●楚文海

0 引言

飲用水短缺和污染仍然是21世紀的一項全球性挑戰(zhàn)。據(jù)世界衛(wèi)生組織報道，受污染的飲用水導致每年超過48.5萬人死于腹瀉，且到2025年，全球?qū)⒂邪霐?shù)人口居住在水資源緊張的地區(qū)。為了維系飲用水安全，全球科技工作者和水務部門一直在探索和努力中。今天我們就透過消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生、應對來了解下為確保從水源地到水龍頭全過程的飲用水安全，科技工作者和水廠付出了怎樣的努力。

1 消毒過程中的副產(chǎn)物：消毒副產(chǎn)物

為了滅活飲用水中的病原體，化學氧化消毒技術(shù)于1898年首次應用到飲用水處理中，消毒也被譽為20世紀最重要的公共衛(wèi)生發(fā)明之一?；瘜W消毒劑通常體積小、不荷電、易穿過細胞壁；同時,它又是一種強氧化劑，能透過細胞膜，使蛋白質(zhì)、RNA和DNA等物質(zhì)釋出，并影響多種酶系統(tǒng)，從而使病原微生物滅活。飲用水消毒技術(shù)的出現(xiàn)使全球數(shù)以億計的人們可以獲取到安全可靠的飲用水，顯著降低了霍亂、傷寒、痢疾等水介傳染病的發(fā)病率。

在常規(guī)水處理工藝中，大部分小分子中親水性、與氯反應活性很高的有機物會殘留在濾后水中。含氯消毒劑（如氯、氯胺）是目前水處理過程中使用最為普遍的消毒劑，在消毒環(huán)節(jié)中，消毒劑在滅活病原微生物的同時會與水中的有機物等前體物反應生成具有潛在健康風險的消毒副產(chǎn)物（disinfection by-products，DBPs）。

圖1 消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生

因此，我們可以了解到飲用水的消毒是具有兩面性的，消毒一方面滅活了致病微生物，保障了飲用水生物安全性，另一方面又生成了具有潛在健康風險的消毒副產(chǎn)物，增加了化學風險性。所以如何在滅活微生物與控制消毒副產(chǎn)物兩者之間找到平衡點引起了水業(yè)科研人員們的廣泛關(guān)注。

圖2 消毒劑使用的兩面性

2 消毒副產(chǎn)物的研究歷程與種類

自1974年荷蘭化學家Rook在氯消毒飲用水中首次識別出三氯甲烷以來，目前飲用水中被識別的消毒副產(chǎn)物已有900余種，飲用水中消毒副產(chǎn)物的研究歷程如圖3所示，主要涵蓋了脂肪族含碳消毒副產(chǎn)物（C-DBPs）、脂肪族含氮消毒副產(chǎn)物（N-DBPs）、無機DBPs和芳香族DBPs等。其中，一些脂肪族DBPs（包括三鹵甲烷、鹵乙酸、鹵乙醛、鹵代醌、鹵乙腈、鹵代硝基甲烷等）在飲用水中具有較高的檢出頻率、濃度水平，在綜合評估其潛在的毒性風險后，這些DBPs也成為了目前各地水司和科研院所主要關(guān)注和研究的重點。這些脂肪族DBPs往往具有相似的分子結(jié)構(gòu)，即在α碳位上有一個取代基和在其他位點上各有一個鹵素或氫原子，故也被稱為CX3R型消毒副產(chǎn)物。

圖3 飲用水中消毒副產(chǎn)物的控制方法

3 水廠對消毒副產(chǎn)物的控制方法

通常情況下，消毒是水廠處理工藝流程的最后一個環(huán)節(jié)，即消毒后的出水直接進入市政給水管網(wǎng)中，水廠對消毒副產(chǎn)物的控制往往是通過源頭控制和過程控制這兩個途徑來實現(xiàn)的，末端控制則需要在用戶端實現(xiàn)。

3.1 源頭控制

消毒副產(chǎn)物源頭控制主要是利用水廠常規(guī)工藝、強化常規(guī)工藝以及預處理和深度處理工藝來去除消毒副產(chǎn)物前體物。其中常規(guī)工藝（混凝-沉淀-過濾）對溶解性有機碳的去除率往往高于對溶解性有機氮的去除率，這意味著含氮消毒副產(chǎn)物的前體物相對更難被常規(guī)工藝所去除；而強化常規(guī)工藝可進一步改善常規(guī)工藝對有機前體物的處理效果。

同時，由于飲用水廠處理工藝在去除水中污染物的同時也會引入一些化學藥劑或工程材料，包括混凝用高分子助凝劑、吸附用納米材料以及離子交換樹脂材料等。這些引入的藥劑材料也可作為前體物在消毒工藝時與消毒劑反應，因此在保證廠內(nèi)工藝運行效果、保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達標的基礎(chǔ)上，水廠應盡量減少化學藥劑及材料的使用。

3.2 過程控制

消毒副產(chǎn)物過程控制主要是通過改變消毒方式、優(yōu)化消毒工況等方式來減少消毒副產(chǎn)物的生成。為全面控制常規(guī)和新型消毒副產(chǎn)物，不同地區(qū)的水廠還根據(jù)實際水源水質(zhì)特征和季節(jié)變化，綜合考慮水廠工藝運行狀況和管理模式，結(jié)合自來水廠出水中各類消毒副產(chǎn)物的實際濃度和毒性水平加以權(quán)衡，在過程段實現(xiàn)對消毒副產(chǎn)物的控制。

3 日常生活中消毒副產(chǎn)物的風險程度如何

飲用水中DBPs濃度異常超標的現(xiàn)象主要與水廠處理工藝流程的非正常運行和市政給水管網(wǎng)的老化等因素有關(guān)。如今，隨著水廠運行管理自動化水平的提升、水處理工藝流程的升級改造、市政管網(wǎng)的更新和清洗，基本全面實現(xiàn)了從出廠水到龍頭水DBPs濃度的穩(wěn)定達標。

對于管網(wǎng)、二次供水等配套設施相對老舊的部分小區(qū)用戶而言，為進一步提升水質(zhì)，可以采用末端控制的方法實現(xiàn)用戶端消毒副產(chǎn)物的去除，如采用在家庭或小區(qū)安裝正規(guī)凈水器的過濾法，但一定要注意及時更換濾芯。同時，燒開水的習慣也可以去除三鹵甲烷等揮發(fā)性DBPs，減少DBPs帶來的潛在健康風險。

圖4 消毒副產(chǎn)物的綜合調(diào)控技術(shù)

4 未來消毒副產(chǎn)物綜合控制技術(shù)的發(fā)展與展望

在消毒副產(chǎn)物的控制層面，今后需更聚焦于水源保護和技術(shù)提升。一方面，水源保護是消毒副產(chǎn)物源頭控制和飲用水水質(zhì)全面長效提升的關(guān)鍵，為此，各地政府部門和水司需進一步健全生態(tài)補償機制和修訂水環(huán)境質(zhì)量標準，以全面完善我國飲用水水源的管理和保護制度。另一方面，需加強科技攻關(guān)和關(guān)注技術(shù)提升，發(fā)展綠色低碳高效水處理技術(shù)以降低從源頭到龍頭全過程中化學藥劑及工程材料的使用，例如開發(fā)高性能、抗污染、低能耗的物理分離技術(shù)，研發(fā)具備廣譜性、低副產(chǎn)物和持續(xù)消毒能力的安全消毒技術(shù)，攻關(guān)基于新能源、新材料、新理念的飲用水清潔凈化技術(shù)等。通過對水源保護和技術(shù)提升的聚焦，從而構(gòu)建消毒副產(chǎn)物的廠前、廠內(nèi)、廠后控制體系，以期實現(xiàn)消毒副產(chǎn)物的綜合控制，進一步提升飲用水質(zhì)和保障飲用水安全。