淺淺談飲談飲用水加用水加氯氯消毒副消毒副產產物及其控制途徑物及其控制途徑 摘要摘要 本文論述了飲用水加氯消毒副產物的產生 危害及其目前 用于控制飲用水消毒副產物的方法 并指出了今后在這一領域的發展 方向 長期以來飲用水一直采用傳統的投氯消毒工藝 但自 1974 年 在自來水中發現三鹵甲烷與它們的不良影響以來 飲用水消毒副產物 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 消毒副消毒副產產物的物的產產生機理生機理 消毒副產物是在消毒過程中 水中的氯和溴與水中的有機物發生 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 而 在沿海地區 則顯得相對較高 它們在消毒過程中對副產物的產生起 著一定的作用 能形成消毒副產物的前體物是來自天然水源中的腐殖 質 它主要是以腐殖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殖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生氧化還原外還發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 發生親電取代生成 2 4 6 三氯間苯二酚 其進一步與氯加成形成環己 二酮中間產物 然后在 C2處水解氧化成酮羧酸 再與 HOCl 氧化成酮 這些三氯單酮經堿催化水解成三鹵甲烷 2 消毒副消毒副產產物的種物的種類類及及對對健康的影響健康的影響 近年來 國內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生不利影響的副產物中主要是三 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 一溴二氯甲烷對 TA98 TA100菌株顯陽性 三溴甲烷對 TA98 S9 TA100 S9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 三溴乙酸 Ames 致突變性試驗中 鹵代乙酸是 TA1535 TA92 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物 據 Meier 的動物試驗 證明 溴酸根離子可誘發中國地鼠卵巢細胞染色體畸變 另據國際流 行病調查結果顯示 飲用氯消毒水居民的消化系統 泌尿系統腫瘤發 病率明顯高于引用地下水 不氯化 的居民 3 相關水相關水質質指指標標的制定的制定 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物規定 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 100 g L 降 為 80 g L 鹵代乙酸定為 60 g L 第二階段將分別進一步降為 40 g L 和 30 g L 我國飲用水衛生標準中 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 25 g L 美國環境保護局將其最大允許濃度定為 10 g L 4 消毒副消毒副產產物控制技物控制技術術 控制消毒副產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 本文就現在的主要控制技術作一簡要 的介紹 4 1 替替換傳統換傳統消毒消毒劑劑 傳統消毒劑為氯氣 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 的消毒作用 的 40 至 80 倍 氯消毒具有對細菌殺傷力大 在水中較穩定和使用費 用低等優點 但她也具有與有機物反應生成有害副產物的缺點 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 針對常規處理所不能湊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 從而通過后續處理工藝來降低三鹵甲烷生成能 1894 年 美國首次將二氧化氯用于消除水中由于藻類繁殖所產 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生消毒副產物 因而是一種 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 雙氧水等聯合采用 4 2 水水處處理工理工藝藝的加的加強強與改善與改善 通過強化混凝方法去除水體中消毒副產物的前驅物質 強化混凝 法是指在常規處理工藝流程下 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 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 減少消毒副產物的產生 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 是水中殘留氯濃度較 低 同時在中途配水池處再二次投加適量的氯量 以保證管網末梢出 水中的余氯要求 4 3 居民可采用加居民可采用加熱熱煮沸法去除一定的三煮沸法去除一定的三鹵鹵甲甲烷烷 三鹵甲烷中除溴仿外 其余的沸點均較低 據此 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 3 5 分 鐘便可去除 60 以上的三鹵甲烷類物質 今后在消毒副產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 研究去除消毒副產物前提物質方法 研究消 毒新工藝 使飲用水的化