孫寶雯

(山東省煙臺(tái)市套子灣污水處理有限公司，山東 煙臺(tái)264000)

1 引言

隨著全球水資源需求量不斷增加、水污染狀況日益嚴(yán)重，再生水已成為解決水資源短缺問(wèn)題的第二水源，經(jīng)傳統(tǒng)的混凝、沉淀、過(guò)濾、消毒等單元進(jìn)行深度處理的過(guò)的市政污水是一種水量和水質(zhì)均穩(wěn)定的再生水來(lái)源。消毒作為污水處理廠深度處理的最后一步，在出水中存在的部分溶解性有機(jī)物可與消毒劑反應(yīng)生成具有遺傳毒性和細(xì)胞毒性的消毒副產(chǎn)物。市政再生水雖然主要用于城市雜用水、工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水，并不會(huì)直接用于人類飲用水，但再生水可通過(guò)皮膚途徑和呼吸途徑與人類接觸，另外，再生水下滲或補(bǔ)充于地下水后，可經(jīng)過(guò)地表徑流、農(nóng)業(yè)灌溉等途徑間接被人體吸收[1]。因此市政再生水消毒技術(shù)以及處理過(guò)程中產(chǎn)生的消毒副產(chǎn)物造成的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)已得到廣泛關(guān)注。

2 市政再生水消毒技術(shù)

飲用水消毒技術(shù)的發(fā)展已有較長(zhǎng)歷時(shí)，但國(guó)內(nèi)外針對(duì)污水消毒的研究起步較晚，對(duì)污水消毒風(fēng)險(xiǎn)的研究還不夠系統(tǒng)深入。目前主要使用的消毒技術(shù)包括液氯、二氧化氯、臭氧和紫外線照射等。

液氯消毒是一種比較簡(jiǎn)便、安全而又廉價(jià)的方法，并且能夠持續(xù)有效地滅活水傳致病微生物，但自20世紀(jì)70年代以后，氯消毒產(chǎn)生的“三致”副產(chǎn)物引起了人們的廣泛關(guān)注，單純以氯作為消毒劑的消毒方法正逐漸退出歷史舞臺(tái)，開(kāi)始尋求環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)更低的替代方案。

二氧化氯具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)細(xì)胞壁穿透性，能夠起到滅活微生物的作用，并且二氧化氯不會(huì)與污水中的有機(jī)物反應(yīng)產(chǎn)生三鹵甲烷等致癌物質(zhì)。但二氧化氯具有不穩(wěn)定性，必須現(xiàn)用現(xiàn)制，存在成本高、設(shè)備運(yùn)行管理復(fù)雜等問(wèn)題，限制其在我國(guó)市政再生水消毒中的廣泛應(yīng)用。

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，能氧化分解葡萄糖酶、破壞細(xì)胞器和DNA、RNA，使細(xì)菌滅活死亡。消毒效率高，不產(chǎn)生難處理或累積性殘余物，但臭氧本身不穩(wěn)定，有強(qiáng)烈的刺激性，并且投資大成本高，設(shè)備管理復(fù)雜。

紫外消毒是一種物理消毒方法，適當(dāng)波長(zhǎng)的紫外線能夠破壞微生物細(xì)胞中的DNA或RNA分子結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞死亡，達(dá)到消毒目的。紫外消毒速度快、效率高，不影響水的理化性質(zhì)，操作管理簡(jiǎn)便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但紫外消毒設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行后易形成污垢膜，抑制紫外線投射，對(duì)其處理技術(shù)需要更深入的了解。近幾十年來(lái)，紫外消毒比例逐年上升，將成為我國(guó)市政再生水最經(jīng)濟(jì)有效的消毒技術(shù)。

未來(lái)，紫外消毒與其他消毒技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用將更為重要，如活性碳吸附技術(shù)、膜分離技術(shù)以及光化學(xué)氧化技術(shù)等。需要由微生物水平向分子、基因水平發(fā)展消毒技術(shù)，生態(tài)友好型消毒技術(shù)將是最重要的發(fā)展方向之一。

3 市政再生水消毒副產(chǎn)物種類

目前，已有700多種消毒副產(chǎn)物(DBPs)被檢出[2]，如三鹵甲烷(THMs)、鹵乙腈(HANs)、鹵代酮(HKs)、鹵乙酸(HAAs)、亞硝胺等。在這些消毒副產(chǎn)物中，THMs和HAAs是檢出率最高也是研究最多的兩類DBPs，其對(duì)哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有遺傳毒性。THMs、HAAs和鹵代酮已列入我國(guó)生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 5749－2006)；世界衛(wèi)生組織規(guī)定了HANs限值；鹵代硝基甲烷和HKs已被美國(guó)環(huán)保署列入優(yōu)先控制DBPs。

再生水中DBPs的濃度與種類與水中溶解性有機(jī)質(zhì)(包括難降解人工合成物質(zhì)、天然有機(jī)物和微生物代謝產(chǎn)物等)的濃度和性質(zhì)密切相關(guān)。微生物代謝產(chǎn)物中的多糖、腐殖酸、蛋白和DNA等有機(jī)物會(huì)與氯反應(yīng)生成DBPs，天然有機(jī)物中的酮類、脂類和多烴類芳香結(jié)構(gòu)可以與氯反應(yīng)生成鹵代中間產(chǎn)物，進(jìn)而通過(guò)水解或脫羧作用生成小分子的DBPs[3]。另外，污水中的有機(jī)氮和氨濃度對(duì)再生水消毒過(guò)程中生成的DBPs的種類有很大影響，當(dāng)污水處理廠硝化較差時(shí)，含氮DBPs(如N－亞硝基二甲胺)濃度大大增加[4]。

4 市政再生水消毒副產(chǎn)物毒性

通過(guò)對(duì)DBPs的大量研究得出，大部分DBPs可能具有生殖毒性和致癌性。THMs作為人類最早發(fā)現(xiàn)的DBPs種類，對(duì)其毒性研究較為充分。如果動(dòng)物長(zhǎng)期暴露于高劑量的三氯甲烷和一氯二溴甲烷中，其患腎癌和肝癌的風(fēng)險(xiǎn)増加；長(zhǎng)期暴露在三溴甲烷和一氯二溴甲烷的動(dòng)物，可能誘發(fā)大腸腫瘤，此外，一定劑量的THMs可誘導(dǎo)腎、肝細(xì)胞毒性，含溴的THMs對(duì)人體存在基因毒性[5]。HAAs作為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)控制的DBPs種類，研究表明，高劑量的二氯乙酸具有明顯的神經(jīng)毒性，高劑量二氯乙酸和三氯乙酸協(xié)同毒性可導(dǎo)致動(dòng)物心臟畸形[5]。

HANs作為氯和氯胺消毒過(guò)程中濃度較高的一類DBPs，具有較強(qiáng)的急性遺傳毒性、致突變毒性和慢性細(xì)胞毒性。HANs的細(xì)胞毒性大約是HAAS的100倍、THMs的150倍，遺傳毒性約為HAAS的4倍、THMs的13倍。世界衛(wèi)生組織在《飲用水水質(zhì)準(zhǔn)則第三版》中規(guī)定飲用水中二溴乙腈的限值為70μg/L、二氯乙腈的限值為20μg/L。鹵代硝基甲烷作為一類新興DBPs，雖尚未被列為飲用水安全控制指標(biāo)，但已有研究表明，鹵代硝基甲烷對(duì)沙口氏菌和CHO細(xì)胞均具有基因毒性，會(huì)直接引起DNA損傷[5]。

經(jīng)消毒的再生水中，N－亞硝基二甲胺作為強(qiáng)致癌物質(zhì)是檢出濃度最高的一類亞硝胺，其產(chǎn)生的慢性毒性作用可導(dǎo)致肺癌、肝癌和神經(jīng)系統(tǒng)的損傷，美國(guó)環(huán)保署認(rèn)為當(dāng)N－亞硝基二甲胺濃度達(dá)到0.7ng/L時(shí)就會(huì)產(chǎn)生致癌作用，其致癌風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)高于THMs等常規(guī)控制的DBPs，已將N－亞硝基二甲胺列為優(yōu)先控制污染物。

5 結(jié)論

再生水是我國(guó)水資源綜合利用的一項(xiàng)重要措施，其中消毒是保證再生水安全的前提條件。目前再生水消毒技術(shù)主要依照給水消毒原理，尚不能解決實(shí)際生產(chǎn)中遇到的所有問(wèn)題，消毒效果并不理想，再生水消毒亟需建立自己的規(guī)范。氯化消毒技術(shù)雖然成本便宜、技術(shù)成熟，但氯會(huì)與污水中殘留的復(fù)雜多樣的溶解性有機(jī)物反應(yīng)生成鹵代烴等消毒副產(chǎn)物，具有致癌和致突變性。未來(lái)需要在深入認(rèn)識(shí)再生水消毒副產(chǎn)物產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上，不斷改進(jìn)污水處理和消毒技術(shù)，嚴(yán)格管控消毒副產(chǎn)物環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，推進(jìn)市政再生水的可持續(xù)應(yīng)用。