飲用水消毒技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)探討

李士杰

(莘縣疾病預(yù)防控制中心 山東 聊城 252400)

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，飲用水中有機(jī)物含量超過700多種，嚴(yán)重威脅人們生命健康。因此，加強(qiáng)對(duì)飲用水消毒處理十分必要。現(xiàn)階段，化學(xué)消毒、物理消毒、聯(lián)合消毒等屬于飲用水常見消毒技術(shù)，并且每種方法均存在一定的優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)，具論述如下。

1 消毒技術(shù)

1.1 化學(xué)消毒法

1.1.1氯消毒法

氯消毒法在飲用水消毒中具有較長(zhǎng)的應(yīng)用時(shí)間，其在殺滅水體中細(xì)菌微生物方面價(jià)值確切，因此，得到廣泛應(yīng)用。該種消毒方法主要利用化學(xué)原理，使水體中單質(zhì)氯發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而促進(jìn)次氯酸根離子在細(xì)菌表面吸附[1]。同時(shí)，還可穿過細(xì)胞壁，進(jìn)入細(xì)菌內(nèi)部，致使細(xì)菌酶系統(tǒng)得不到正常發(fā)揮，最終被殺滅。雖然該種方法滅菌效果較為理想，但是經(jīng)過其消毒處理后，水體中消毒副產(chǎn)物較多。而經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，消毒副產(chǎn)物存在一定的致癌風(fēng)險(xiǎn)。此外，飲用水中存在較高的氨氮成分，其與單質(zhì)氯接觸后，可轉(zhuǎn)化為氯胺，這就導(dǎo)致消毒質(zhì)量大打折扣。同時(shí)氯離子穩(wěn)定性較差，極易發(fā)生泄漏[2]。但是其成本較低，并且技術(shù)較為城成熟，針對(duì)大部分致病菌均有顯著作用，因此，應(yīng)用價(jià)值仍較高。

1.1.2氯胺消毒法

當(dāng)水體中含有較多的氨氮成分，且采用氯消毒法后，單質(zhì)氯、氨類發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其能夠產(chǎn)生中間產(chǎn)物，即氯胺[3]。其中，一氯胺、二氯胺存在消毒能力，可在水解作用下，將次氯酸示范出來，進(jìn)而起到滅菌作用。相關(guān)研究顯示，采用氯、氯胺消毒法，當(dāng)水體pH值升高時(shí)，水腫鹵乙酸生成減少。因此，與前者相比較而言，后者消毒安全性更加值得肯定。氯胺消毒依然能夠產(chǎn)生三鹵甲烷，但是生成量較少。值得注意的是，該種消毒方法會(huì)影響水體中微生物的穩(wěn)定性。其能夠與水腫有機(jī)生物、微生物等相互作用，生成亞硝酸銨類物質(zhì)，該種物質(zhì)在致癌方面風(fēng)險(xiǎn)更高。雖然該種消毒技術(shù)效果較差，但是具有較高的穩(wěn)定性，與紫外線消毒等方法相結(jié)合，可提升水質(zhì)。

1.1.3次氯酸消毒法

液氯無論是在存儲(chǔ)，還是在運(yùn)輸方面，均存在一定的安全隱患。因此，為減少安全事故發(fā)生，水廠多采用次氯酸進(jìn)行消毒，其消毒效果與液氯相一致，并且存儲(chǔ)較為方便。借助于水體電離作用，次氯酸根離子得以釋放。其具有較強(qiáng)的氧化性，能夠影響微生物蛋白質(zhì)活性，進(jìn)而抑制細(xì)菌細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖[4]。此外，次氯酸可以細(xì)菌細(xì)菌細(xì)胞壁為通道，進(jìn)入細(xì)菌之中，將其遺傳物質(zhì)破壞，使其不再發(fā)育、繁殖。與此同時(shí)，以氯離子為依托，次氯酸可促使細(xì)胞滲透壓發(fā)生改變，進(jìn)而降低其活性。但是其缺點(diǎn)與氯消毒法具有相似性，即存在致癌風(fēng)險(xiǎn)。相關(guān)研究顯示，次氯酸鈉消毒生成的副產(chǎn)物較多，并且較氯消毒法更高。一些研究人員采用鈉漂白粉對(duì)水體進(jìn)行消毒處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，消毒效果較為優(yōu)異，并且其緩釋作用能夠得到有效發(fā)揮。然而其劣勢(shì)在于，漂白粉與空氣接觸后，其穩(wěn)定性較差，并且在儲(chǔ)存時(shí)易發(fā)生講解反應(yīng)。在此情況下，消毒劑中有效的氯含量將會(huì)隨之減少，進(jìn)而影響消毒質(zhì)量。次氯酸在運(yùn)輸、存儲(chǔ)方面安全性較高。但是其對(duì)電具有較強(qiáng)的腐蝕性，這就導(dǎo)致其生產(chǎn)率較低。

1.1.4臭氧消毒法

現(xiàn)階段，已知并且可利用的氧化劑中，臭氧效果最為理想。其能夠?qū)?xì)菌蛋白質(zhì)、多糖等產(chǎn)生影響，導(dǎo)致蛋白質(zhì)活性減低，進(jìn)而提高細(xì)胞通透性。當(dāng)其進(jìn)入細(xì)胞壁后，可對(duì)其生物酶系統(tǒng)產(chǎn)生限制，致使細(xì)胞遺傳功能不能正常發(fā)揮。與此同時(shí)，其在殺滅大分子有機(jī)物方面也存在確切價(jià)值，尤其是芽孢、病毒等。臭氧不僅具有廣泛的pH值適用范圍，而且對(duì)低溫環(huán)境同樣具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力[5]。在1分鐘內(nèi)，臭氧能夠?qū)⒕懦梢陨想[孢子蟲卵囊殺滅。其還原物為氧氣，可使水中溶解氧含量提升。臭氧進(jìn)入水體中后，可生成單原子氧、羥基自由基等。前者可在段時(shí)間內(nèi)將水中有機(jī)物、微生物、細(xì)菌、無機(jī)物等氧化分解。而后者能夠作用于水體中有機(jī)物，將細(xì)菌殺滅。臭氧可用于預(yù)處理，其能夠與鐵錳產(chǎn)生反應(yīng)，并且其生產(chǎn)物在助凝方面作用顯著，可有效提高水質(zhì)。但是其缺點(diǎn)在于活性較強(qiáng)，因此，長(zhǎng)時(shí)間消毒效果得不到保證。此外，消毒成本過高也是其應(yīng)用廣泛性較差的原因之一。

1.2 物理消毒法

1.2.1紫外線消毒法

紫外線消毒法在水體消毒中十分常見。一般情況下，紫外線波長(zhǎng)在240nm左右時(shí)，水中微生物蛋白活性將會(huì)降低，進(jìn)而導(dǎo)致其核酸被破壞，影響其正常生育、繁殖[6]。與化學(xué)消毒法相比較而言，該種消毒方式不會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物，因此，安全性能夠得到保證。同時(shí)，紫外線消毒不會(huì)使飲用水中的物質(zhì)成分發(fā)生改變，對(duì)管道設(shè)備不具有腐蝕性。但是水體渾濁程度、氨氮含量等會(huì)對(duì)照射結(jié)果產(chǎn)生影響。此外，紫外線燈管內(nèi)存在金屬汞，當(dāng)其泄露后，水體會(huì)被污染。

1.2.2TiO2光催化消毒法

TiO2光催化消毒法主要借助于光的作用，生成羥基自由基，進(jìn)而將水中單分子有機(jī)物分解。現(xiàn)階段，該技術(shù)為水體消毒的研究熱點(diǎn)所在，這主要與其不會(huì)對(duì)水體造成污染、不存在毒害性、運(yùn)輸、儲(chǔ)存便捷相關(guān)[7]。

1.3 聯(lián)合消毒法

無論是化學(xué)消毒技術(shù)，還是物理消毒技術(shù)，其在單獨(dú)使用時(shí)，均存在一定的弊端，不利于提升水體質(zhì)量。為此，可聯(lián)合多種消毒技術(shù)，做到取長(zhǎng)補(bǔ)短。氯-氯胺聯(lián)合消毒法、氯-二氧化氯聯(lián)合消毒法較為常見，其作用時(shí)間較短，并且在減少消毒副產(chǎn)物含量方面作用較為突出[8]。此外，該種消毒方法穩(wěn)定性、持續(xù)性較強(qiáng)。氯/氯胺-紫外線聯(lián)合消毒法可在短時(shí)間內(nèi)將水體中微生物含量降低，并且能耗較小，消毒效果理想。

2 飲用水消毒技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著科學(xué)技術(shù)水平不斷提升，飲用水消毒技術(shù)水平也越來越高。其未來發(fā)展方向更加強(qiáng)調(diào)預(yù)處理，關(guān)注消毒劑與水體中相關(guān)物質(zhì)反應(yīng)情況，同時(shí)研發(fā)環(huán)保效果優(yōu)異的消毒劑。

2.1 消除副產(chǎn)物前體物

在氯消毒過程中，水中腐殖酸、藻類等與其能夠產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)物即為氯化消毒副產(chǎn)物。氯化消毒副產(chǎn)物具有潛在致癌風(fēng)險(xiǎn)，常見物質(zhì)包括鹵乙酸、三鹵甲烷等。鹵乙酸屬于致癌物質(zhì)，并且經(jīng)過多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)。在所有消毒副產(chǎn)物中，其致癌風(fēng)險(xiǎn)可達(dá)到30%以上。影響其生成的因素與水溫升高相關(guān)[9]。在此情況下，氯化消毒劑使用將會(huì)增加，致使水體pH值下降，影響腐殖酸濃度，當(dāng)其升高后，鹵乙酸生成將會(huì)增多。值得注意的是，鹵乙酸對(duì)生殖功能具有一定的毒性，存在誘發(fā)癌癥的可能性。相關(guān)研究顯示，高劑量二氯乙酸可導(dǎo)致哺乳動(dòng)物神經(jīng)功能異常，同時(shí)還會(huì)損傷其DNA，最終影響遺傳。為此，飲用水消毒中，需要對(duì)水體進(jìn)行預(yù)處理，采用混凝過濾工藝，進(jìn)而將水體中的副產(chǎn)物前體物含量降至最低。

2.2 消毒預(yù)處理

水體中常見消毒副產(chǎn)物前體物質(zhì)為藻類，其在水中多處于懸浮狀態(tài)，具有較低的密度，因此，可采用混凝工藝難以將其去除。這就需要在消毒前對(duì)水體進(jìn)行預(yù)處理，進(jìn)而將水中微生物含量降至最低。在水體消毒前，可將氯化劑投放其中。通過該種方式，藻類表面電性能夠發(fā)生改變，進(jìn)而發(fā)揮出其助凝作用。但是相關(guān)研究顯示，如果水體中藻類含量較高，則采用該種方式會(huì)導(dǎo)致藻類被破壞，蘊(yùn)藏其內(nèi)部的有機(jī)物質(zhì)可被釋放出來，致使水中有機(jī)物含量升高[10]。臭氧方式也可對(duì)水體進(jìn)行消毒預(yù)處理，雖然其在降低方面價(jià)值突出，但是會(huì)導(dǎo)致三鹵甲烷含量升高。現(xiàn)階段，高錳酸鉀預(yù)氧化方式在處理水中含有較多藻類時(shí)，效果較為理想，不僅能夠?qū)ο靖碑a(chǎn)物生成起到抑制作用，還能過促使水質(zhì)提高。

2.3 磁化法

磁化法具有處理量大、節(jié)約能源、停留時(shí)間短的優(yōu)點(diǎn)，能夠作為飲用水殺菌的全新模式。該種方式方式根據(jù)磁產(chǎn)生的電流，借助于其所能夠達(dá)到的閾值，破壞水體中細(xì)菌的細(xì)胞，同時(shí)還能轉(zhuǎn)變離子通過細(xì)胞膜的渠道，進(jìn)而改變蛋白質(zhì)性質(zhì)，抑制核酸活性[11]。

綜上所述，物理消毒技術(shù)、化學(xué)消毒技術(shù)等在飲用水消毒中均存在一定的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，為提升水質(zhì)消毒效果，可聯(lián)合多種消毒技術(shù)，進(jìn)而減少水體中有害物質(zhì)，確保居民飲用水安全。