凯时电子游戏网址:徐斌:饮用水消毒衍生的新兴水质问题及控制策略

大奖亚洲官网 2022-06-23 09:23 来源:净水技术

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饮用水安全是人民群众最关心、与身体健康关系最密切的重大民生问题之一。根据联合国发布的饮用水安全报告,目前全世界仍然有21亿人缺乏安全的饮用水。饮用水净水工艺中通常包含混凝、沉淀、过滤等常规处理工艺。近年来,深度处理工艺快速发展,臭氧/生物活性炭、纳滤膜、颗粒活性炭吸附等工艺逐步推广应用。但无论采用何种工艺流程,消毒是保障水质生物安全性的控制性技术方法,是饮用水处理不可缺少的关键环节。氯消毒自20世纪初引入饮用水处理以来,因水媒疾病传播导致的人口死亡率大幅度下降。因此,饮用水氯消毒也被美国疾控中心评选为20世纪“十大公共健康成就”之一。饮用水消毒过程在灭活致病微生物的同时,消毒剂不断发生反应和转化,不可避免地会产生一些新的水质问题,例如消毒副产物、有机氯胺、衍生嗅味等,这些问题同样对水质安全构成潜在的威胁,也亟待更多的研究和关注。

我国饮用水卫生标准始终高度关注消毒剂、消毒副产物等消毒相关的水质指标。《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—1985)标准包括了35项水质指标,其中4项指标与消毒相关;《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)标准包括了106项水质指标,其中25项指标与消毒相关;新发布的《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)标准中,消毒相关控制指标则增加到26项(含附录指标)。从标准指标的分布可以发现,在生活饮用水标准中,一方面要保障微生物的生物风险控制效果,另一方面要关注消毒副产物、消毒剂余量等指标。当前,上海市和深圳市的饮用水地方标准也都对消毒相关的指标进行详细限定或提标,不仅更加注重对消毒剂余量的控制,而且对消毒副产物的控制也更加严格,如常规消毒副产物总量的限值大幅度降低、新增对亚硝胺等新兴消毒副产物的关注等。因此,保证消毒的微生物控制效果的同时,控制消毒剂投加量并降低消毒副产物产生风险,是当前供水行业持续关注的重点问题。

1、消毒的水质风险与关注趋势

1.1 饮用水消毒衍生的水质问题

出厂水经过加氯(胺)消毒后,消毒剂在管网中会发生转化(图1),引发潜在的各类水质问题。氯消毒剂在管网中并非单一形态存在,而是多种形态共存,包括自由氯、一氯胺、二氯胺和有机氯胺,在某些极端条件下也会产生一定量的三氯胺。不同形态氯的氧化杀菌能力各异、嗅阈值不同,且受水质条件影响会不断转化。水中有机物与氯消毒剂反应会生成“致癌、致畸、致突变”的消毒副产物,如三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)等。而随着检测技术的飞速发展,其他浓度很低、但“三致”特性更强的新兴消毒副产物也不断被识别和检测出,如含氮消毒副产物(N-DBPs)、碘代消毒副产物(I-DBPs)、芳香族消毒副产物等。同时,管网输水过程中余氯也会长期与管壁生物膜等发生持续作用,引发新的水质安全风险,如低剂量余氯会诱导微生物产生耐氯性,也会促进耐氯耐药基因的水平转移扩散,化合氯消毒剂的转化也会引发管网微生物硝化反应,导致硝酸盐和亚硝酸盐超标等。此外,管网中消毒剂形态转化等水质波动也容易引发老旧管网内壁铅的释放。

4.1 氯(胺)消毒衍生有机嗅味物质的产生与分布规律

以上海市两个典型水厂为例,研究了典型有机嗅味物质N-氯代亚胺和卤代苯甲醚的生成。两个典型水厂采用相同的原水、相同的处理工艺,但消毒方式不同,分别为氯胺消毒和自由氯消毒。研究发现,原水中不存在N-氯代亚胺,但原水经二氧化氯预氧化后会产生N-氯代亚胺,出厂投加氯胺时几乎不产生N-氯代亚胺,但随反应时间进行,在管网末梢浓度明显增加。出厂加自由氯时可快速产生大量N-氯代亚胺,其浓度随输水距离先减小后增大。卤代苯甲醚在供水系统全流程普遍检出,包括原水,检出质量浓度在2~7 ng/L。卤代苯甲醚普遍存在超出嗅阈值的现象,最高频率出现在原水中,为83.3%,消毒后超出嗅阈值频率为16.7%~33.3%。

4.2 氯(胺)消毒衍生嗅味的控制技术

氯(胺)消毒衍生嗅味的控制技术主要包括:(1)嗅味物质前体物的控制,如采用臭氧/生物活性炭深度处理工艺去除前体物;(2)嗅味物质的吸附去除,适当地使用活性炭滤柱吸附嗅味物质;(3)采用高级氧化工艺强化降解已经生成的嗅味物质。

5、消毒衍生水质问题的研究展望

消毒作为一个非常复杂的过程,不仅涉及到生物风险的削减,同时也涉及到化学安全性和水质口感品质的提升,但首要保障的还是生物安全问题。因此,未来饮用水常规氯(胺)消毒过程存在的新微生物风险问题亟待关注,包括阿米巴原虫、军团菌、新冠病毒等强传染性致病微生物的消毒灭活问题、微生物的耐氯和耐药问题等。其次,复杂水质背景消毒后的新兴消毒副产物识别检测、健康效应及控制方法等化学安全性问题也是需要持续关注的重点。此外,由消毒衍生的水质嗅味、口感等感官品质问题,也是未来饮用水处理研究的重要发展方向,对改善居民用水体验和增强幸福感具有重要社会效益。饮用水消毒衍生的水质问题涉及多方面,因此,不应将其视为水厂消毒剂投加这样简单的独立环节,而是应当从供水全流程的视角进行系统性思考,包括水源水质的适配性、水厂消毒方法的优选应用、管网供水过程消毒效果维持以及末端水质安全保障等多环节,从而实现对饮用水生物、化学和感官等问题的协同控制。

推荐参考

本文发表在《净水技术》2022年第6期“大家之言”栏目,欢迎水业学者、科研与技术人员参考引用,文献引用格式如下:

徐斌. 饮用水消毒衍生的新兴水质问题及控制策略[J]. 净水技术, 2022, 41(6):1-6,133.

XU B. Emerging water quality problems derived from disinfection of drinking water and control strategies [J]. Water Purification Technology, 2022, 41(6):1-6,133.

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