一切為了飲用水安全
——如何讓消毒副產(chǎn)物降到最低？

●楚文海

0 引言

飲用水短缺和污染仍然是21世紀(jì)的一項(xiàng)全球性挑戰(zhàn)。據(jù)世界衛(wèi)生組織報(bào)道，受污染的飲用水導(dǎo)致每年超過(guò)48.5萬(wàn)人死于腹瀉，且到2025年，全球?qū)⒂邪霐?shù)人口居住在水資源緊張的地區(qū)。為了維系飲用水安全，全球科技工作者和水務(wù)部門一直在探索和努力中。今天我們就透過(guò)消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生、應(yīng)對(duì)來(lái)了解下為確保從水源地到水龍頭全過(guò)程的飲用水安全，科技工作者和水廠付出了怎樣的努力。

1 消毒過(guò)程中的副產(chǎn)物：消毒副產(chǎn)物

為了滅活飲用水中的病原體，化學(xué)氧化消毒技術(shù)于1898年首次應(yīng)用到飲用水處理中，消毒也被譽(yù)為20世紀(jì)最重要的公共衛(wèi)生發(fā)明之一?；瘜W(xué)消毒劑通常體積小、不荷電、易穿過(guò)細(xì)胞壁；同時(shí),它又是一種強(qiáng)氧化劑，能透過(guò)細(xì)胞膜，使蛋白質(zhì)、RNA和DNA等物質(zhì)釋出，并影響多種酶系統(tǒng)，從而使病原微生物滅活。飲用水消毒技術(shù)的出現(xiàn)使全球數(shù)以億計(jì)的人們可以獲取到安全可靠的飲用水，顯著降低了霍亂、傷寒、痢疾等水介傳染病的發(fā)病率。

在常規(guī)水處理工藝中，大部分小分子中親水性、與氯反應(yīng)活性很高的有機(jī)物會(huì)殘留在濾后水中。含氯消毒劑（如氯、氯胺）是目前水處理過(guò)程中使用最為普遍的消毒劑，在消毒環(huán)節(jié)中，消毒劑在滅活病原微生物的同時(shí)會(huì)與水中的有機(jī)物等前體物反應(yīng)生成具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的消毒副產(chǎn)物（disinfection by-products，DBPs）。

圖1 消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生

因此，我們可以了解到飲用水的消毒是具有兩面性的，消毒一方面滅活了致病微生物，保障了飲用水生物安全性，另一方面又生成了具有潛在健康風(fēng)險(xiǎn)的消毒副產(chǎn)物，增加了化學(xué)風(fēng)險(xiǎn)性。所以如何在滅活微生物與控制消毒副產(chǎn)物兩者之間找到平衡點(diǎn)引起了水業(yè)科研人員們的廣泛關(guān)注。

圖2 消毒劑使用的兩面性

2 消毒副產(chǎn)物的研究歷程與種類

自1974年荷蘭化學(xué)家Rook在氯消毒飲用水中首次識(shí)別出三氯甲烷以來(lái)，目前飲用水中被識(shí)別的消毒副產(chǎn)物已有900余種，飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究歷程如圖3所示，主要涵蓋了脂肪族含碳消毒副產(chǎn)物（C-DBPs）、脂肪族含氮消毒副產(chǎn)物（N-DBPs）、無(wú)機(jī)DBPs和芳香族DBPs等。其中，一些脂肪族DBPs（包括三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙醛、鹵代醌、鹵乙腈、鹵代硝基甲烷等）在飲用水中具有較高的檢出頻率、濃度水平，在綜合評(píng)估其潛在的毒性風(fēng)險(xiǎn)后，這些DBPs也成為了目前各地水司和科研院所主要關(guān)注和研究的重點(diǎn)。這些脂肪族DBPs往往具有相似的分子結(jié)構(gòu)，即在α碳位上有一個(gè)取代基和在其他位點(diǎn)上各有一個(gè)鹵素或氫原子，故也被稱為CX3R型消毒副產(chǎn)物。

圖3 飲用水中消毒副產(chǎn)物的控制方法

3 水廠對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制方法

通常情況下，消毒是水廠處理工藝流程的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，即消毒后的出水直接進(jìn)入市政給水管網(wǎng)中，水廠對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制往往是通過(guò)源頭控制和過(guò)程控制這兩個(gè)途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，末端控制則需要在用戶端實(shí)現(xiàn)。

3.1 源頭控制

消毒副產(chǎn)物源頭控制主要是利用水廠常規(guī)工藝、強(qiáng)化常規(guī)工藝以及預(yù)處理和深度處理工藝來(lái)去除消毒副產(chǎn)物前體物。其中常規(guī)工藝（混凝-沉淀-過(guò)濾）對(duì)溶解性有機(jī)碳的去除率往往高于對(duì)溶解性有機(jī)氮的去除率，這意味著含氮消毒副產(chǎn)物的前體物相對(duì)更難被常規(guī)工藝所去除；而強(qiáng)化常規(guī)工藝可進(jìn)一步改善常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)前體物的處理效果。

同時(shí)，由于飲用水廠處理工藝在去除水中污染物的同時(shí)也會(huì)引入一些化學(xué)藥劑或工程材料，包括混凝用高分子助凝劑、吸附用納米材料以及離子交換樹(shù)脂材料等。這些引入的藥劑材料也可作為前體物在消毒工藝時(shí)與消毒劑反應(yīng)，因此在保證廠內(nèi)工藝運(yùn)行效果、保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，水廠應(yīng)盡量減少化學(xué)藥劑及材料的使用。

3.2 過(guò)程控制

消毒副產(chǎn)物過(guò)程控制主要是通過(guò)改變消毒方式、優(yōu)化消毒工況等方式來(lái)減少消毒副產(chǎn)物的生成。為全面控制常規(guī)和新型消毒副產(chǎn)物，不同地區(qū)的水廠還根據(jù)實(shí)際水源水質(zhì)特征和季節(jié)變化，綜合考慮水廠工藝運(yùn)行狀況和管理模式，結(jié)合自來(lái)水廠出水中各類消毒副產(chǎn)物的實(shí)際濃度和毒性水平加以權(quán)衡，在過(guò)程段實(shí)現(xiàn)對(duì)消毒副產(chǎn)物的控制。

3 日常生活中消毒副產(chǎn)物的風(fēng)險(xiǎn)程度如何

飲用水中DBPs濃度異常超標(biāo)的現(xiàn)象主要與水廠處理工藝流程的非正常運(yùn)行和市政給水管網(wǎng)的老化等因素有關(guān)。如今，隨著水廠運(yùn)行管理自動(dòng)化水平的提升、水處理工藝流程的升級(jí)改造、市政管網(wǎng)的更新和清洗，基本全面實(shí)現(xiàn)了從出廠水到龍頭水DBPs濃度的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

對(duì)于管網(wǎng)、二次供水等配套設(shè)施相對(duì)老舊的部分小區(qū)用戶而言，為進(jìn)一步提升水質(zhì)，可以采用末端控制的方法實(shí)現(xiàn)用戶端消毒副產(chǎn)物的去除，如采用在家庭或小區(qū)安裝正規(guī)凈水器的過(guò)濾法，但一定要注意及時(shí)更換濾芯。同時(shí)，燒開(kāi)水的習(xí)慣也可以去除三鹵甲烷等揮發(fā)性DBPs，減少DBPs帶來(lái)的潛在健康風(fēng)險(xiǎn)。

圖4 消毒副產(chǎn)物的綜合調(diào)控技術(shù)

4 未來(lái)消毒副產(chǎn)物綜合控制技術(shù)的發(fā)展與展望

在消毒副產(chǎn)物的控制層面，今后需更聚焦于水源保護(hù)和技術(shù)提升。一方面，水源保護(hù)是消毒副產(chǎn)物源頭控制和飲用水水質(zhì)全面長(zhǎng)效提升的關(guān)鍵，為此，各地政府部門和水司需進(jìn)一步健全生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制和修訂水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，以全面完善我國(guó)飲用水水源的管理和保護(hù)制度。另一方面，需加強(qiáng)科技攻關(guān)和關(guān)注技術(shù)提升，發(fā)展綠色低碳高效水處理技術(shù)以降低從源頭到龍頭全過(guò)程中化學(xué)藥劑及工程材料的使用，例如開(kāi)發(fā)高性能、抗污染、低能耗的物理分離技術(shù)，研發(fā)具備廣譜性、低副產(chǎn)物和持續(xù)消毒能力的安全消毒技術(shù)，攻關(guān)基于新能源、新材料、新理念的飲用水清潔凈化技術(shù)等。通過(guò)對(duì)水源保護(hù)和技術(shù)提升的聚焦，從而構(gòu)建消毒副產(chǎn)物的廠前、廠內(nèi)、廠后控制體系，以期實(shí)現(xiàn)消毒副產(chǎn)物的綜合控制，進(jìn)一步提升飲用水質(zhì)和保障飲用水安全。