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飲用水消毒副產(chǎn)物的研究現(xiàn)狀

文檔作者：徐菲菲賈瑞寶z 文檔來源： 1山東建筑大學(xué) 2濟南市供排水監(jiān)測中心		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月26日
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飲用水消毒副產(chǎn)物的研究現(xiàn)狀
徐菲菲··：賈瑞寶z
(1山東建筑大學(xué)山東濟南250101
2濟南市供排水監(jiān)測中心山東濟南250021)
摘要在飲用水消毒過程中，消毒劑除了起消毒滅茵的作用外，還會與水中的天然有機物、溴化物、碘化物等發(fā)生取代或
加成反應(yīng)而生成以鹵代有機物為代表的消毒副產(chǎn)物(DBPs)。從DBPs的研究歷史、形成機制及影響因素、分類及對人體的健康
影響等方面進行了綜述。
關(guān)鍵詞飲用水消毒消毒副產(chǎn)物
中圖分類號：TQ084．41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672—9064(2012)06—050一03
飲用水消毒是20世紀人類在公共健康領(lǐng)域所取得的最
偉大進步．其主要目的是控制水中致病菌．使其滿足人類的
健康要求．但是在飲用水消毒過程中．消毒劑除了起消毒滅
菌的作用外，還會與水中的天然有機物、溴化物、碘化物等發(fā)
生取代或加成反應(yīng)而生成以鹵代有機物為代表的消毒副產(chǎn)
物(DBPs)．而許多消毒副產(chǎn)物都被證實是致畸、致突以及致
癌的。為保障人類飲用水安全?？刂骑嬘盟靖碑a(chǎn)物已成
為人們關(guān)注的焦點。
1 DBPs的分類
飲用水消毒副產(chǎn)物種類繁多，它隨著消毒劑、消毒技術(shù)
以及源水化學(xué)組成的變化而不盡相同。至今．大約600多種
消毒副產(chǎn)物已被相繼報道?。主要種類包括：三鹵甲烷
(THMs)、鹵代乙酸(HAAs)、溴酸鹽(Bm3)、亞氯酸鹽(C102)、
鹵化氰(xCN s)、鹵代乙(HANs)、鹵代硝基甲烷(HNMs)、鹵
代酮(halogenated ketones，HKs)、鹵代酚(Halophenols)、醛類
(aldehydes)等。隨著分析檢測技術(shù)的創(chuàng)新，不斷有新的DBPs
被發(fā)現(xiàn)，如致誘變化合物(MXs)鹵代呋喃(4二氯甲基5羥基
2(5)氫呋喃酮)、亞硝胺(NMs)、碘代酸(IAs)以及鹵代對苯
醌(HBQs)等。最近，Richardson等詳盡地綜述了不同DBPs
的致突變性和致癌性[2]．
2 DBPs對人體健康的影響
近幾年有關(guān)DBPs的毒性受到普遍關(guān)注．研究進展很
快。飲用水中的DBPs對人體健康的危害主要體現(xiàn)在其致癌
性、致突變性及生殖發(fā)育毒性。
(1)致癌性。飲用水中的鹵代烴類化合物是多種癌癥的
致癌因子。DBPs的致癌風(fēng)險主要由HAAs致癌風(fēng)險構(gòu)成．二
氯乙酸和三氯乙酸可以造成哺乳動物細胞DNA鏈斷裂損
傷，其致癌作用通過損傷DNA引發(fā)．均可能屬遺傳毒性致癌
物[3]。國外有研究認為飲水中THMs的濃度與膀胱癌、結(jié)腸
癌、直腸癌、乳腺癌有關(guān)。
(2)致突變性。經(jīng)過近年來各國科學(xué)家對氯消毒自來水
的深入研究發(fā)現(xiàn)MX是迄今為止氯消毒自來水中發(fā)現(xiàn)的最
強的致突變物質(zhì)之一．占氯消毒自來水總致突變性的16％～
76％。體內(nèi)、外試驗結(jié)果表明，MX可引起哺乳動物細胞多種
遺傳損害，表現(xiàn)為基因突變、DNA損傷、染色體畸變、姊妹染
色單體交換。Mx可引起小鼠肝、腎和小腸細胞以及體外培
養(yǎng)的人胚肝細胞的DNA損傷?．體外試驗觀察到MX引起
人胚肝細胞ra8基因過度表達和突變發(fā)生。
(3)生殖發(fā)育毒性。大量的毒理學(xué)實驗和流行病學(xué)研究
已表明嘲：DBPs對低出生體重、早產(chǎn)、自發(fā)性流產(chǎn)、死胎以及
出生缺陷具有不同程度的影響．尤其是對中樞神經(jīng)系統(tǒng)及神
經(jīng)管損傷、臟器缺損、呼吸系統(tǒng)損害及與唇腭裂之間的關(guān)系。
這些研究結(jié)果表明DBPs很可能是潛在的生殖發(fā)育毒性物
質(zhì)。
3 DBPs的形成機制及影響因素
3．1 DBPs的形成機制
飲用水消毒副產(chǎn)物是指消毒劑與飲用水中含有的天然
有機物，兩者反應(yīng)生成的化合物．即消毒劑+母體化合物
(NOM)一DBPs。DBPs產(chǎn)生的內(nèi)因是水中存在前驅(qū)物質(zhì)．外
因是氯化消毒．其數(shù)量與加氯量及接觸時間成正比。通常
THMs的生成反應(yīng)式為[6l：氯(Br一或I一)+前體物=鹵仿+其他
鹵化物。
3．2 DBPs形成的影響因素
DBPs在飲用水中形成的量和類型與加氯量、有機前體
物的含量、溴離子濃度以及pH值等因素有關(guān)，其中源水中
有機前體物的種類和濃度是其生成的決定性因素。DBPs的
前體物[7]主要是水體中的腐殖酸、富里酸和其它天然有機
(NOM)，水中腐殖酸含量越高、投氯量越大、接觸時間越長，
則生成的THMs越多．
4控制飲用水中DBPs的途徑
4．1加強水源水保護．減少水源污染
伴隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展．我國水環(huán)境遭到r嚴重的污
基金項目：黃河下游城市供水管網(wǎng)水質(zhì)保障技術(shù)研究與示范(2009ZX07422一006)
作者簡介：徐菲菲(1987～)，女，研究生，研究方向：飲用水處理理論與技術(shù)。
20坦NO．6．奄萬方數(shù)據(jù)
染，作為飲水水源的水環(huán)境也遭到嚴重的破壞，因此．加強水
源環(huán)境保護是防止有機物污染的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
4．2采用替代消毒劑和消毒方法
目前可以取代氯的主要消毒劑有：氯氨、二氧化氯、臭氧
和紫外線。
(1)氯胺消毒。氯胺的氧化能力比游離氯弱得多．但它產(chǎn)
生的消毒副產(chǎn)卻少得多。焦中志[8]等人在研究氯胺對消毒副
產(chǎn)物得控制發(fā)現(xiàn)，將氯與氨氮的比值5．能夠使單獨氯消毒
所生成消毒副產(chǎn)物減少89％．而二溴一氯甲烷也不再檢出。
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)．采用預(yù)氯胺化工藝不僅可以達到某些預(yù)氧化工
藝的功效，同時也延長了氯胺消毒的接觸時間．提高了飲用
水的微生物安全性．
(2)二氧化氯消毒。二氧化氯的殺菌速度快．消毒能力超
過氯，可殺死隱孢子蟲，具有廣譜性的消毒效果．有剩余消毒
效果但無氯味。它最大的優(yōu)點是在凈水過程中基本不生成有
害的鹵代有機物，世界衛(wèi)生組織將其安全性列為A I級．美
國將其列為可替代氯的消毒劑。王麗莎[9】等人通過研究發(fā)現(xiàn)
氯消毒產(chǎn)生的急性毒性明顯高于二氧化氯消毒。
(3)臭氧消毒。臭氧是一種強氧化劑．其殺菌和氧化能力
均比氯強，能氧化分解水中多種有機物．在低濃度下可瞬時
完成氧化反應(yīng)，而且其溶解度大．殺菌速度為氯的600～3000
倍，是目前加藥消毒法中最有效的消毒劑。能同時控制水中
鐵、錳、色、味、嗅，三鹵甲烷、鹵乙酸類消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生。臭
氧作為消毒劑的主要優(yōu)點是不會產(chǎn)生三鹵甲烷等副產(chǎn)物。而
且臭氧已經(jīng)廣泛應(yīng)用于控制三鹵甲烷和其他消毒副產(chǎn)物。
(4)紫外線消毒。在目前所有的消毒技術(shù)中．紫外線殺菌
的廣譜性是最高的。并且可將一些對人類危害極大的．而氯
氣以至臭氧不能有效殺滅的寄生蟲類如隱性包囊蟲和賈第
鞭毛蟲等都有效殺滅．且沒有消毒副產(chǎn)物生成．也不增加損
害管網(wǎng)水生物穩(wěn)定性的副產(chǎn)物．而且紫外線消毒工藝處理速
度快，占地小，運行維護費用約為氯消毒方式的2／3．工程投
資同加氯消毒相差不多?？傮w經(jīng)濟性能優(yōu)于氯消毒系統(tǒng)，將
是今后數(shù)年最有前途的消毒技術(shù)。
4．3去除消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物質(zhì)
原水中的有機物質(zhì)在消毒中對副產(chǎn)物的產(chǎn)生起著很重
要的作用。特別是水中天然有機物．在消毒前將原水中的有
機物極大限度的降低是控制消毒副產(chǎn)物的有效方法．其優(yōu)點
除減少消毒副產(chǎn)物外．還有減少消毒劑量和減少輸水管網(wǎng)微
生物的生成量．
(1)強化混凝法。強化混凝法，即應(yīng)用混凝的原理有效地
去除水中某些前驅(qū)有機物。Kimberly Belays Aiv[-o]在實驗中
用常規(guī)混凝，TOC的平均去除率是27％，紫外吸光值(UV。)
的去除率是49％；用強化混凝，TOC的去除率平均為38％，
而UV斟的去除率增加到62％，并顯示對芳香族化合物有更
高的去除率。
(2)活性炭吸附法?；钚蕴渴且环N良好的水處理劑，能有
效地去除水中有機物．是控制合成有機物三鹵甲烷和鹵代乙
酸的有效方法。在國外，生物活性炭(BAC)過濾十分流行．既
利用了活性炭的物理吸附作用．又使其表面生長的微生物膜
對有機物的生物產(chǎn)生氧化降解作用．污染物去除率大大提
高，其中對烷烴類有機物去除效率最高。但出水濁度大．處理
費用高。
(3)膜過濾法。膜過濾可分為納濾(NF)、反滲透(RF)、超
濾(UF)、微濾(MF)4種。Samer S．Adham[-IJ對美國等國家數(shù)十
家應(yīng)用MF和UF膜分離處理河水來制取飲用水的廠家進行
了分析調(diào)查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，膜分離不僅對河水中的顆粒和微生
物具有極佳的去除能力．而且可以減少形成DBPs的前體物
質(zhì)和消毒劑的用量。
(4)生物氧化法。生物氧化法是指借助于微生物的新陳
代謝作用去除水中的污染物。水中的有機物分為可生物降解
的有機物和難生物降解的有機物。生物氧化技術(shù)能將可生物
降解的有機物分解成穩(wěn)定的無機物．以削減消毒副產(chǎn)物前提
物的含量，特別對氨氮的去除率可達70％～90％。對鐵錳的
去除效果也較好。該法經(jīng)濟有效、副作用小．是一項行之有效
的預(yù)處理技術(shù)。
(5)化學(xué)氧化法。化學(xué)氧化法是利用氧化勢能較高的氧
化劑(如KMnO。、03、H20：)等，或光子與氧化劑、催化劑作用
(UV—03、UV—HID2、UV娟02)及氧化劑之間相互作用(如03一
H20：)產(chǎn)生的強氧化性的自由基作用。達到氧化分解有機物
的目的，但可能引起二次污染，且運行費用較高。尚難推廣。
(6)組合工藝。組合工藝對有機物的去除有良好的作用。
研究表明，同單一采用氯或二氧化氯消毒相比。二氧化氯和
氯聯(lián)合消毒的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的氯消毒．對于自來水消毒．可
減少剩余的亞氯酸鹽7％。28％．CHCl[12]可減少60％以上，且
無需更換水廠現(xiàn)有的加氯設(shè)施．只需添加二氧化氯發(fā)生器。
4．4制定嚴格的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)
為了控制飲用水消毒副產(chǎn)物．各國都制定了嚴格的標(biāo)
準(zhǔn)。1975年美國確定三鹵甲烷濃度的上限值為100¨g／L。目
前．美國準(zhǔn)備分兩階段降低飲水中的三鹵甲烷和鹵代乙酸最
高允許質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)[13]：第一階段，三鹵甲烷從100仙札降
為80斗g／L．鹵代乙酸降為60斗g，L；第二階段，進一步分別降
到40斗g，IJ和30斗g，L。日本規(guī)定二氯乙酸和三氯乙酸的標(biāo)準(zhǔn)
分別為30斗g，I|和40汕g，L。我國2001年在新的生活飲用水
標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定：三氯甲烷的最高質(zhì)量濃度為60仙∥L，四氯化碳
為2斗g／IJ。
5 結(jié)語
傳統(tǒng)的氯化消毒法雖經(jīng)濟有效．但因其產(chǎn)生的有毒副產(chǎn)
物嚴重威脅到人類飲用水安全已受到了挑戰(zhàn)。從目前的從目
前的發(fā)展趨勢來看．采用組合工藝既有效地去除水中DBPs
的前體物質(zhì)．又能去除已生成的DBPs。如生物活性炭、臭氧
生物活性炭、活性炭一鈉濾、強化混凝一活性炭等技術(shù)完善
了常規(guī)處理工藝。并在我國凈水處理中得到廣泛應(yīng)用。但都
有尚需完善之處．尤其是在使用這些方法時產(chǎn)生的一些其他
的副產(chǎn)物會對飲用水的安全造成新影響．還有經(jīng)濟問題等方
面，這些都需進行進一步研究。另外．許多研究者也已證明消
毒副產(chǎn)物增多的根源在于水源水有機污染的日益嚴重．導(dǎo)致
(下轉(zhuǎn)第54頁)
2012IN。A§ 萬方數(shù)據(jù)
的處置點(填埋場)相比，增加的運輸過程中的排放，為I^．，；
在焚燒過程中產(chǎn)生的剩余物也是泄漏排放的1種，為Li。
Ly=【^．y+k，， (10)
【JL．。主要根據(jù)運輸距離來確定，若2點是相鄰則可令Lt，
y=0。
在垃圾焚燒時，來自焚燒爐渣的泄漏排放L．，計算如
下： 、
如果焚燒過程產(chǎn)生的剩余物占余碳的5％及以下，則采
用如下公式： ．一
L．產(chǎn)AⅫ叫．，·FC。湖·44，12 (11)
如果焚燒過程產(chǎn)生的剩余物C含量超過余碳的5％．則
采用如下公式：
Li，y：A。捌，y·O．05·44／12+A。舢．y·(Fc。劃一O．05)·16／12·2l(12)
式中：A。捌．，是焚燒產(chǎn)生的剩余物總量；FC刪是余碳
占剩余物的比例。
2．4減排量
令減排量以ER，表示，根據(jù)上述分析，本項目減排量計
算等于基準(zhǔn)線排放量減去項目排放量和泄漏量，用以下公式
表示：
ER，=BE，一PE，一I呻(1 3)
3 應(yīng)用
截止到2012年6月，在聯(lián)合國執(zhí)行理事會(EB)注冊的
垃圾焚燒發(fā)電CDM項目共有36個．而2年前只有1個項目
注冊。這36個項目中，中國占18個，達總數(shù)的50％。本文以
廈門某垃圾焚燒發(fā)電廠為例簡要介紹AM0025方法學(xué)對減
(上接第51頁)
消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物含量的劇增．因此，從源頭著手來削減消
毒副產(chǎn)物的生成量的新思路是可行的。
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排量計算的應(yīng)用。
該垃圾焚燒發(fā)電廠一期工程設(shè)計生活垃圾日處理量為
600t。發(fā)電機裝機容量為12MW。安裝2臺單臺處理能力為
300|I，d的往復(fù)式機械爐排爐和1套12MW的凝汽式汽輪發(fā)
電機組。輔助燃料為輕柴油。年均消耗量為250t，a。本項目年
均上網(wǎng)電量50，879MWh，輸入華東電網(wǎng)。
生活垃圾通過焚燒處理．避免直接在填埋場填埋．由此
避免了填埋氣體產(chǎn)生和排放。此外．回收利用垃圾焚燒余熱
發(fā)電。并人華東電網(wǎng)．從而替代以火電為主的華東電網(wǎng)提供
的等量電量．由此避免了溫室氣體排放。本項目用AM0025
作為方法學(xué)．經(jīng)計算預(yù)計在第1個7年減排計人期內(nèi)共減少
溫室氣體排放607，360 tC02e。
4結(jié)語
低碳和減排在我國已經(jīng)是大勢所趨．在發(fā)展低碳產(chǎn)業(yè)的
同時也應(yīng)當(dāng)考慮減排量的核算。本文通過介紹AM0025的使
用和應(yīng)用．希望作為重點扶持的新能源產(chǎn)業(yè)的生活垃圾焚燒
發(fā)電技術(shù)．可以根據(jù)方法學(xué)AM0025的要求進行設(shè)計．優(yōu)化
工藝，以加強溫室氣體減排的效果。
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內(nèi)蒙古發(fā)現(xiàn)世界級鈾礦
最近．由中央地質(zhì)勘查基金投資實施的內(nèi)蒙古中部大營
地區(qū)鈾礦勘查取得重大突破．發(fā)現(xiàn)國內(nèi)最大規(guī)模的可地浸砂
，，’’¨“’¨"lP-’。¨¨·?！！胍??！?#168;¨?‘。¨¨'”’¨¨··一。。¨¨¨H‘”¨¨1∥‘㈨”·。¨¨lI一“1‰-一‘。¨¨·
巖型鈾礦床。連同此前的勘查成果，該地累計控制鈾資源量
躋身于世界級大礦行列。

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