淺談飲用水加氯消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生及其控制途徑

1、淺談飲用水加氯消毒副產(chǎn)物及其控制途徑摘要：本文論述了飲用水加氯消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生、危害及其目前用于控制飲用水消毒副產(chǎn)物的方法，并指出了今后在這一領域的發(fā)展方向。長期以來飲用水一直采用傳統(tǒng)的投氯消毒工藝，但自1974年在自來水中發(fā)現(xiàn)三鹵甲烷與它們的不良影響以來 ,飲用水消毒副產(chǎn)物及其控制技術一直是水處理領域的熱門課題 ,隨著人們研究的不斷深入在該領域取得了一系列令人矚目的成果，本文以下對其進行簡要的介紹。1消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生機理消毒副產(chǎn)物是在消毒過程中,水中的氯和溴與水中的有機物發(fā)生化學反應而生成的化合物。水中的氯一般是人為投加的消毒劑 ,而溴是水中已存在的溴離子。在許多飲用水水源中含有低濃度溴化物

2、 ,而在沿海地區(qū) ,則顯得相對較高 ,它們在消毒過程中對副產(chǎn)物的產(chǎn)生起著一定的作用。能形成消毒副產(chǎn)物的前體物是來自天然水源中的腐殖質，它主要是以腐植酸和富里酸的形式大量存在于水體中。在水處理過程中，氯與三鹵甲烷的前驅物質腐植酸和富里酸反應所生成的三鹵甲烷量，同如反應時間、溫度、pH值、初始TOC及氯的濃度等因素有關。氯和溴與水中的有機物化學反應機理基本相同，以下以氯為例對其的反應機理進行簡要介紹。從氯氣與有機物的反應機理上看，氯氣和有機物的作用除發(fā)生氧化還原外還發(fā)生氯的親電取代反應，生成大量的三鹵甲烷及致突變有機物。以間苯二酚為例：氯與間苯二酚首先發(fā)生親電取代生成2,4,6三氯間苯二酚，其進一

3、步與氯加成形成環(huán)己二酮中間產(chǎn)物，然后在C2處水解氧化成酮羧酸，再與HOCl氧化成酮，這些三氯單酮經(jīng)堿催化水解成三鹵甲烷。2消毒副產(chǎn)物的種類及對健康的影響近年來，國內(nèi)外已從氯消毒的自來水中鑒定出1000余種有機物，其中有20種為確認致癌物，23種為可疑致癌物，18種為促癌物，56種為致突變物。在這些對人和動物產(chǎn)生不利影響的副產(chǎn)物中主要是三鹵甲烷、鹵代乙酸和高溴根離子。三鹵甲烷中90%是三氯甲烷，其次是四氯化碳、一溴二氯甲烷、三溴甲烷、二溴一氯甲烷。根據(jù)美國國家癌病研究所對有機物的致癌性和致突變性的研究結果，三氯甲烷對大鼠、小鼠致癌，四氯化碳對大鼠、小鼠、倉鼠致癌；Ames致突變性試驗，一溴二氯甲

4、烷對TA98、TA100菌株顯陽性，三溴甲烷對TA98S9、TA100S9菌株顯陽性，二溴一氯甲烷對TA100菌株顯陽性。鹵代乙酸主要由五種化合物組成 ,它們是一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸和三溴乙酸。Ames致突變性試驗中，。鹵代乙酸是TA1535、TA92、TA97、TA98、TA100、及TA102菌株的直接致突變劑。溴酸根離子 (BrO-3 )1990年被確定為對人體有害的副產(chǎn)物，據(jù)Meier的動物試驗證明，溴酸根離子可誘發(fā)中國地鼠卵巢細胞染色體畸變。另據(jù)國際流行病調(diào)查結果顯示，飲用氯消毒水居民的消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)腫瘤發(fā)病率明顯高于飲用地下水（不氯化）的居民。3相關水質指標的制

5、定隨著當今人們生活水平不斷提高和飲用水水源的污染 ,人們迫切需要飲用安全優(yōu)質的水。因此各國都制定了嚴格的飲用水標準。目前 ,美國通過了消毒副產(chǎn)物規(guī)定 ,將飲用水中三鹵甲烷和鹵代乙酸最高允許濃度標準分兩階段降低。第一階段三鹵甲烷從目前的100g/ L降為80g/ L ;鹵代乙酸定為60g/L ；第二階段將分別進一步降為 :40g/ L和3 0g/ L。我國飲用水衛(wèi)生標準中 ,對三鹵甲烷和鹵代乙酸沒有明確要求 ,只要求飲用水中的三氯甲烷最大允許含量為 60 g/ L。1993年世界衛(wèi)生組織把高溴酸根離子作為飲用水水質標準 ,其最大允許濃度為25g/ L，美國環(huán)境保護局將其最大允許濃度定為10g/

6、L。4消毒副產(chǎn)物控制技術控制消毒副產(chǎn)物目的是盡量減小其在飲用水中的存在量 ,最大限度地降低其對人體的不良影響。本文就現(xiàn)有的主要控制技術作一簡要的介紹。4.1替換傳統(tǒng)消毒劑傳統(tǒng)消毒劑為氯氣、次氯酸鈉和次氯酸鈣。它們在水中主要依靠HClO和ClO-的消毒作用 ,其中 HClO的消毒作用為ClO-消毒作用的40-80倍。氯消毒具有對細菌殺傷力大、在水中較穩(wěn)定和使用費用低等優(yōu)點。但它也具有與有機物反應生成有害副產(chǎn)物的缺點。因此在飲用水消毒領域 ,人們正在使用或研究其它消毒方法 ,以滿足人們對飲用水安全性要求。目前 ,研究較多的消毒藥劑有臭氧、二氧化氯、紫外光等。臭氧技術的研究是從1886年起在法國開始

7、的。用于給水處理的第一例是1906年投入運轉的法國Bon Voyage水廠的臭氧消毒設備。近年來 ,針對常規(guī)處理所不能奏效的微量有機污染問題 ,臭氧除了更加廣泛地用于代替氯氣作為水的消毒劑以外 ,還越來越多地被用于上面所述的三鹵甲烷前驅物質去除、水的除臭、除色和病原性寄生蟲 (如賈第蟲、隱孢子蟲 )的去除等領域。實用事例已充分展示了臭氧在自來水深度處理中所起的重要作用和應用前景，用臭氧處理來去除水中的三鹵甲烷前驅物質的功效有兩個方面 :一是通過臭氧對有機物的直接氧化來削減三鹵甲烷生成能,二是通過臭氧氧化改善有機物的生化降解性 ,從而通過后續(xù)處理工藝來降低三鹵甲烷生成能。1894年 ,美國首次將

8、二氧化氯用于消除水中由于藻類繁殖所產(chǎn)生的氣味。二氧化氯是一種黃綠色帶有刺激性氣味的高效氧化劑。在水處理領域 ,用亞氯酸鈉和氯為原料 ,通過反應生成二氧化氯。二氧化氯消毒劑具有較強的消毒效果 ,其消毒機理一般認為是二氧化氯對細胞壁有較強的吸附和穿透能力 ,能穿過細胞壁與含巰基的酶反應 ,從而使細胞死亡 ,并且可以很快地抑制蛋白質的合成。因此 ,二氧化氯除對一般的細菌有殺滅作用外 ,對孢子、病毒、藻類、鐵細菌、硫酸鹽還原菌、真菌等均有殺滅作用。同時 ,純二氧化氯不會與腐殖酸或富里酸反應生成致癌、致突變、致畸等物質。紫外光 (UV)對細菌具有較大的殺傷力 ,并且在消毒過程中極少產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物，因而是

9、一種較為安全的消毒技術。紫外光的消毒效果與紫外線對水透射能力有關。水中的懸浮物質、溶解有機物和水分子對紫外線都有吸收作用。在水中懸浮濃度高時 ,它的消毒效果不很理想 。在給水處理中 ,一般都與其它消毒劑 ,如臭氧、雙氧水等聯(lián)合采用。4.2水處理工藝的加強與改善 通過強化混凝方法去除水體中消毒副產(chǎn)物的前驅物質。強化混凝法是指在常規(guī)處理工藝流程下 ,加入超量的混凝劑以提高原水中有機物的去除率。強化混凝有兩個目的 ,第一個目的是達到消毒/消毒副產(chǎn)物條例所要求的總有機物（TOC）去除率 ,第二個目的是充分去除消毒副產(chǎn)物的前驅物質。大量的研究表明，采用強化混凝方法可以有效地提高 TOC的去除率，減少消毒

10、副產(chǎn)物的產(chǎn)生。廢除水處理工藝中的預氯化法。當水源受到污染，原水中含有大量的氨時，水廠通常在處理設備前投氯進行去除。這種水處理工藝雖然使水中氨與氯化合，達到除氨的目的。但由于造成投氯量加大，與有機物作用時間加長而使得三鹵甲烷的生產(chǎn)量增加。因此，為避免飲用水中三鹵甲烷的生成，應廢除凈水工藝中的預氯化工藝，采用如預投高錳酸鉀或二氧化氯等工藝來代替。在原水或濾后水中含有三鹵甲烷的前驅物質較多時，可采用二次氯化法來減少氯的投加量及氯在管路中的停留時間，即在管路起點可減少投氯量，使水中殘留氯濃度較低，同時在中途配水池處再二次投加適量的氯量，以保證管網(wǎng)末梢出水中的預氯要求。4.3居民可采用加熱煮沸法去除一定的三鹵甲烷三鹵甲烷中除溴仿外，其余的沸點均較低。據(jù)此，飲用水中若含有以氯仿為主的三鹵甲烷時，居民可采用煮沸法，即將水煮沸35分鐘便可去除60以上的三鹵甲烷類物質。今后在消毒副產(chǎn)物控制方面所需做的研究有 : 在氯消毒作為飲用水的最終處理的前提下 ,研究去除消毒副產(chǎn)物前體物質方法。研究消毒新工藝 ,使飲用水的化學安全性與微生物安全性達到統(tǒng)一。參 考 文 獻1 黃君禮等. 飲用水氯化中氯仿形成的動力學模式.中國給水