飲用水的消毒技術(shù)及消毒副產(chǎn)物的危害
近年來隨著人民生活水平的日漸提高,人們對(duì)現(xiàn)有飲用水的安全日益重視和關(guān)切,對(duì)水質(zhì)的健康性要求也越來越高。這種健康性主要指的是水中不含微生物和導(dǎo)致生理副作用的礦物質(zhì)和有機(jī)物質(zhì),水的外觀應(yīng)無明顯的混濁,顏色、氣味、溫度均無異常。19世紀(jì)末人類歷史上第一次將水質(zhì)與健康直接聯(lián)系起來,正是認(rèn)識(shí)到嚴(yán)重危害生命的霍亂、傷寒、痢疾等傳染病是微生物通過飲用水傳播的,因此對(duì)飲用水消毒就顯得重要和必要了。飲用水消毒的基本目的是使飲用水中不含有活的致病微生物,以便達(dá)到安全飲用的衛(wèi)生要求。
1 我國飲用水消毒的現(xiàn)狀與方法
飲用水消毒的方法有多種,但氯消毒仍是我國目前城市給水的重要凈水工藝。氯化消毒自1980年問世以來,在殺滅水中微生物,防止水介疾病的傳染方面,發(fā)揮了重大作用。隨著水污染的日益加劇,治水所需的消毒劑越來越多。氯作為消毒劑使用的同時(shí),也有其副作用。氯在氧化去除或降解有機(jī)物的同時(shí),會(huì)通過取代反應(yīng)與有機(jī)物結(jié)合生成鹵代有機(jī)物。這些鹵代有機(jī)物經(jīng)過動(dòng)物試驗(yàn)證明是有致突變或致癌活性的。氯的加注量越高,加注點(diǎn)越在前面,產(chǎn)生的鹵代有機(jī)物也越多,副作用也越大。20世紀(jì)70年代,氯化消毒副產(chǎn)物相繼在自來水中被檢出,氯化消毒工藝的地位開始受到挑戰(zhàn)。為避免氯消毒產(chǎn)生具有致癌作用的鹵代有機(jī)物,目前的解決途徑:一是設(shè)法降低水中形成鹵代有機(jī)物前體;二是采用其他非氯消毒劑如二氧化碳、臭氧、紫外線等消毒;三是去除氯消毒后水中形成的鹵代有機(jī)物。總的來說,如何合理選擇消毒劑,提高供水水質(zhì),保障人民身體健康,是給水工程面臨的一大重要課題。太原市現(xiàn)有6個(gè)水廠,水源均為地下水,投藥方式為后加氯處理。表1反映的水質(zhì)數(shù)據(jù)均符合GB 5749—85生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)法,而且CHCl3和CCl4的含量也符合世界衛(wèi)生組織水質(zhì)準(zhǔn)則第30條和第3條的要求。盡管如此,國家環(huán)保部門多年監(jiān)測(cè)結(jié)果表明,環(huán)境污染導(dǎo)致水源水質(zhì)普遍惡化,尤其是城市水源更為突出。據(jù)統(tǒng)計(jì),上海自來水公司檢出700余種有機(jī)污染物,天津自來水公司檢出200余種,而有毒污染物對(duì)人體健康的危害程度以及其對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞程度都是嚴(yán)重的。水源污染又迫使水廠增加加氯量,這樣大量的氯及其反應(yīng)物存在于水中或進(jìn)入人體,將對(duì)人體產(chǎn)生什么影響,近年來已引起人們的關(guān)注。
2 氯化消毒副產(chǎn)物的種類及危害
氯作為飲水消毒劑已有100多年的歷史，為人類控制應(yīng)用水導(dǎo)致的傳染病發(fā)揮了極其重大的作用。由于它能夠迅速溶解于水，并釋放出殺菌的有效成分。耐儲(chǔ)存，便運(yùn)輸，操作簡(jiǎn)單方便，消毒效果好，得以在各地廣泛應(yīng)用。但自Rook1974年在氯消毒后的飲用水中檢出三氯甲烷以來,對(duì)飲用水氯化消毒副產(chǎn)物的研究已成為國際給水界特別是美國研究的重點(diǎn)課題。在國內(nèi)岳舜林等人用氣相色譜色質(zhì)聯(lián)機(jī)對(duì)某水廠的原水及自來水進(jìn)行了加氯后水中有機(jī)副產(chǎn)物的測(cè)定研究,結(jié)果表明,水中增加了22種氯化消毒副產(chǎn)物。這些氯化消毒副產(chǎn)物是指飲用水消毒過程中產(chǎn)生的鹵代化合物,其分類如下。
2.1 無機(jī)副產(chǎn)物
研究表明,氯化消毒過程中產(chǎn)生的最主要無機(jī)物質(zhì)是氯胺,包括次氯酸與氨反應(yīng)生成的一氯胺、二氯胺、三氯胺或三氯化氮及其他產(chǎn)物,這些無機(jī)副產(chǎn)物對(duì)人體健康都不會(huì)產(chǎn)生危害。
2.2 有機(jī)副產(chǎn)物
氯是一種很活潑的氧化物,它在水中與很多有機(jī)物起化學(xué)反應(yīng),產(chǎn)生不同種類的氯化碳?xì)浠衔。到目前為?用氣相色譜/質(zhì)譜技術(shù),在氯消毒飲用水中已檢出超過500種的消毒副產(chǎn)物。三氯甲烷和鹵乙酸由于其強(qiáng)致癌性已成為控制的主要目標(biāo),而且也分別代表了揮發(fā)性和非揮發(fā)性的兩類消毒副產(chǎn)物。
2.2.1.揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物
飲用水中檢測(cè)到三鹵甲烷類消毒副產(chǎn)物共有4種,即三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷和三溴甲烷。實(shí)驗(yàn)表明三氯甲烷的各組分具有明顯的致突變作用,且存在良好的劑量反應(yīng)關(guān)系。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)三氯甲烷可引起雄性大鼠的腎臟腫瘤,雌性大鼠的肝臟腫瘤。三溴甲烷也被證實(shí)具有致癌性。大量流行病學(xué)調(diào)查表明,長(zhǎng)期飲用氯消毒的飲用水,死于消化和泌尿系統(tǒng)的癌癥的危險(xiǎn)性增加,并和其他癌癥的死亡率存在著統(tǒng)計(jì)學(xué)的關(guān)系。目前三鹵甲烷類消毒副產(chǎn)物已成為多數(shù)國家和組織的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中的控制指標(biāo)。
2.2.2.非揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物
20世紀(jì)80年代中期以來,飲用水氯消毒中產(chǎn)生的另一類非揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物鹵乙酸已引起美國環(huán)保局的高度重視。
3 其他的消毒方法
3.1 紫外線等消毒
當(dāng)微生物被紫外線照射時(shí),細(xì)胞的核酸生物活性因吸收紫外線而改變,從而引起菌體內(nèi)蛋白質(zhì)和酶的合成障礙,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生變異,功能遭到破壞,致使微生物死亡。紫外線有較高的殺菌率,基本上不改變水的物化性質(zhì),而且操作簡(jiǎn)單、使用方便,它的最大弱點(diǎn)是由于凈水輸送系統(tǒng)不可能有余氯作用,可能會(huì)引起細(xì)菌的再度污染和繁殖。所以如采用兩種殺菌技術(shù)聯(lián)合使用(如和氯化消毒或者臭氧消毒聯(lián)合使用)取長(zhǎng)補(bǔ)短會(huì)取得更好的效果。
3.2 臭氧消毒
臭氧極不穩(wěn)定,分解時(shí)放出新生成態(tài)氧。其中[O]有強(qiáng)氧化能力,對(duì)具有頑強(qiáng)抵抗力的微生物有強(qiáng)大的殺傷力。同時(shí)O3分子可能由于滲入細(xì)胞壁能力強(qiáng),從而破壞細(xì)菌有機(jī)體鏈狀結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。臭氧殺菌率高,速度快,但制造O3成本高,耗電量大,不能在配水管網(wǎng)中繼續(xù)保持殺菌能力。但作為預(yù)處理工序,先用O3氧化水中酚和消滅病毒,改善水的物理性質(zhì),然后再在水中加氯,這樣既能減少水中三鹵甲烷類的生成,又能保證配水管網(wǎng)中的滅菌能力,不失為一種好的消毒方法。
3.3 二氧化氯消毒
二氧化氯是一種廣譜性消毒劑,通過滲入細(xì)菌細(xì)胞內(nèi),將核酸氧化,從而阻止細(xì)胞的合成代謝,并使細(xì)菌死亡。由于二氧化氯與水中有機(jī)物的反應(yīng)為氧化反應(yīng),故用于水消毒時(shí)不形成有機(jī)鹵代物。二氧化氯在水中幾乎100 %以分子狀態(tài)存在,所以極易透過細(xì)胞膜,殺菌效果明顯高于液氯。二氧化氯由亞氯酸鈉和氯反應(yīng)而成。由于二氧化氯制造成本高且不能貯存,只有在原水污染嚴(yán)重而氯消毒困難時(shí),才用二氧化氯消毒。
3.4 磁化消毒
利用高梯度磁濾法可以達(dá)到除菌的目的,即在傳統(tǒng)凈水工藝中免去了“消毒”工序,自理后不消毒就可以達(dá)到國家飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。飲用水消毒凈化過程直接關(guān)系到飲用水的水質(zhì)。預(yù)加氯可以有效地氧化有毒有害物質(zhì),但同時(shí)又生成新的污染物,無機(jī)和有機(jī)副產(chǎn)物的毒性作用正在定性定量地研究之中。如何經(jīng)濟(jì)高效地強(qiáng)化給水處理工藝,提高給水自理的凈化效能,合理選用消毒劑,增加除污染作用,保障良好的飲用水水質(zhì)是一個(gè)系統(tǒng)而深入的研究任務(wù),也是我們亟待解決的問題。
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