饮用水消毒副产物的种类及去除方法？
这儿有一个期刊，有14页，全部都介绍饮用水消毒副产物的
饮用水消毒过程中消毒剂与天然有机物( NOM s)反应生成消毒副产物( DBPs). 本文针对氯、氯胺、二氧化氯、臭氧4种主要消毒方式产生的消毒副产物, 综述了10类DBPs的化学特性、毒性和分析方法. 具体包括: 三卤甲烷( THM s)、卤乙酸( HAAs)、溴酸盐( BrO- 3 )、亚氯酸盐( C lO- 2 )、卤乙腈( HAN s) 、致诱变化合物 (MX)、卤代硝基甲烷(HNM s)、碘代酸( IA s)、亚硝胺( NM s)以及卤代对苯醌( HBQs)
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。
自1974年Rook和Bellar等人发现，饮用水加氯消毒可以产生三卤甲烷(THMs)后，人们对DBP的成分进行了大量的研究，结果发现DBPs。有上百种物质，据文献报道除THMs外，还可以形成卤乙酸(HAAs)、卤乙腈(HANs)、卤代酮类(HK)、三氯乙醛，水合氯醛(CH)、三氯硝基甲烷，氯化苦(CP)、氯化腈(CNCl-)、氯酚、甲醛、氯酸盐(C103-)、亚氯酸盐(ClO2-
)、溴酸盐(BrO3-)等等。过去常用的消毒剂为液氯，目前氯胺、二氧化氯、臭氧等不同种类的消毒剂也在广泛应用，使用不同的消毒剂其DBPs不同，液氯作为饮用水中的消毒剂在全世界应用的时间最久、范围最广泛，通常它以次氯酸(HOCl-)或次氯酸盐(OCl一
)的形式存在，当水中有溴离子时，可以氧化溴离子为次溴酸(HOBr-)或次溴酸盐(OBr一
)，次氯酸和次溴酸均可以与水中有机物作用产生DBPs，包括THMs、HAAs、HANs、HK、CH、CP，每类物质中含有不同组分的化合物(见表1)，其中THM、HAA、HAN为主要的副产物；氯胺作为第二大消毒剂，与液氯相比可以明显的降低上述DBPs的含量，但是可以导致CNCl和亚硝酸盐的生成；臭氧可以氧化水中的有机物产生非卤代DBPs，如酮类、羧酸和醛类化合物，以甲醛为主，它还可以直接与溴离子反应产生BrO，如果水中同时存在有机物和溴离子时，臭氧可以氧化溴离子为次溴酸，丽导致溴代DBPs的生成，如溴仿；二氧化氯不直接产生有机卤代DBPs，主要的DBPs为亚氯酸盐和氯酸盐，其消毒剂本身的分解作用大于它与水中有机物的反应。从目前DBPs对健康影响的认识水平来讲，人们最感兴趣的DBPs，为THMs、HAAs、溴酸盐和亚氯酸盐。
美国卫生与公众服务部(HHS)于2021年12月21日发布了最新第15版致癌物报告。《致癌物质报告》是美国国会授权的、以科学为基础的公共卫生文件，具有极高的医学预防指导价值。在最新版的致癌物报告中，增加了8种致癌物，其中幽门螺杆菌被列为明确致癌物，三氧化锑、水消毒副产物的6种卤乙酸被列为合理怀疑致癌物，详见national toxicology program美国国家毒理部官方报道网页链接，如下图所示：
那么就这8种新增致癌物进行简单的介绍下：
1、幽门螺杆菌
幽门螺杆菌很早就被公众认为与胃癌发病有关，早在2017年10月，世卫组织就把其列入了一类致癌物清单中，也是人类最常见的慢性细菌感染，主要通过口-口、口-粪途径传染，根据国内相关科学调查，我国的幽门螺杆菌感染率在40%-90%之间，也间接证明了“十人九胃”的说法，但不一定都是幽门螺菌感染，所以要及时做到早发现早治疗早预防，而美国最新的致癌物报告，进一步证实了幽门螺杆菌感染会显著增加胃癌风险，因此将其新增为明确人类致癌物。
2、三氧化锑
三氧化锑常见的物质形式是三氧化二锑，是一种无机化合物，被广泛用于塑料、纺织品以及其他化工类产品中作为阻燃剂等添加剂使用。生产三氧化二锑的过程中，工人由于长时间接触会有致癌风险，同时劣质家具、地毯或橡塑用品中也可能会释放此物质，导致癌症风险提高。其实早在2017年10月，世卫组织也将其归到了二类致癌清单中，所以该产品厂家要提高工人防护意识和安全手段的同时，严格按国标添加使用切实维护好用户权益，而用户也要购买正规厂家的合格环保商品，不因小失大而危害身心健康。
3、水消毒副产物卤乙酸
水消毒副产物卤乙酸其实生活中常见的是自来水消毒后的卤代乙酸副产物，因为自来水在生产过程中会大量使用含氯消毒剂，可能会与水中的一些化合物发生反应生成卤代乙酸，其具有较高致癌风险并且很难降解、挥发，增加了饮用水的水质不安全因素。此次报告中新增的6种卤乙酸，分别是溴氯乙酸、溴二氯乙酸、二氯乙酸、氯二溴乙酸、二溴乙酸、三溴乙酸。虽然是自来水消毒副产物，但作为普通群众的一员也不要过于担心，因为随着自来水消毒技术的升级以及过滤环保技术的发展，再加上国家生活用水标准的提高和出厂管控，自来水质量安全还是能够保证的，同时也要相信作为关乎千家万户的民生大工程，国家是有能力有信心保护好我们的。
随着我国经济的迅速发展,对水质与水量的要求愈来愈高。但由于受水土流失、水源污染等因素的影响,地表水成分逐渐趋于复杂,有机成分增多,给水处理难度增大。现行的常规给水处理工艺通常会产生大量的氯化消毒副产物,对人体健康有较大的危害。水中微量有机污染物种类。饮用水中有机污染物。饮用水中有机污染物的来源主要可分为三个方面:工业废水和生活污水排放、大气污染、城市与农田径流。大分子天然有机物。天然有机物是动植物自然循环代谢过程中形成的中间产物,其中主要是腐殖质,它们是一类含有酚羟基、羧基、醇羟基等多种官能团的大分子缩合物质,其相对分子质量一般为300到30000。通常根据腐殖质在酸和碱溶液中的溶解度将其分为三个组分：腐殖酸,溶于碱溶液但酸化后可沉淀富里酸,既溶于酸溶液也溶于碱溶液胡敏素,既不溶于酸溶液也不溶于碱溶液。氯化消毒副产物。氯化消毒是我国沿用多年且仍然在给水处理中普遍采用的消毒技术。但近二十年来,人们逐渐发现,在氯化消毒的同时氯与水中某些有机和无机成分反应,生成一系列卤代有机副产物,其中大部分对人体健康构成潜在的威胁。特别是传统的预氯化工艺,高浓度的氯与原水中较高浓度的有机污染物直接反应,生成的氯化副产物的浓度会更高,因而氯化消毒副产物是影响饮用水水质的一个重要因素。藻类及其代谢产物。受城市污水排放和农田径流的影响,大量氮、磷等营养成分排入水体,致使水体富营养化,藻类过量繁殖。特别是我国南方地区的一些湖泊和水库水,由于阳光充足、温度较高,藻类繁殖成为主要问题。氯化消毒副产物及对饮用水质的影响。三卤甲烷。三卤甲烷的前驱物质,一类是天然大分子有机物,如腐殖酸、富里酸等,腐殖酸比富里酸耗氯量大,三卤甲烷生成量也相对较高另一类是小分子有机物,如酚类化合物、苯胺、苯醌、1,3一环己二酮、氨基酸等多种有机物。一般认为在两个羟基之间含有一个活性碳原子结构的芳烃类化合物,是三卤甲烷的最强前驱物质。此外,藻类及代谢产物也是一类三卤甲烷的主要前驱物质,其产率不低于腐殖酸和富里酸。
