圍內(nèi)普遍地可檢測出，主要包括鹵代苯甲醚、鹵代亞胺、碘仿等嗅閾值極低的物質(zhì)，僅為ng/L級別，極易引發(fā)飲用水嗅味問題，更值得關(guān)注。

表2 消毒衍生的典型有機(jī)和無機(jī)嗅味物質(zhì)及其嗅閾值

4.1 氯(胺)消毒衍生有機(jī)嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生與分布規(guī)律

以上海市兩個典型水廠為例，研究了典型有機(jī)嗅味物質(zhì)N-氯代亞胺和鹵代苯甲醚的生成。兩個典型水廠采用相同的原水、相同的處理工藝，但消毒方式不同，分別為氯胺消毒和自由氯消毒。研究發(fā)現(xiàn)，原水中不存在N-氯代亞胺，但原水經(jīng)二氧化氯預(yù)氧化后會產(chǎn)生N-氯代亞胺，出廠投加氯胺時幾乎不產(chǎn)生N-氯代亞胺，但隨反應(yīng)時間進(jìn)行，在管網(wǎng)末梢濃度明顯增加。出廠加自由氯時可快速產(chǎn)生大量N-氯代亞胺，其濃度隨輸水距離先減小后增大。鹵代苯甲醚在供水系統(tǒng)全流程普遍檢出，包括原水，檢出質(zhì)量濃度在2～7 ng/L。鹵代苯甲醚普遍存在超出嗅閾值的現(xiàn)象，最高頻率出現(xiàn)在原水中，為83.3%，消毒后超出嗅閾值頻率為16.7%～33.3%。

4.2 氯(胺)消毒衍生嗅味的控制技術(shù)

氯(胺)消毒衍生嗅味的控制技術(shù)主要包括：(1)嗅味物質(zhì)前體物的控制，如采用臭氧/生物活性炭深度處理工藝去除前體物；(2)嗅味物質(zhì)的吸附去除，適當(dāng)?shù)厥褂没钚蕴繛V柱吸附嗅味物質(zhì)；(3)采用高級氧化工藝強(qiáng)化降解已經(jīng)生成的嗅味物質(zhì)。

5 消毒衍生水質(zhì)問題的研究展望

消毒作為一個非常復(fù)雜的過程，不僅涉及到生物風(fēng)險(xiǎn)的削減，同時也涉及到化學(xué)安全性和水質(zhì)口感品質(zhì)的提升，但首要保障的還是生物安全問題。因此，未來飲用水常規(guī)氯(胺)消毒過程存在的新微生物風(fēng)險(xiǎn)問題亟待關(guān)注，包括阿米巴原蟲、軍團(tuán)菌、新冠病毒等強(qiáng)傳染性致病微生物的消毒滅活問題、微生物的耐氯和耐藥問題等。其次，復(fù)雜水質(zhì)背景消毒后的新興消毒副產(chǎn)物識別檢測、健康效應(yīng)及控制方法等化學(xué)安全性問題也是需要持續(xù)關(guān)注的重點(diǎn)。此外，由消毒衍生的水質(zhì)嗅味、口感等感官品質(zhì)問題，也是未來飲用水處理研究的重要發(fā)展方向，對改善居民用水體驗(yàn)和增強(qiáng)幸福感具有重要社會效益。飲用水消毒衍生的水質(zhì)問題涉及多方面，因此，不應(yīng)將其視為水廠消毒劑投加這樣簡單的獨(dú)立環(huán)節(jié)，而是應(yīng)當(dāng)從供水全流程的視角進(jìn)行系統(tǒng)性思考，包括水源水質(zhì)的適配性、水廠消毒方法的優(yōu)選應(yīng)用、管網(wǎng)供水過程消毒效果維持以及末端水質(zhì)安全保障等多環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對飲用水生物、化學(xué)和感官等問題的協(xié)同控制。