饮用水中消毒副产物的新观点

冯新 译　　何玲 校
天津市自来水集团有限公司

　　饮用水中应用消毒剂控制微生物是有缺点的。这些缺点包括有潜在危害的消毒副产物（DBPs）的形成，而这些副产物有可能为致癌物。一般反应式为：
　　NOM+消毒剂→DBP(消毒剂产物)
　　其中NOM为天然有机物。
　　美国环保局于1992年开始制定消毒剂／消毒副产物(D／DBPs)的法规。法规分两个阶段，第一阶段于1994年提出，1998年12月生效。法规将总三卤甲烷的最高污染量从0.100mg／L降到0.080mg／L，同时降低了其它三种DBPs的最高污染量。法规同时规定了三种消毒剂的最大剩余消毒剂的含量。
　　为了给第二阶段的D／DBP法规提供必要的数据，1994年信息采集条例与第一阶段的D／DBP法规一起提出。预计在2000年提出的第二阶段有关要求，比第一阶段还要少。1996年安全饮用水法的补充文件要求美国环保局于2002年5月公布第二阶段的法规。信息采集条例要求给十万人供水的地表水供水系统以及给五万人供水的地下水给水系统要监测微生物污染和DBPs。对于使用地表水为水源，原水的总有机碳(TOC)大于4mg/L，供水人口为10万的水厂，以及以地下水为水源，净水的TOC大于2mg/L，供水人口为5万的水厂，要做颗粒活性碳(GAC)和膜的小规模试验。表1总结了第一阶段和预计第二阶段消毒剂和DBPs标准。
　　臭氧和二氧化氯的DBPs分别为溴酸根离子和亚氯酸盐离子。

控制和去除前体物

　　绝大部分的DBPs已进行了毒理学研究。其中有些DBPs或许对人类是致癌的。根据使用的消毒剂和水中出现前体物情况， DBPs可分为多种。包括THMs，HAAs，氯酸盐离子，亚氯酸盐离子，溴酸根离子和其它。有两种解决水中DBPs的方法，一种是控制与消毒剂反应形成不希望出现的DBPs的前体物，另一种是先允许形成DBPs，然后用一种分离去除法去除DBPs。
　　前体物控制和去除的对策主要是针对水中出现的NOM。NOM被认为是DBP形成的主要前体物。TOC和UV----254可看作是DBP前体物的集合定量。美国环保局认为增强混凝法和GAC为控制前体物的最佳可利用技术。表2为去除NOM的一般对策。

剩余消毒剂和DBPs标准 表1 参数 第一阶段已实行标准 第二阶段预期值 氯的最大剩余量 4mg/L 4mg/L 氯胺的最大剩余量 4mg/L 4mg/L 二氧分氯的最大剩余量 0.8mg/L 0.8mg/L TTHM的最大污染量 0.080mg/L 0.040mg/L 五种卤乙酸的最大污染量 0.060mg/L 0.030mg/L 溴酸根离子最大污染量 0.010mg/L 　 亚氯酸盐离子的最大污染量 1.0mg/L 　

控制和去除前体物的对策 表2 对策 概述 水源控制 管理流入流域的流量，以降低前体物浓度 水处理控制 ●使用不形成THMs的消毒剂，如臭氧、二氧化氯、高锰酸钾、氯胺
●将加氯点移到工艺过程的下游
●较低pH值时加氯 物理/化学法去除 由增强混凝，增强软化，沉淀/过滤，颗粒活性碳吸附以及膜分离的工艺去除前体物 氧化/转化 改变可形成的前体物的工艺

　　NOM特性研究除了集中在分子量（MW）在范围以外，还有腐殖质条件。表3总结了NOM五种基本组成的可行的处理工艺。

NOM 各种组成的可行的处理工艺　　　表3 NOM组成 可行的处理工艺 无腐殖质 膜，生物降解 腐殖质 膜，混凝，吸附 较高MW（2000-5000道尔顿） 膜，混凝 中等MW（500-2000道尔顿） 膜，吸附 较少MW（小于500道尔顿） 膜，臭氧—生物降解

　　在DBPs形成以后，有可能用连续的处理工艺将它们去除。虽然1979年美国环保局THM法规认为汽提和GAC吸附是可能实行的技术（虽然不是最佳的可行技术），但在第一阶段D/DBP条例中，这些技术未被考虑。这是因为如果配水系统中会再次形成。另外，水厂中所提可以去除THMs，而HAAs则不能。THMs能很快穿透GAC。当加气水流过GAC，GAC被再生时，会产生氯化二口恶英。因此，直到GAC过滤后，最好减少加氯。

NOM组成

　　DBPs的形成取决于使用何种消毒剂、水源情况以及动态混合条件。目前，常使用如TOC和UV——254这些综合参数来确定OBP前体物。然而，这些参数不能表示某种特殊前体物含量。因此需要研究由非综合参 数确定DBPs的特殊前体物，来评价经水处理工艺去除DBP的情况，以达到最大限度减小DBP形成的目的。如果最大限度减少DBP形成只是由于去除了特殊的前体物，而增加消毒剂，并不增加DBP的形成，同时可以解决微生物灭活问题。因为氯是使用最广泛的消毒剂，所以人们非常关注它的DBPs形成。
　　作者做了NOM的分离和分级以及后续DBP形成的可能性研究。所取水源来自中部新泽西州，用树脂吸附法将其中的NOM分离和分级成大部分：亲水酸、亲水碱、亲水中 性物、疏水酸、疏水碱和疏水中性物。对所有这些组分做7天的氯DBP形成潜在试验，发现亲水酸形成的THMs和HAAs最多。
　　如果亲人酸组分在水中很快被确认，则给水企业就能够优化其去除效果，并降低水中氯DBP的形成。作者研究并开发的一种方 法，即光谱荧光特征(SFS)技术与复合线性回归模式相结合，可以快速辩认六种NOM组分。其主要技术是利用有机化合物的荧光特性。这种技术的高度敏性优于其它技术。复合线性回归模式的开发可以利用特殊荧光性能，如坡度，面积和水样SFS强度。亲水酸组分模式如下：
　　C＝0.161+O.358*P+O.000663*A+25.7S-0.0368*S*A
　　S＝[P-Pi]／120
　　其中　C＝亲水酸组分的预计浓度(mg／L)。
　　　　　P＝激发225nm和放射345nm时的强度。
　　　　　Pi＝激发225nm和放射249nm时的光谱强度。
　　　　　A＝激发225nm时的放射光谱面积。
　　　　　S＝激发225nm光谱的上升坡度。

　　因此，人们可以利用新技术在几分钟内预测亲水酸组分浓度。由于水源成分因气候、水力条件，地理条件不同而有差别，快速在线反应能使水处理达到最佳去除效果。这种技术也能快速在线划界汇水面积内的河流，从而确定亲水酸的来源，对水源进行保护和管理。所有这些利用以往常用的综合参数将是不能办到的。