饮用水中消毒副产物及其消除技术研究进展

范宁伟+翦英红+辛丙靖+佟亮亮

摘 要：饮用水消毒过程中，所采用的消毒剂会与水中的有机物反应，产生消毒副产物（DBPs），且消毒剂不同，产生的DBPs也有差别。文章主要对饮用水消毒过程中不同消毒剂所产生的DBPs进行了阐述和比较，并对DBPs的消除技术进行了介绍。

关键词：饮用水；消毒副产物；消除技术

中图分类号：R123.6 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2017）35-0171-02

1 概述

饮用水消毒的主要目的是控制水中致病菌，保证人类的饮水安全。但是在消毒过程中，所使用的消毒剂除了能消毒灭菌外，还会与水中存在的天然有机物、溴化物、碘化物等其他物质，生成大量的消毒副产物（DBPs）。1974年，Rook发现用氯消毒后会产生一类特殊的化合物三卤甲烷（THMs）[1]。1976年美国国家环保局调查发现，THMs普遍存在于氯消毒的饮用水中，之后，氯消毒的安全性，引起了人们的普遍关注，针对饮用水中DBPs的监测和研究，也相继展开。1989年和1998年[2]美国相继两次开展了全国范围内饮用水中DBPs污染状况的调查，监测的指标除三卤甲烷外，增加了卤乙酸、卤乙腈、卤代酮类、三卤乙醛、氯化苦、氯酚以及无机副产物。澳大利亚[3]对典型DBPs分布情况进行了分析，发现液氯消毒方式中THMs、HAAs的含量分别占DBPs的46%、42%；氯胺消毒分别为24%、54%，也就是说加氯消毒主要的副产物是 THMs和HAAs，两者含量之和占全部DBPs的80%以上。国内目前为止有关DBPs的监测资料主要为THMs成分的研究。清华大学李爽等人[4]1998～2000年对西南L市和北京五个水厂的出厂水和管网末梢水进行了HAAs的调查，均检出含有HAAs。越来越多的DBPs被发现和证实。到目前为止，已发现的饮用水DBPs已达600多种。而许多消毒副产物现已证实，具有致畸、致突以及致癌的性质，严重威胁人类的健康[5]。为保障人类饮用水安全，控制饮用水DBPs已成为人们关注的焦点。

2 常用的消毒剂及相应消毒副产物种类

目前，常用的消毒剂主要有氯类消毒剂、氯胺、二氧化氯、臭氧等。

氯类消毒剂是最常用的消毒剂之一，主要包括液氯和漂白粉两种，一般以次氯酸 （HOCl）或次氯酸盐（OCl-）的形式存在。次氯酸或次氯酸盐均可以与水中的有机物作用产生DBPs。经过多年的研究发现[6]，在氯类消毒剂消毒过程中，目前已检测到多达数百种的DBPs，主要包括三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）、卤代酮（HKs）、致诱变化合物（MX）、水合氯醛（CH）、氯化苦（CP）、卤乙醛等有机DBPs，以及氯酸盐（ClO3-）、亚氯酸盐（ClO2-）、溴酸盐（BrO3-）等无机DBPs。其中THMs、HAAs、HANs为主要的DBPs。

为了控制饮用水中DBPs的种类和含量，氯胺逐渐被人们所熟知。与液氯相比，采用氯胺消毒，可以明显的降低水中DBPs的生成，尤其是THMs的产量，明显低于氯消毒的产生量。最近的研究表明[5]，氯胺消毒可能产生某些具有更大潜在危害的含氮消毒副产物（N-DBPs），如氯化氰（CCN）、N-亚硝基二甲胺（NDMA）、卤代硝基甲烷（HNMs）、卤代乙酰胺（HAMs）等。

因产生的DBPs种类少，二氧化氯也被认为是一种安全、高效、低毒的新型消毒剂。但最近的研究报道表明[7]，二氧化氯在消毒过程中也会产生DBPs，但有机DBPs很少，主要为无机DBPs，如亚氯酸盐（ClO2-）和氯酸盐 （ClO3-）等。若饮用水中若有Br-存在，可能会产生溴酸盐（BrO3-）。

臭氧也作为一种新型消毒剂，越来越多的使用于饮用水的消毒过程中。但研究发现，臭氧也可以氧化水中的有机物产生非卤代DBPs[5]，如酮类、羧酸和醛类化合物，以甲醛为主，它还可以直接与溴离子反应产生BrO3-，如果水中同时存在有机物和溴离子时，臭氧可以氧化溴离子为次溴酸，而导致溴代DBPs的生成。

饮用水消毒过程中，使用的消毒剂不同，所产生的DBPs也不同。四种消毒剂及其消毒过程中产生的典型DBPs种类及其化合物见表1。从表中可以看到：选用合适的消毒剂，可以大大减少饮用水中的DBPs种类。并且，消毒过程中产生的其他DBPs种类，还有待进一步确认。

3 DBPs的消除技术

DBPs产生的根本原因，一是水中存在大量的天然有机物等前体物质，二是化学消毒剂的使用。为了进一步保护人类健康，降低各种DBPs在饮用水中的含量及产生，依据DBPs产生的根本原因，消除饮用水中DBPs的方法目前主要有三种[8]：（1）优化水处理工艺。主要是通过改进传统氯化工艺、强化混凝和活性炭组合工艺、膜分离技术等方法，在处理过程中，尽量减少DBPs的产生。（2）去除前体物质。采用物理去除法、化学氧化法、纳米技术、多种消毒法协同组合工艺等，提高对消毒副产物前体物质的去除，从源头减少水中的其他物质，达到减少DBPs的产生和含量的目的。（3）副产物直接去除。主要采用活性炭吸附法、曝气吹脱法、膜分离法等，将生成的DBPs进行消除，以改善饮用水的质量。

参考文献：

[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，張晓健.两个中心城市饮用水中消毒副产物的调查[J].中国给水排水，2000，16（10）：25-27.

[5]赵玉丽，李杏放.饮用水消毒副产物：化学特性与毒性[J].环境化学，2011，30（1）：20-29.

[6]葛飞，舒海民.饮用水中氯化消毒副产物的研究进展[J].净水技术，2006，25（1）：34-38.

[7]钟格梅，唐振珠.二氧化氯消毒饮用水的研究进展[J].环境与健康杂志，2010，27（8）：742-744.

[8]高超，王启山，夏海燕.饮用水消毒副产物控制工艺的国内外研究动态[J].中国高新技术企业，2010，144（9）：96-97.endprint