1、浅谈饮用水加氯消毒副产物及其控制途径摘要：本文论述了饮用水加氯消毒副产物的产生、危害及其目前用于控制饮用水消毒副产物的方法，并指出了今后在这一领域的发展方向。长期以来饮用水一直采用传统的投氯消毒工艺，但自 1974 年在自来水中发现三卤甲烷与它们的不良影响以来，饮用水消毒副产物及其控制技术一直是水处理领域的热门课题，随着人们研究的不断深入在该领域取得了一系列令人瞩目的成果，本文以下对其进行简要的介绍。1.消毒副产物的产生机理消毒副产物是在消毒过程中，水中的氯和溴与水中的有机物发生化学反应而生成的化合物。水中的氯一般是人为投加的消毒剂，而溴是水中已存在的溴离子。在许多饮用水水源中含有低浓度溴化物
2、，而在沿海地区，则显得相对较高，它们在消毒过程中对副产物的产生起着一定的作用。能形成消毒副产物的前体物是来自天然水源中的腐殖质，它主要是以腐殖酸和富里酸的形式大量存在于水体中。在水处理过程中，氯 与三卤甲烷的前驱物质腐殖酸和富里酸反应所生成的三卤甲烷量，同如反应时间、温度、 pH 值、初始 TOC 及氯的浓度等因素有关。氯和溴与水中的有机物化学反应机理基本相同，以下以氯为例对其的反应机理进行简要介绍。从氯气与有机物的反应机理上看，氯气和有机物的作用除发生氧化还原外还发生氯的亲电取代反应，生成大量的三卤甲烷及致突变有机物。以间苯二酚为例：氯与间苯二酚首先发生亲电取代生成 2,4,6-三氯间苯二酚
3、，其进 一步与氯加成形成环己二酮中间产物，然后在 C2处水解氧化成酮羧酸，再与 HOCl 氧化成酮，这些三氯单酮经碱催化水解成三卤甲烷。2.消毒副产物的种类及对健康的影响近年来，国内外已从氯消毒的自来水中鉴定出 1000 余种有机物，其中有 20 种为确认致癌物，23 种为可疑致癌物，18 种为促癌物，56种为致突变物。在这些对人和动物产生不利影响的副产物中主要是三卤甲烷、卤 代乙酸和高溴根离子。三卤甲烷中 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。根据美国国家癌病研究所对有机物的致癌性和致突变性的研究结果，三氯甲烷对大鼠、小鼠致癌，四氯化碳 对大鼠、小鼠、 仓鼠
4、致癌；Ames 致突变性试验，一溴二 氯甲烷对 TA98、TA100 菌株显阳性，三溴甲烷对TA98+S9、TA100+S9 菌株显阳性，二溴一氯甲烷对 TA100 菌株显阳性。卤代乙酸主要由五种化合物组成，它们是一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸、一溴乙酸、三溴乙酸。Ames 致突变性试验 中，卤代乙酸是TA1535、TA92、TA98、TA100 及 TA102 菌株的直接致突变剂。溴酸根离子（BrO-3）1990 年被确定 为对人体有害的副产物，据 Meier 的动物试验证明，溴酸根离子可诱发中国地鼠卵巢细胞染色体畸变。另据国际流行病调查结果显示，饮用氯消毒水居民的消化系统、泌尿系统肿瘤发病率
5、明显高于引用地下水（不氯化）的居民。3.相关水质指标的制定随着当今人们生活水平不断提高和饮用水水源的污染，人们迫切需要饮用安全优质的水。因此各国都制定了严格的饮用水标准。目前，美国通过了消毒副产物规定，将饮用水中三卤甲烷和卤代乙酸最高允许浓度标准分两阶段降低。第一阶段三卤甲烷从目前的 100g/L 降为 80g/L；卤代乙酸定 为 60g/L；第二阶段将分 别进一步降为 40g/L和 30g/L。我国饮用水卫生标准中，对三卤 甲烷和卤代乙酸没有明确要求，只要求饮用水中的三氯甲烷最大允许含量为 60g/L。1993 年世界卫生组织把高溴酸根离子作为饮用水水质标准，其最大允许浓度为 25g/L，美
6、国环境保护局将其最大允许浓 度定为 10g/L。4.消毒副产物控制技术控制消毒副产物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不良影响。本文就现在的主要控制技术作一简要的介绍。4.1 替换传统消毒剂传统消毒剂为氯气、次氯酸钠和次氯酸钙。它们在水中主要依靠HClO 和 ClO-的消毒作用，其中 HClO 的消毒作用为 ClO-的消毒作用的 40 至 80 倍。氯消毒具有对细菌杀伤力大、在水中较稳定和使用费用低等优点。但她也具有与有机物反应生成有害副产物的缺点。因此在饮用水消毒领域，人们正在使用或研究其它消毒方法，以满足人们对饮用水安全性要求。目前，研究较多的消毒药剂有臭氧、二氧
7、化氯、紫外光等。臭氧技术的研究是从 1886 年起在法国开始的。用于给水处理的第一例是 1906 年投入运转的法国 Bon Voyage 水厂的臭氧消毒设备。近年来，针对 常规处理所不能凑效的微量有机污染问题，臭氧除了更加广泛地用于代替氯气作为水的消毒剂以外，还越来越多地被用于上面所述的三卤甲烷前驱物质去除、水的除臭、除色和病原性寄生虫（如贾第虫、 隐孢子虫）的去除等领域。实用事例已充分展示了臭氧在自来水深度处理中所起的重要作用和应用前景，用臭氧处理来去除水中的三卤甲烷前驱物质的功效有两个方面：一是通过臭氧对有机物的直接氧化来削减三卤甲烷生成能，二是通过臭氧氧化改善有机物的生化降解性，从而通过
8、后续处理工艺来降低三卤甲烷生成能。1894 年，美国首次将二氧化氯用于消除水中由于藻类繁殖所产生的气味。二氧化氯是一种黄绿色带有刺激性气味的高效氧化剂。在水处理领域，用亚氯酸钠和氯为原料，通过反应生成二氧化氯。二氧化氯消毒剂具有较强的消毒效果，其消毒机理一般认为是二氧化氯对细胞壁有较强的吸附和穿透能力，能穿过细胞壁与含巯基的酶反应，从而使细胞死亡，并且可以很快地抑制蛋白质的合成。因此，二氧化氯除对一般的细菌有杀灭作用外，对孢子、病毒、藻类、铁细菌、硫酸盐还原菌、真菌等均有杀灭作用。同时， 纯二氧化氯不会与腐殖酸或富里酸反应生成致癌、致突变、致畸等物质。紫外光（UV）对细菌具有较大的杀伤力，并且
9、在消毒过程中极少产生消毒副产物，因而是一种较为安全的消毒技术。紫外光的消毒效果与紫外线对水透射能力有关。水中的悬浮浓度高时，它的消毒效果不很理想。在给水处理中，一般都与其它消毒剂，如臭氧、双氧水等联合采用。4.2 水处理工艺的加强与改善通过强化混凝方法去除水体中消毒副产物的前驱物质。强化混凝法是指在常规处理工艺流程下，加入超量的混凝剂以提高原水中有机物的去除率。强化混凝有两个目的，第一个目的是达到消毒/消毒副产物条例所要求的总有机物（TOC）去除率，第二个目的是充分去除消毒副产物的前驱物质。大量的研究表明，采用强化混凝方法可以有效地提高 TOC 的去除率，减少消毒副产物的产生。废除水处理工艺中
10、的预氯化法。当水源受到污染，原水中含有大量的氨时，水厂通常在处理设备前投氯进行去除。这种水处理工艺虽然使水中氨与氯化合，达到除氨的目的。但由于造成投氯量加大，与有机物作用时间加长而使得三卤甲烷的生产量增加。因此，为避免饮用水中三卤甲烷的生成，应废除净水工艺中的预氯化工艺，采用如预投高锰酸钾或二氧化氯等工艺来代替。在原水或滤后水中含有三卤甲烷的前驱物质较多时，可采用二次氯化法来减少氯的投加量及氯在管路中的停留时间，即在管路起点可减少投氯量，是水中残留氯浓度较低，同时在中途配水池处再二次投加适量的氯量，以保证管网末梢出水中的余氯要求。4.3 居民可采用加热煮沸法去除一定的三卤甲烷三卤甲烷中除溴仿外
11、，其余的沸点均较低。据此，饮用水中若含有以氯仿为主的三卤甲烷时，居民可采用煮沸法，即将水煮沸 3-5 分钟便可去除 60%以上的三卤甲烷类物质。今后在消毒副产物控制方面所需做的研究有：在氯消毒作为饮用水的最终处理的前提下，研究去除消毒副产物前提物质方法。研究消毒新工艺，使 饮用水的化学安全性与微生物安全性达到统一。参考文献1黄君礼等.饮用水氯化中氯仿形成的动力学模式.中国给水排水，1996,12(5):73-812张绍 园，姜兆春等.饮用水消毒副产物控制技术研究现状与发展.水处理技术，1998,24(1):7-123郭士 权.饮 用水中氯消毒副产物的形成与去除.重庆建筑工程学院学报，1994,16(3):92-96
