饮用水中氯化消毒副产物的控制研究进展

加强对标准值执行情况的监督和管理，把这些化合物的浓度降到 人体可以接受的水平。3） 不同的水厂要根据不同水源水质状况， 通过实验确定控制消毒副产物的最佳方案。除了改进传统氯化 工艺之外，可通过消毒剂替代、前体物去除、副产物直接去除等多 种措施来控制消毒副产物。在控制过程中，对那些含量大或是毒 性大的 DBPs 重点考虑，确保这些物质的优先去除。4） 任何一种 饮用水深度处理技术都有其局限性，所以把物理、化学、生物等多 种技术结合起来，发挥协同作用是控制消毒副产物的发展方向之 一。同时不断开发 新 的 处 理 技 术，例 如 纳 米 技 术、光 催 化 消 毒 和 MIEX 技术，为去除 DBPs 提供更多的技术选择。 参考文献： ［1］ 李晓莉． 饮用水的消毒技术［J］． 广东化工，2003（ 5） ： 53-54． ［2］ 赵生友，王 浩． 饮用水加氯消毒副产物的毒性与控制［J］．
收稿日期： 2011-10-26 作者简介： 赵 亮（ 1982- ） ，男，天津大学环境工程学院环境工程专业工程硕士研究生，工程师，中国煤炭地质总局第二水文
地质队，河北 邢台 054000
第 38 卷 第 2 期
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山西建筑
灭菌的情况下，尽 量 减 少 氯 气 的 使 用 量。第 三，保 证 加 氯 过 程 的 均匀和快速混合，国 内 外 已 有 研 究 表 明，快 速 均 匀 混 合 能 大 大 提 高氯的初始杀菌能力，这样可以减少氯的使用量［12］。
4 结论和展望
由于氯消毒具有经济性和高效性，结合当前我国的经济水平 和技术研发的状况，在短时期内氯消毒仍然是饮用水消毒的主要 技术手段，目前大多数水厂仍采用氯消毒工艺。综合国内外对氯 化消毒副产物的研究现状，我认为今后的研究可以围绕以下几个 方面展开：
1） 目前饮用水中未确定的有机卤化 DBPs 达 50% 左右，我们 应该加大研究力 度，开 发 出 更 精 确 的 检 测 技 术，确 定 氯 化 消 毒 过 程中产生的那些未知的 DBPs，查明其形成机理，明确其对人体健 康的风险，为饮用水中的 DBPs 控制和去除提供理论依据，以便更 好的去除这些 DBPs。2） 要减少 DBPs 对人体的健康威胁，最重要 的是要从水源保 护 入 手，从 源 头 上 控 制 污 染 物 的 排 放，这 才 是 控 制消毒副产物的根本途径。相应的国家机构应该制定更为严格 的标准和规定，减 少 这 些 有 毒 化 合 物 对 公 众 的 健 康 卫 生 威 胁 ，并
法，为饮用水高效安全消毒技术的进一步研究提出了意见和建议。
关键词： 饮用水消毒，氯化消毒副产物，控制方法
中图分类号： TU991． 25
文献标识码： A
消毒作为控制饮用水生物安全性的最后一道屏障，氯化消毒 在我国第二代饮用水常规工艺处理中得到了大规模的应用。氯 化消毒的目的在于有效杀灭水中混凝、沉淀和过滤等前期工艺未 能去除的微生物，控制水传染性疾病的传播。氯化消毒能够杀灭 水中的大部分致病细菌和寄生虫卵，同时具有去色、除臭、除味和 灭藻的功能［1，2］。但是越来越多的研究表明，饮用水加氯消毒后 会产生消毒副产物（ DBPs） ，而这些物质会危害人体健康，如三卤 甲烷（ THMs） 、卤乙酸（ HAAs） 等，饮用氯化水会使人患结肠癌和 膀胱癌的危险增加。目前国内外有不少学者致力于 DBPs 的形成 机理、危害以及控制方法的研究，且提出了很多去除 DBPs 的方 法，但是目前还没有一种公认的十分经济有效的处理方法。如何 控制饮用水中 DBPs 仍然是水处理行业亟待解决的问题之一。
为了控制饮用水消毒副产物，各国都制定了严格的标准。在 我国，2007 年 7 月 1 日，由国家标准委和卫生部联合发布的 GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准强制性国家标准，规定指标从原 先的 35 项增加到了 106 项。这项新标准提出了常规 42 项、非常 规 64 项指标。与旧标准相比，其增加了 71 项，修订了 8 项； 加强 了对水质有机物、微 生 物 和 水 质 消 毒 等 方 面 的 要 求，并 基 本 实 现 了饮用水标准与国际接轨。
lan． Models for predicting disinfection byproduct（ DBP） formation in drinking waters： A chronological review ［J］． Science of the Total Environment，2009（ 407） ： 4189-4206． ［5］ Palacios M，Pampillon JF． Rodriguez ME Organohalogenated compounds levels in chlorinated waters and current compliance with quality standards throughout the European Union［J］． Water Res，2006，34（ 3） ： 1012-1016． ［6］ 刘 慧． 饮用水氯化消毒副产物遗传毒性研究新进展［J］． 国外医学卫生学分册，2007，34（ 34） ： 344-349． ［7］ JONATHAN G，PRESSMAN，SUSAN D，et al． Concentration， Chlorination，and Chemical Analysis of Drinking Water for Disinfection Byproduct Mixtures Health Effects Research： U． S． EPA’s Four Lab Study［J］． Environ． Sci． Technol，2010（ 44） ： 7184-7192． ［8］ Krishna Gopal，Sushree Swarupa Tripathy，Jean Luc Bersillon，et al． Chlorination byproducts，their toxicodynamics and removal from drinking water［J］． Journal of Hazardous Materials，2007 （ 10） ： 1-6． ［9］ Choi J，Valentine R L． Formation of N-nitrosodimethylamine（ NDMA） from reaction of monochloramine： a new disinfection byproduct［J］． Water Res，2002，36（ 4） ： 817-824． ［10］ Wuyi Wang，Bixiong Ye，Linsheng Yang，et al． Risk assess-
普遍认为消毒副产物会有“三致”作用，即诱变性、致癌性和生殖
与发育毒性。
HKs 1.1%
UTOX 40.9%
THMs 24.7%
其他 1.7% HAN
4.9%
HAAs 26.8%
图 1 各种消毒副产物所占比重
常见消毒副产物对人体健康都会产生的影响
3． 1 改进氯消毒工艺
DBPs 产生于氯消毒工艺，故改进传统氯化工艺是一种有效 的 DBPs 控制措施。针对传统消毒工艺产生 DBPs 的机理，在新水 厂的建造或是旧水厂改造过程中，可以从以下几点进行考虑： 第 一，改进加氯 点，取 消 预 加 氯，尽 量 采 用 滤 后 加 氯。 采 用 滤 后 加 氯，由于在滤前工 艺 中 已 经 去 除 了 一 部 分 消 毒 副 产 物 前 驱 物 ，实 践表明，滤后加氯可以大大降低出厂水中的 DBPs［12］。第二，严格 控制加氯量，在氯消毒过程中，应结合水厂进水水质，在保证消毒
诱变 引发癌症或肿瘤 引发癌症和对生殖及发育产生影响 对肝，肾，脾和生长发育产生影响
3 DBPs 控制方法的研究进展
控制 DBPs 的目的是尽量减小其在饮用水中的存在量，最大 限度地降低其对人体的健康危害。根据 DBPs 的形成机理，目前 控制 DBPs 的方法大致可分为 5 类，分别是改进氯消毒工艺、研发 替换氯消毒剂、去 除 消 毒 副 产 物 的 前 驱 物、去 除 已 经 产 生 的 消 毒 副产物和从源头 控 制，加 强 水 源 水 的 保 护，并 制 定 严 格 的 饮 用 水 水质标准［11］。
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山西建筑
SHANXI ARCHITECTURE
Vol． 38 No． 2
Jan． 2012 ·121·
文章编号： 1009-6825（ 2012） 02-0121-03
饮用水中氯化消毒副产物的控制研究进展
赵亮
摘 要： 探讨了 DBPs 的形成机理及其种类，然后介绍了 DBPs 对人体的健康风险，并总结了目前国内外控制 DBPs 的方
2 DBPs 的健康风险
饮用水被应用于 日 常 生 活 中 的 很 多 地 方，例 如 直 接 饮 用、做 饭、洗澡、洗涤等，因此人体可通过多种途径直接接触 DBPs，当然
直接饮用是主要的一种暴露方式，但在淋浴、洗衣、游泳等过程中 也会摄入或是皮肤接触到 DBPs［10］。在 DBPs 毒理学的研究方面，
近年来，国内外学 者 也 提 出 了 许 多 其 他 新 型 的 消 毒 方 法 ，其 中物理消毒方法主要有超声波法、高梯度磁场法、微电解法、X 射 线照射法和 γ 射线照射法等，化学消毒法有等离子体消毒、银离子 消毒剂、氧化剂（ 过氧化氢和 fenton 试剂） 和光化学氧化消毒法等。
3． 3 DBPs 前驱物的去除
研究表明，消毒副 产 物 的 前 驱 物 主 要 是 质 水 体 中 的 腐 殖 酸 、 富里酸以及其他的天然有机物。Guanghui Hua 等［14］ 研究指出， Br － 和 I － 容易与亲水性天然有机物形成 DBPs，因此去除前驱物的 重点应该放在一般处理方法难于去除的亲水性天然有机物上。 当然饮用水公用工程中最安全优化的方法是将亲水性和憎水性 的有机物都有效的去除，从而减少消毒副产物产生。目前去除这 些前驱物的主要方法有： 强化混凝法、活性炭吸附法、膜过滤法、 生物氧化法、化学氧化法以及纳米工艺。
3． 2 替换氯消毒剂
David A． Reckhowa 等［13］ 研究表明，相比 一 些 其 他 的 消 毒 剂 （ 如氯胺和二氧化氯） ，氯气会产生更多的 THMs，HAAs 和总有机 卤化物（ TOX） ，因此采用其他的消毒剂替代氯消毒，可以减少 DBPs 的产生。近年来，二氧化氯、臭氧、紫外光、高锰酸钾消毒等被 不断的研究，并在实际工程中得到了一些应用。
包括 Shakhawat Chowdhury 等［4］在内的学者都认为，有机物的 浓度和投氯量是影响 DBPs 形成种类和数量的主要因素，同时也 受 pH 值、水温、Br － 及金属离子浓度等因素的影响。
1． 2 DBPs 的种类
自 1974 年 Rook 和 Bellar 等人发现在饮用水的处理中加氯消 毒会产生三卤甲烷（ THMs） 后，不少学者对 DBPs 的成分进行了大 量研究，到目前为止约有六百多种 DBPs 已被报道［5］。但是研究 发现，这已被确定的六百多种 DBPs 仅占总 DBPs 种类的 50% ～ 60% ，而其余 DBPs 的结构尚不清楚［6，7］。目前一般认为，DBPs 的 种类主要有三卤甲烷（ THMs） 、卤乙酸（ HAA） 、卤代乙腈（ HAN） 、 卤酚、卤代 醛 和 酮 等 各 种 副 产 物［8］。JONATHAN G． PRESSMAN 等人［7］对 DBPs 中各种物质所占比例进行了详细的研究，其具体 结果见图 1。随着研究的不断深入，很多新的 DBPs 也在不断被发 现和确认。近年来在美国和加拿大等地的采用化合氯消毒的饮 用水中，二甲基亚硝胺（ N-Nitrosodimethylamine，NDMA） 被确认是 一种新的氯化消毒副产物［9］。
1 DBPs 的产生
1． 1 DBPs 的形成机理
由于生活饮用水源无论是江河水、湖泊水还是地下水都遭到 了不同程度的污 染，致 使 原 水 水 源 中 都 含 有 了 大 量 的 有 机 物，这 些有机物包括人工合成有机物和天然有机物。而当使用氯消毒 时，氯会与原水中 的 有 机 物，特 别 是 富 里 酸 和 腐 殖 酸 反 应 生 成 氯 代烃、氯代乙酸以及其他的氯化消毒副产物［3］。
中国卫生工程学，2007，6（ 1） ： 51-52． ［3］ 孙建伟，高敏江． 饮用水氯消毒副产物安全控制的研究现状
［J］． 供水技术，2009，3（ 3） ： 12-15． ［4］ Shakhawat Chowdhury a，Pascale Champagne a，P． James McLel-
DBPs 种类 三卤甲烷（ THMs）
卤代乙腈（ HANs） 卤代醛和酮 卤酚
氯乙酸（ HAAs）
化合物名称 三氯甲烷
二氯一溴甲烷 一氯二溴甲烷
三溴甲烷 三氯乙腈
甲醛 2-氯苯酚 二氯乙酸 三氯乙酸
毒理作用 引发肝，肾和生殖系统的癌症 影响神经系统，肝脏，肾脏和生殖能力 引发肝，肾和生殖系统的癌症 引发肝，肾和生殖系统的癌症 引发癌症，致突变和致使染色体断裂
3． 4 DBPs 的直接去除
根据水中生成的 DBPs 的物理化学性质，采用有效的处理方 法将其从饮用水中除去，也是控制 DBPs 的方法之一，目前直接去 除 DBPs 的方法有膜分离技术、活性炭吸附和曝气法。
3． 5 加强水源水的保护，制定严格的饮用水水质标准
我国水污染状况严重，作为饮水水源的水环境已遭到严重的 破坏，加强水源环境保护是防止有机物污染的关键环节。只有保 证作为水源的江河、湖泊、水库等水环境的安全，才能有效减少出 厂水中 DBPs 的种类和数量。因此，加强水源地环境保护，改善水 源水质是降低 DBPs 含量的根本措施。