饮用水的消毒技术及消毒副产物的危害
近年来随着人民生活水平的日渐提高,人们对现有饮用水的安全日益重视和关切,对水质的健康性要求也越来越高。这种健康性主要指的是水中不含微生物和导致生理副作用的矿物质和有机物质,水的外观应无明显的混浊,颜色、气味、温度均无异常。19世纪末人类历史上第一次将水质与健康直接联系起来,正是认识到严重危害生命的霍乱、伤寒、痢疾等传染病是微生物通过饮用水传播的,因此对饮用水消毒就显得重要和必要了。饮用水消毒的基本目的是使饮用水中不含有活的致病微生物,以便达到安全饮用的卫生要求。
1 我国饮用水消毒的现状与方法
饮用水消毒的方法有多种,但氯消毒仍是我国目前城市给水的重要净水工艺。氯化消毒自1980年问世以来,在杀灭水中微生物,防止水介疾病的传染方面,发挥了重大作用。随着水污染的日益加剧,治水所需的消毒剂越来越多。氯作为消毒剂使用的同时,也有其副作用。氯在氧化去除或降解有机物的同时,会通过取代反应与有机物结合生成卤代有机物。这些卤代有机物经过动物试验证明是有致突变或致癌活性的。氯的加注量越高,加注点越在前面,产生的卤代有机物也越多,副作用也越大。20世纪70年代,氯化消毒副产物相继在自来水中被检出,氯化消毒工艺的地位开始受到挑战。为避免氯消毒产生具有致癌作用的卤代有机物,目前的解决途径:一是设法降低水中形成卤代有机物前体;二是采用其他非氯消毒剂如二氧化碳、臭氧、紫外线等消毒;三是去除氯消毒后水中形成的卤代有机物。总的来说,如何合理选择消毒剂,提高供水水质,保障人民身体健康,是给水工程面临的一大重要课题。太原市现有6个水厂,水源均为地下水,投药方式为后加氯处理。表1反映的水质数据均符合GB 5749—85生活饮用水标准检验法,而且CHCl3和CCl4的含量也符合世界卫生组织水质准则第30条和第3条的要求。尽管如此,国家环保部门多年监测结果表明,环境污染导致水源水质普遍恶化,尤其是城市水源更为突出。据统计,上海自来水公司检出700余种有机污染物,天津自来水公司检出200余种,而有毒污染物对人体健康的危害程度以及其对生态环境的破坏程度都是严重的。水源污染又迫使水厂增加加氯量,这样大量的氯及其反应物存在于水中或进入人体,将对人体产生什么影响,近年来已引起人们的关注。
2 氯化消毒副产物的种类及危害
氯作为饮水消毒剂已有100多年的历史，为人类控制应用水导致的传染病发挥了极其重大的作用。由于它能够迅速溶解于水，并释放出杀菌的有效成分。耐储存，便运输，操作简单方便，消毒效果好，得以在各地广泛应用。但自Rook1974年在氯消毒后的饮用水中检出三氯甲烷以来,对饮用水氯化消毒副产物的研究已成为国际给水界特别是美国研究的重点课题。在国内岳舜林等人用气相色谱色质联机对某水厂的原水及自来水进行了加氯后水中有机副产物的测定研究,结果表明,水中增加了22种氯化消毒副产物。这些氯化消毒副产物是指饮用水消毒过程中产生的卤代化合物,其分类如下。
2.1 无机副产物
研究表明,氯化消毒过程中产生的最主要无机物质是氯胺,包括次氯酸与氨反应生成的一氯胺、二氯胺、三氯胺或三氯化氮及其他产物,这些无机副产物对人体健康都不会产生危害。
2.2 有机副产物
氯是一种很活泼的氧化物,它在水中与很多有机物起化学反应,产生不同种类的氯化碳氢化合物。到目前为止,用气相色谱/质谱技术,在氯消毒饮用水中已检出超过500种的消毒副产物。三氯甲烷和卤乙酸由于其强致癌性已成为控制的主要目标,而且也分别代表了挥发性和非挥发性的两类消毒副产物。
2.2.1.挥发性消毒副产物
饮用水中检测到三卤甲烷类消毒副产物共有4种,即三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷。实验表明三氯甲烷的各组分具有明显的致突变作用,且存在良好的剂量反应关系。动物实验也证实三氯甲烷可引起雄性大鼠的肾脏肿瘤,雌性大鼠的肝脏肿瘤。三溴甲烷也被证实具有致癌性。大量流行病学调查表明,长期饮用氯消毒的饮用水,死于消化和泌尿系统的癌症的危险性增加,并和其他癌症的死亡率存在着统计学的关系。目前三卤甲烷类消毒副产物已成为多数国家和组织的饮用水水质标准中的控制指标。
2.2.2.非挥发性消毒副产物
20世纪80年代中期以来,饮用水氯消毒中产生的另一类非挥发性消毒副产物卤乙酸已引起美国环保局的高度重视。
3 其他的消毒方法
3.1 紫外线等消毒
当微生物被紫外线照射时,细胞的核酸生物活性因吸收紫外线而改变,从而引起菌体内蛋白质和酶的合成障碍,导致结构发生变异,功能遭到破坏,致使微生物死亡。紫外线有较高的杀菌率,基本上不改变水的物化性质,而且操作简单、使用方便,它的最大弱点是由于净水输送系统不可能有余氯作用,可能会引起细菌的再度污染和繁殖。所以如采用两种杀菌技术联合使用(如和氯化消毒或者臭氧消毒联合使用)取长补短会取得更好的效果。
3.2 臭氧消毒
臭氧极不稳定,分解时放出新生成态氧。其中[O]有强氧化能力,对具有顽强抵抗力的微生物有强大的杀伤力。同时O3分子可能由于渗入细胞壁能力强,从而破坏细菌有机体链状结构而导致细菌死亡。臭氧杀菌率高,速度快,但制造O3成本高,耗电量大,不能在配水管网中继续保持杀菌能力。但作为预处理工序,先用O3氧化水中酚和消灭病毒,改善水的物理性质,然后再在水中加氯,这样既能减少水中三卤甲烷类的生成,又能保证配水管网中的灭菌能力,不失为一种好的消毒方法。
3.3 二氧化氯消毒
二氧化氯是一种广谱性消毒剂,通过渗入细菌细胞内,将核酸氧化,从而阻止细胞的合成代谢,并使细菌死亡。由于二氧化氯与水中有机物的反应为氧化反应,故用于水消毒时不形成有机卤代物。二氧化氯在水中几乎100 %以分子状态存在,所以极易透过细胞膜,杀菌效果明显高于液氯。二氧化氯由亚氯酸钠和氯反应而成。由于二氧化氯制造成本高且不能贮存,只有在原水污染严重而氯消毒困难时,才用二氧化氯消毒。
3.4 磁化消毒
利用高梯度磁滤法可以达到除菌的目的,即在传统净水工艺中免去了“消毒”工序,自理后不消毒就可以达到国家饮用水水质标准。饮用水消毒净化过程直接关系到饮用水的水质。预加氯可以有效地氧化有毒有害物质,但同时又生成新的污染物,无机和有机副产物的毒性作用正在定性定量地研究之中。如何经济高效地强化给水处理工艺,提高给水自理的净化效能,合理选用消毒剂,增加除污染作用,保障良好的饮用水水质是一个系统而深入的研究任务,也是我们亟待解决的问题。
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