饮用水消毒副产物生成影响因素的研究进展

摘 要：飲用水的消毒是水处理过程中的重要工艺。本文绍了DBPs的基本信息，综述了消毒剂种类、投氯量、反应温度、pH、反应时间、溴离子、金属离子、氨氮等因素对DBPs生成的影响，为消毒条件的选择和水质安全保障提供参考。

关键词：消毒副产物;饮用水;影响因素

饮用水水体环境受到来自工农业以及生活污水等多种污染物的威胁，环境污染会使饮用水中各种有害物质增加。[1]消毒是杀死水中病原微生物和预防疾病传播的有效方法。目前，国内外有许多消毒方法包括液氯消毒、次氯酸钠消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒以及复合消毒等。[2]消毒剂也与水中天然有机物（natural organic matter，NOM）反应产生消毒副产物（disinfection by-products，DBPs）。[3]

本文主要介绍了DBPs及其生成影响因素，如消毒剂种类、加氯量、反应温度、pH、反应时间、溴离子、金属离子、氨氮等，旨在为保障人类健康和饮用水安全提供一些科学依据和基础资料。

1 DBPs简介

氯消毒是目前应用范围最广、时间最久的一种消毒方式，目前已检测到的DBPs有600多种，[4]包括三卤甲烷（Trihalomethanes，THMs）、卤乙酸（Haloacetic acids，HAAs）、卤代乙腈（haloacetonitrile，HANs）等，其中THMs和HAAs含量和占总DBPs的85%以上且THMs和HAAs等DBPs都被证明有致癌性和致突变性。研究DBPs的生成影响因素能更好地控制饮用水的消毒条件，为人们提供优质安全的饮用水。

2 DBPs生成影响因素

2.1 消毒剂种类

饮用水的消毒方法有很多，不同消毒剂的类型对产生的DBPs的类型和生成量有不同影响。王建蓉[5]等研究发现氯消毒生成了CHCl 3 、CHBrCl 2 ，但含量都不高。二氧化氯消毒没有生成THMs，而生成了ClO 2.- 、ClO 3.- 等DBPs;次氯酸钠消毒生成了CHCl 3 、和CHBr 2 Cl且生成量与氯消毒相近，ClO 2.- 、ClO 3.- 没有检测到。王晓宁[6]等研究发现，氯胺消毒与液氯消毒相比，会生成CNCl和ClO 2.- ，THMs的生成量减少。臭氧消毒会氧化水中NOM生成其他DBPs（甲醛为主），会直接与Br - 反应生成BrO 3.- ，有利于DBPs的生成。李聪等[7]发现在紫外线消毒中紫外线含量增加，水体中TOC的质量浓度减小，但THMs的生成量会增加。

2.2 有机物性质和浓度

饮用水中的NOM是DBPs的前驱物，常用TOC和254nm下的紫外吸光度表征。当腐殖酸等有机物在水体中的含量高时，产生的DBPs的量也会变多。DOC的质量浓度与THMs生成势呈正相关。[8]王永京等[9]研究发现，随着水体中腐殖酸浓度增加，BrO 3.- 的形成量会逐渐减少。叶毕雄[10]研究发现，TOC和UV-254与THMs的生成呈正相关，而与HAAs的生成相关性较差。

2.3 投氯量

投氯量对DBPs的形成有很大的影响。通常，加入水中的氯越多，DBPs的形成速率越快，形成量也越多。陈萍萍[11]等研究发现，当氯的加入时间相同时，加氯量越大，THMs和HAAs得生成量越大。徐鹏等[12]研究发现氯投加量较少时，与5种DBPs生成量之间存在线性关系，且线性拟合系数均大于0987。当加氯量继续增加时，产生的DBPs量达到平衡状态，且一些DBPs的产生量减少。陈卓等[13]发现，投氯量增加时，DCAA、TCAA和MX的量先增加到最大值然后逐渐减少。

2.4 反应温度

取代、加成和氧化还原等反应是生成DBPs的主要反应类型，随着温度的升高，反应速率加快，生成更多的DBPs。陈卓等[13]研究发现，随着温度升高，TCAA和DCAA的生成量逐渐增加。蒋建美等[14]研究发现在较高温时THMs和HAAs的生成量均比较低温时多，当水体中含溴化物时，温度对THMs生成量的影响大于HAAs。

2.5 pH值

不同pH值对DBPs的生成有不同影响。陈萍萍等[11]发现，pH与THMs的形成呈显著正相关，对HAAs形成的影响不大，呈负相关。Liang L[15]等研究发现，pH在6-8范围时，产生的THMs的量增加但THAA的量减少。pH对MHAA和DHAA的生成影响较小。叶毕雄[10]研究发现，pH对THMs的形成影响较大，对HAAs的形成影响不大，随着pH值增大THMs生成量增大，HAAs生成量减小。

2.6 反应时间

随反应时间的增加，在反应初期速率很快后逐渐缓慢。THMs和HAAs的生成量都是先增加再趋于平缓。商丹红[16]研究发现随着反应时间增加，氯与NOM接触时间增加，产生的THMs增多。水中TOC越多，加氯量越大，反应时间越长，越容易生成THMs及其他DBPs。[17]陈忠林[18]研究发现，随着反应时间增加，HAAs的量逐渐增加，到一定反应程度后，HAAs的量趋于稳定。刘清华等[19]发现随反应时间的增加，三氯乙醛在12小时内含量增加，之后变平缓。

2.7 溴离子

氯是一种强氧化剂，当含Br - 时，Br - 会与活性氯发生反应，生成HBrO、BrO - 等。溴的前体反应优于氯的前体反应，这就减少了Cl-DBPs的生成量，增加了Br-DBPs的生成量。Br-DBPs的毒性一般是Cl-DBPs的10倍以上。[20]蒋建美等[14]研究表明水体中含溴离子时，THMs和HAAs的量都增多。Sun Y X等[21]研究发现，随着Br - 浓度的增加，与CHBr 3 存在线性关系。在0-3.2mg/L范围内，随Br - 浓度的增加CHBr 2 Cl和CHBrCl 2 生成量都增加。

2.8 金属离子

鐵管和铜管广泛应用于饮用水配水系统中。管道腐蚀会形成Fe 2+ ，天然水体中普遍存在Fe 3+ ，铁盐和它的聚合物也常用做水处理过程中的氧化剂和混凝剂，以及在饮用水输配过程中管道腐蚀和天然水体中Fe 2.+ 被氧化成的Fe 3+ ，使Fe 3+ 来源广泛。[22]李波等[23]研究Cu 2+ 浓度在0-2.5mg/L范围时，促进THMs的形成，在2.5-50mg/L范围时，抑制THMs的形成。在0-50mg/L范围时，促进DCAA的形成，抑制TCAA的形成。朱志良等[24]研究发现，水体含Br - 时，在酸性条件下，Fe 3+ 对THMs的生成有抑制作用;在碱性条件下，Fe 3+ 对的THMs的生成有促进作用。

2.9 氨氮

随着工农业生产的快速扩大，含N、P物质的污水排入河流、湖泊等水环境中，增加了水中养份的负荷。水中NOM的脱氨基作用，增加了氨氮的浓度。钱洪智[2.5]研究发现在温度、pH、游离氯无变化时，氨氮浓度增加，THMs的生成量减少了75%。王永京等[9]研究表明随着氨氮含量的增加，BrO 3.- 生成量降低，在0.10-0.30

mg/L时，可以把BrO 3.- 控制在标准之内。

3 总结与展望

由于氯化消毒具有操作方便、价格低廉、性能稳定等优点，是当前及未来一段时间国内外主要的消毒方式。但杀灭致病菌的同时产生一些具有毒性和“三致”作用的DBPs，对环境水体、动植物以及人体健康都有一定影响。因此，控制DBPs的生成量以及对DBPs生成影响因素的研究尤为重要。目前，在水质标准和健康评价方面还研究较少，可通过实际测试来提高饮用水安全。

参考文献：

[1]郑建成，王育兵.我国饮用水健康风险评价的研究进展[J].总装备部医学学报，2015，17（2）：127-130.

[2]韩畅，刘绍刚，仇雁翎，等.饮用水消毒副产物分析及相关研究进展[J].环境保护科学，2009，35（1）：12-16.

[3]Sohn J，Amy G，Cho J，et al.Disinfectant decay and disinfection by-products formation model development：chlorination and ozonation by-products[J].Water Research，2004，38（10）：2461-2478.

[4]Palacios M，Pampilón JF，Rodriguez ME.Organohalogenated compounds levels in chlorinated drinking waters and current compliance with quality standards throughout the European Union[J].Water Research，2000，34（3）：1002-1016.

[5]王建蓉，马铃，周智勇，等.氯气、二氧化氯和次氯酸钠在自来水消毒中的比较[J].西南给排水，2015（3）：18-21.

[6]王小宁，杨传玺，宗万松.饮用水消毒副产物生物毒性与调控策略的研究[J].工业水处理，2017，37（1）：12-17.

[7]李聪，赵敬国，杨玉龙，等.紫外线消毒对砂滤水中余氯及三卤甲烷的影响[J].浙江大学学报（工学版），2016，50（3）：545-550.

[8]何洪威，周达诚，王保强，等.珠江水体中有机物分布、组成及与消毒副产物生成的关系[J].环境科学，2012，33（9）：3076-3082.

[9]王永京，焦夕钰，金萌，等.腐殖酸对溴酸盐生成与控制的影响研究[J].给水排水，2017（5）：23-26.

[10]叶必雄.我国典型城市饮用水中主要氯化消毒副产物及其健康风险研究[D].北京：中国科学院地理科学与资源研究所，2007.

[11]陈萍萍，张建英，金坚袁.饮用水中卤乙酸和三卤甲烷的形成及影响因素研究[J].环境化学，2005，（4）：434-437.

[12]徐鹏，沈吉敏，李太平，等.消毒副产物生成势测定方法的优化研究[J].中国给水排水，2015，31（17）：45-49.

[13]陈卓，杨呈勇，陆隽鹤，等.富里酸氯化-消毒副产物生成的影响因子[J].南京林业大学学报，2000，（2）：11-15.

[14]蒋建美，郭改梅.消毒副产物形成的影响因素研究[J].浙江水利水电学院学报，2010，22（4）：30-34.

[15]Liang L，Singer P C.Factors Influencing the Formation and Relative Distribution of Haloacetic Acids and Trihalomethanes in Drinking Water[J].Environmental Science & Technology，2003，37（13）：2920-2928.

[16]商丹红.饮用水中消毒副产物及其检测方法的研究[D].南京：南京理工大学，2004.

[17]沈小星，方士，王薇.饮用水消毒副产物的危害及控制工艺[J].水资源保护，

2005，（4）：30-33.

[18]陈忠林，李安，王胜军，等.色氨酸氯化消毒生成卤乙酸的影响因素研究[J].黑龙江大学自然科学学报，2010，27（6）：731-734.

[19]刘清华，陈卓华，张晓娜，等.城市饮用水中消毒副产物三氯乙醛生产量的影响因素研究[J].给水排水，2016，52（5）：42-45.

[20]Plewa M J，Wagner E D，Mitch W A.Comparative Mammalian cell cytotoxicity of water concentrates from disinfected recreational pools[J].Environmental Science & Technology，2011，45（9）：4159-4165.

[21]Sun Y X，Wu Q Y，Hu H Y，et al.Effect of bromide on the formation of disinfection by-products during wastewater chlorination[J].Water Research，2009，43（9）：2391-2398.

[22]Liu S G，Zhu Z L，Tan X C，et al.The Influence of Cu（II）on the Formation and Distribution of Disinfection By-Products during the Chlorination of Drinking Water[J].Water Air & Soil Pollution，2013，224（4）：1493.

[23]李波，曲久辉，刘会娟，等.铜均相和非均相催化氯化消毒反应研究[J].环境科学学报，2007，

（12）：1962-1967.

[24]朱志良，王静，葛元新，等.Fe 3+ 和Br - 对饮用水氯消毒过程中挥发性卤代烃生成的影响[J].环境科学，2007，（6）：1264-1267.

[25]钱洪智.不同饮用水源水氯化消毒副产物的特征与风险评价[D].杭州：浙江大学，2013.