飲用水消毒副產(chǎn)物生成影響因素的研究進展

王俊霞

摘?要：飲用水的消毒是水處理過程中的重要工藝。本文紹了DBPs的基本信息，綜述了消毒劑種類、投氯量、反應溫度、pH、反應時間、溴離子、金屬離子、氨氮等因素對DBPs生成的影響，為消毒條件的選擇和水質(zhì)安全保障提供參考。

關(guān)鍵詞：消毒副產(chǎn)物;飲用水;影響因素

飲用水水體環(huán)境受到來自工農(nóng)業(yè)以及生活污水等多種污染物的威脅，環(huán)境污染會使飲用水中各種有害物質(zhì)增加。[1]消毒是殺死水中病原微生物和預防疾病傳播的有效方法。目前，國內(nèi)外有許多消毒方法包括液氯消毒、次氯酸鈉消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及復合消毒等。[2]消毒劑也與水中天然有機物（natural organic matter，NOM）反應產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（disinfection by-products，DBPs）。[3]

本文主要介紹了DBPs及其生成影響因素，如消毒劑種類、加氯量、反應溫度、pH、反應時間、溴離子、金屬離子、氨氮等，旨在為保障人類健康和飲用水安全提供一些科學依據(jù)和基礎(chǔ)資料。

1 DBPs簡介

氯消毒是目前應用范圍最廣、時間最久的一種消毒方式，目前已檢測到的DBPs有600多種，[4]包括三鹵甲烷（Trihalomethanes，THMs）、鹵乙酸（Haloacetic acids，HAAs）、鹵代乙腈（haloacetonitrile，HANs）等，其中THMs和HAAs含量和占總DBPs的85%以上且THMs和HAAs等DBPs都被證明有致癌性和致突變性。研究DBPs的生成影響因素能更好地控制飲用水的消毒條件，為人們提供優(yōu)質(zhì)安全的飲用水。

2 DBPs生成影響因素

2.1 消毒劑種類

飲用水的消毒方法有很多，不同消毒劑的類型對產(chǎn)生的DBPs的類型和生成量有不同影響。王建蓉[5]等研究發(fā)現(xiàn)氯消毒生成了CHCl?3?、CHBrCl?2?，但含量都不高。二氧化氯消毒沒有生成THMs，而生成了ClO?2.- 、ClO?3.- 等DBPs;次氯酸鈉消毒生成了CHCl?3?、和CHBr?2?Cl且生成量與氯消毒相近，ClO?2.- 、ClO?3.- 沒有檢測到。王曉寧[6]等研究發(fā)現(xiàn)，氯胺消毒與液氯消毒相比，會生成CNCl和ClO?2.- ，THMs的生成量減少。臭氧消毒會氧化水中NOM生成其他DBPs（甲醛為主），會直接與Br?- 反應生成BrO?3.- ，有利于DBPs的生成。李聰?shù)萚7]發(fā)現(xiàn)在紫外線消毒中紫外線含量增加，水體中TOC的質(zhì)量濃度減小，但THMs的生成量會增加。

2.2 有機物性質(zhì)和濃度

飲用水中的NOM是DBPs的前驅(qū)物，常用TOC和254nm下的紫外吸光度表征。當腐殖酸等有機物在水體中的含量高時，產(chǎn)生的DBPs的量也會變多。DOC的質(zhì)量濃度與THMs生成勢呈正相關(guān)。[8]王永京等[9]研究發(fā)現(xiàn)，隨著水體中腐殖酸濃度增加，BrO?3.- 的形成量會逐漸減少。葉畢雄[10]研究發(fā)現(xiàn)，TOC和UV-254與THMs的生成呈正相關(guān)，而與HAAs的生成相關(guān)性較差。

2.3 投氯量

投氯量對DBPs的形成有很大的影響。通常，加入水中的氯越多，DBPs的形成速率越快，形成量也越多。陳萍萍[11]等研究發(fā)現(xiàn)，當氯的加入時間相同時，加氯量越大，THMs和HAAs得生成量越大。徐鵬等[12]研究發(fā)現(xiàn)氯投加量較少時，與5種DBPs生成量之間存在線性關(guān)系，且線性擬合系數(shù)均大于0987。當加氯量繼續(xù)增加時，產(chǎn)生的DBPs量達到平衡狀態(tài)，且一些DBPs的產(chǎn)生量減少。陳卓等[13]發(fā)現(xiàn)，投氯量增加時，DCAA、TCAA和MX的量先增加到最大值然后逐漸減少。

2.4 反應溫度

取代、加成和氧化還原等反應是生成DBPs的主要反應類型，隨著溫度的升高，反應速率加快，生成更多的DBPs。陳卓等[13]研究發(fā)現(xiàn)，隨著溫度升高，TCAA和DCAA的生成量逐漸增加。蔣建美等[14]研究發(fā)現(xiàn)在較高溫時THMs和HAAs的生成量均比較低溫時多，當水體中含溴化物時，溫度對THMs生成量的影響大于HAAs。

2.5 pH值

不同pH值對DBPs的生成有不同影響。陳萍萍等[11]發(fā)現(xiàn)，pH與THMs的形成呈顯著正相關(guān)，對HAAs形成的影響不大，呈負相關(guān)。Liang L[15]等研究發(fā)現(xiàn)，pH在6-8范圍時，產(chǎn)生的THMs的量增加但THAA的量減少。pH對MHAA和DHAA的生成影響較小。葉畢雄[10]研究發(fā)現(xiàn)，pH對THMs的形成影響較大，對HAAs的形成影響不大，隨著pH值增大THMs生成量增大，HAAs生成量減小。

2.6 反應時間

隨反應時間的增加，在反應初期速率很快后逐漸緩慢。THMs和HAAs的生成量都是先增加再趨于平緩。商丹紅[16]研究發(fā)現(xiàn)隨著反應時間增加，氯與NOM接觸時間增加，產(chǎn)生的THMs增多。水中TOC越多，加氯量越大，反應時間越長，越容易生成THMs及其他DBPs。[17]陳忠林[18]研究發(fā)現(xiàn)，隨著反應時間增加，HAAs的量逐漸增加，到一定反應程度后，HAAs的量趨于穩(wěn)定。劉清華等[19]發(fā)現(xiàn)隨反應時間的增加，三氯乙醛在12小時內(nèi)含量增加，之后變平緩。

2.7 溴離子

氯是一種強氧化劑，當含Br?- 時，Br?- 會與活性氯發(fā)生反應，生成HBrO、BrO?- 等。溴的前體反應優(yōu)于氯的前體反應，這就減少了Cl-DBPs的生成量，增加了Br-DBPs的生成量。Br-DBPs的毒性一般是Cl-DBPs的10倍以上。[20]蔣建美等[14]研究表明水體中含溴離子時，THMs和HAAs的量都增多。Sun Y X等[21]研究發(fā)現(xiàn)，隨著Br?- 濃度的增加，與CHBr?3?存在線性關(guān)系。在0-3.2mg/L范圍內(nèi)，隨Br?- 濃度的增加CHBr?2?Cl和CHBrCl?2?生成量都增加。

2.8 金屬離子

鐵管和銅管廣泛應用于飲用水配水系統(tǒng)中。管道腐蝕會形成Fe?2+?，天然水體中普遍存在Fe?3+?，鐵鹽和它的聚合物也常用做水處理過程中的氧化劑和混凝劑，以及在飲用水輸配過程中管道腐蝕和天然水體中Fe?2.+?被氧化成的Fe?3+?，使Fe?3+?來源廣泛。[22]李波等[23]研究Cu?2+?濃度在0-2.5mg/L范圍時，促進THMs的形成，在2.5-50mg/L范圍時，抑制THMs的形成。在0-50mg/L范圍時，促進DCAA的形成，抑制TCAA的形成。朱志良等[24]研究發(fā)現(xiàn)，水體含Br?- 時，在酸性條件下，F(xiàn)e?3+?對THMs的生成有抑制作用;在堿性條件下，F(xiàn)e?3+?對的THMs的生成有促進作用。

2.9 氨氮

隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速擴大，含N、P物質(zhì)的污水排入河流、湖泊等水環(huán)境中，增加了水中養(yǎng)份的負荷。水中NOM的脫氨基作用，增加了氨氮的濃度。錢洪智[2.5]研究發(fā)現(xiàn)在溫度、pH、游離氯無變化時，氨氮濃度增加，THMs的生成量減少了75%。王永京等[9]研究表明隨著氨氮含量的增加，BrO?3.- 生成量降低，在0.10-0.30

mg/L時，可以把BrO?3.- 控制在標準之內(nèi)。

3 總結(jié)與展望

由于氯化消毒具有操作方便、價格低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，是當前及未來一段時間國內(nèi)外主要的消毒方式。但殺滅致病菌的同時產(chǎn)生一些具有毒性和“三致”作用的DBPs，對環(huán)境水體、動植物以及人體健康都有一定影響。因此，控制DBPs的生成量以及對DBPs生成影響因素的研究尤為重要。目前，在水質(zhì)標準和健康評價方面還研究較少，可通過實際測試來提高飲用水安全。

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