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飲用水消毒副產物的研究現狀

文檔作者：徐菲菲賈瑞寶z 文檔來源： 1山東建筑大學 2濟南市供排水監測中心		點擊數：	更新時間： 2025年04月26日
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飲用水消毒副產物的研究現狀
徐菲菲··：賈瑞寶z
(1山東建筑大學山東濟南250101
2濟南市供排水監測中心山東濟南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、碘化物等發生取代或
加成反應而生成以鹵代有機物為代表的消毒副產物(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。
關鍵詞飲用水消毒消毒副產物
中圖分類號：TQ084．41 文獻標識碼：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
生取代或加成反應而生成以鹵代有機物為代表的消毒副產
物(DBPs)．而許多消毒副產物都被證實是致畸、致突以及致
癌的。為保障人類飲用水安全。控制飲用水消毒副產物已成
為人們關注的焦點。
1 DBPs的分類
飲用水消毒副產物種類繁多，它隨著消毒劑、消毒技術
以及源水化學組成的變化而不盡相同。至今．大約600多種
消毒副產物已被相繼報道?。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。隨著分析檢測技術的創新，不斷有新的DBPs
被發現，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DBPs的毒性受到普遍關注．研究進展很
快。飲用水中的DBPs對人體健康的危害主要體現在其致癌
性、致突變性及生殖發育毒性。
(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的致癌風險主要由HAAs致癌風險構成．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．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、結腸
癌、直腸癌、乳腺癌有關。
(2)致突變性。經過近年來各國科學家對氯消毒自來水
的深入研究發現MX是迄今為止氯消毒自來水中發現的最
強的致突變物質之一．占氯消毒自來水總致突變性的16％～
76％。體內、外試驗結果表明，MX可引起哺乳動物細胞多種
遺傳損害，表現為基因突變、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生。
(3)生殖發育毒性。大量的毒理學實驗和流行病學研究
已表明嘲：DBPs對低出生體重、早產、自發性流產、死胎以及
出生缺陷具有不同程度的影響．尤其是對中樞神經系統及神
經管損傷、臟器缺損、呼吸系統損害及與唇腭裂之間的關系。
這些研究結果表明DBPs很可能是潛在的生殖發育毒性物
質。
3 DBPs的形成機制及影響因素
3．1 DBPs的形成機制
飲用水消毒副產物是指消毒劑與飲用水中含有的天然
有機物，兩者反應生成的化合物．即消毒劑+母體化合物
(NOM)一DBPs。DBPs產生的內因是水中存在前驅物質．外
因是氯化消毒．其數量與加氯量及接觸時間成正比。通常
THMs的生成反應式為[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，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
伴隨著經濟的快速發展．我國水環境遭到r嚴重的污
基金項目：黃河下游城市供水管網水質保障技術研究與示范(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。
20坦NO．6．奄萬方數據
染，作為飲水水源的水環境也遭到嚴重的破壞，因此．加強水
源環境保護是防止有機物污染的關鍵環節。
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
生的消毒副產卻少得多。焦中志[8]等人在研究氯胺對消毒副
產物得控制發現，將氯與氨氮的比值5．能夠使單獨氯消毒
所生成消毒副產物減少89％．而二溴一氯甲烷也不再檢出。
經研究發現．采用預氯胺化工藝不僅可以達到某些預氧化工
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。它最大的優點是在凈水過程中基本不生成有
害的鹵代有機物，世界衛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】等人通過研究發現
氯消毒產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，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、鹵乙酸類消毒副產物的產生。臭
氧作為消毒劑的主要優點是不會產生三鹵甲烷等副產物。而
且臭氧已經廣泛應用于控制三鹵甲烷和其他消毒副產物。
(4)紫外線消毒。在目前所有的消毒技術中．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．且沒有消毒副產物生成．也不增加損
害管網水生物穩定性的副產物．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。總體經濟性能優于氯消毒系統，將
是今后數年最有前途的消毒技術。
4．3去除消毒副產物的前驅物質
原水中的有機物質在消毒中對副產物的產生起著很重
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物的有效方法．其優點
除減少消毒副產物外．還有減少消毒劑量和減少輸水管網微
生物的生成量．
(1)強化混凝法。強化混凝法，即應用混凝的原理有效地
去除水中某些前驅有機物。Kimberly Belays Aiv[-o]在實驗中
用常規混凝，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。活性炭是一種良好的水處理劑，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對美國等國家數十
家應用MF和UF膜分離處理河水來制取飲用水的廠家進行
了分析調查。結果發現，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。生物氧化技術能將可生物
降解的有機物分解成穩定的無機物．以削減消毒副產物前提
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。該法經濟有效、副作用小．是一項行之有效
的預處理技術。
(5)化學氧化法。化學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
氯聯合消毒的效果優于傳統的氯消毒．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
無需更換水廠現有的加氯設施．只需添加二氧化氯發生器。
4．4制定嚴格的飲用水水質標準
為了控制飲用水消毒副產物．各國都制定了嚴格的標
準。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
高允許質量濃度標準[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。日本規定二氯乙酸和三氯乙酸的標準
分別為30斗g，I|和40汕g，L。我國2001年在新的生活飲用水
標準中規定：三氯甲烷的最高質量濃度為60仙∥L，四氯化碳
為2斗g／IJ。
5 結語
傳統的氯化消毒法雖經濟有效．但因其產生的有毒副產
物嚴重威脅到人類飲用水安全已受到了挑戰。從目前的從目
前的發展趨勢來看．采用組合工藝既有效地去除水中DBPs
的前體物質．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完善
了常規處理工藝。并在我國凈水處理中得到廣泛應用。但都
有尚需完善之處．尤其是在使用這些方法時產生的一些其他
的副產物會對飲用水的安全造成新影響．還有經濟問題等方
面，這些都需進行進一步研究。另外．許多研究者也已證明消
毒副產物增多的根源在于水源水有機污染的日益嚴重．導致
(下轉第54頁)
2012IN。A§ 萬方數據
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： 、
如果焚燒過程產生的剩余物占余碳的5％及以下，則采
用如下公式： ．一
L．產AⅫ叫．，·FC。湖·44，12 (11)
如果焚燒過程產生的剩余物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，根據上述分析，本項目減排量計
算等于基準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 應用
截止到2012年6月，在聯合國執行理事會(EB)注冊的
垃圾焚燒發電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，達總數的50％。本文以
廈門某垃圾焚燒發電廠為例簡要介紹AM0025方法學對減
(上接第51頁)
消毒副產物前驅物含量的劇增．因此，從源頭著手來削減消
毒副產物的生成量的新思路是可行的。
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排量計算的應用。
該垃圾焚燒發電廠一期工程設計生活垃圾日處理量為
600t。發電機裝機容量為12MW。安裝2臺單臺處理能力為
300|I，d的往復式機械爐排爐和1套12MW的凝汽式汽輪發
電機組。輔助燃料為輕柴油。年均消耗量為250t，a。本項目年
均上網電量50，879MWh，輸入華東電網。
生活垃圾通過焚燒處理．避免直接在填埋場填埋．由此
避免了填埋氣體產生和排放。此外．回收利用垃圾焚燒余熱
發電。并人華東電網．從而替代以火電為主的華東電網提供
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．經計算預計在第1個7年減排計人期內共減少
溫室氣體排放607，360 tC02e。
4結語
低碳和減排在我國已經是大勢所趨．在發展低碳產業的
同時也應當考慮減排量的核算。本文通過介紹AM0025的使
用和應用．希望作為重點扶持的新能源產業的生活垃圾焚燒
發電技術．可以根據方法學AM0025的要求進行設計．優化
工藝，以加強溫室氣體減排的效果。
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內蒙古發現世界級鈾礦
最近．由中央地質勘查基金投資實施的內蒙古中部大營
地區鈾礦勘查取得重大突破．發現國內最大規模的可地浸砂
，，’’¨“’¨"lP-’。¨¨·。‘。‰一-。’¨¨?‘。¨¨'”’¨¨··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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