飲用水安全：應(yīng)對新的影響和毒性驅(qū)動因素
IWA全球水行業(yè)動態(tài)
供水生產(chǎn)管理
摘要：消毒副產(chǎn)物 (DBPs) 是飲用水消毒過程中意外形成的產(chǎn)物。它們通過天然或人為有機(jī)物、溴和碘與消毒劑（如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯）反應(yīng)生成。DBPs 與其他環(huán)境污染物不同，它們并非為特定用途創(chuàng)建，也不會從工業(yè)排放到河流中，而是在飲用水處理過程中形成的，這使得它們更難以識別。
消毒副產(chǎn)物 (DBPs) 是飲用水消毒過程中意外形成的產(chǎn)物。它們通過天然或人為有機(jī)物、溴和碘與消毒劑（如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯）反應(yīng)生成。DBPs 與其他環(huán)境污染物不同，它們并非為特定用途創(chuàng)建，也不會從工業(yè)排放到河流中，而是在飲用水處理過程中形成的，這使得它們更難以識別。目前，飲用水中已識別出700多種DBPs，但只有少數(shù)幾種受到監(jiān)管。例如，美國目前僅監(jiān)管其中的11種。此外，污染物如全氟和多氟烷基物質(zhì) (PFAS)，也被稱為“永久化學(xué)品”，可能存在或不存在于你的飲用水中。相比之下，DBPs 總是在消毒過的水中，通常比PFAS和其他傳統(tǒng)污染物高出1000倍的水平。此外，已記錄的消毒副產(chǎn)物（DBPs）對健康的不良影響（包括膀胱癌、流產(chǎn)和出生缺陷）尚未完全得到控制。此外，還有更多的DBPs等待被識別，目前氯化飲用水中大約70%的鹵代DBPs仍未得到充分確認(rèn)。因此，了解我們每天飲用水中的這些化學(xué)物質(zhì)至關(guān)重要雖然 DBPs 可以在處理純凈（未受污染）水時(shí)形成，但我們的水供應(yīng)也面臨新的影響，包括水力壓裂、燃煤電廠和藻類污染。水力壓裂廢水可能釋放出高濃度的溴和碘，從而形成更具毒性的含溴和含碘 DBPs。燃煤電廠在轉(zhuǎn)向濕法煙氣脫硫過程（減少釋放到空氣中的汞含量）時(shí)，也會釋放大量溴和碘，對下游飲用水廠產(chǎn)生影響。此外，有害藻華在全球范圍內(nèi)增加，除了向飲用水源釋放有害毒素外，藻類有機(jī)物進(jìn)入飲用水處理系統(tǒng)（例如在水庫中預(yù)消毒以控制藻類時(shí)），還可能加倍 DBPs 的形成。氣候變化和日益嚴(yán)重的干旱也迫使水務(wù)公司尋找其他水源，包括海水和廢水。廢水是這些替代品中更便宜的選擇，并且在任何有人類存在的地方都可獲取，使其成為一種隨時(shí)可用的水源。美國西部各州現(xiàn)在正逐步采用可飲用的再生水，這一過程通常使用微濾或超濾膜、反滲透膜過濾和高級氧化，然后進(jìn)一步處理（通常是氯化處理），用于最終的飲用水處理。我的一項(xiàng)新研究涉及飲用水再利用，重點(diǎn)研究在污水處理過程中未能完全去除的優(yōu)先污染物，這些污染物可能在再利用處理中進(jìn)一步轉(zhuǎn)化。這些優(yōu)先污染物包括激素（如17β-雌二醇、雌酮、17α-乙炔基雌二醇）、內(nèi)分泌干擾物（雙酚A）、藥物（雙氯芬酸）、抗菌劑（三氯生）和表面活性劑分解產(chǎn)物（壬基酚）。通過液相色譜和氣相色譜-高分辨率質(zhì)譜對這些污染物的氯處理影響進(jìn)行了非目標(biāo)法分析，發(fā)現(xiàn)許多新形成的DBPs，包括28種以前未報(bào)道的化合物。毒性測量顯示一些化合物在氯處理后變得更具毒性，而許多化合物則在處理后減少了雌激素效應(yīng)，盡管溴的存在可能改變這一效果。我的團(tuán)隊(duì)還新發(fā)現(xiàn)了新的鹵代環(huán)戊二烯類DBPs，研究中使用了氣相色譜-高分辨質(zhì)譜 (GC-high resolution-MS) 進(jìn)行鑒定。這一新型DBP類別是第一個(gè)預(yù)期具有生物累積性的，其中一種（六氯環(huán)戊二烯）目前已被認(rèn)為是迄今為止研究中最具細(xì)胞毒性的DBP。這一發(fā)現(xiàn)完全是意外，由一名學(xué)生在將飲用水樣品作為控制樣本，用于研究泡茶過程中形成的DBPs時(shí)發(fā)現(xiàn)的。該學(xué)生觀察到全新的質(zhì)量譜，顯示出大量的氯和溴同位素模式，這些模式在現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫中并不存在。我發(fā)現(xiàn)水中未知污染物的“秘訣”是使用XAD樹脂柱提取大量水樣（以獲得高濃度因子）、高度敏感的質(zhì)譜儀以及“傳統(tǒng)的”手動質(zhì)譜解釋。通過高分辨率質(zhì)譜獲得精確質(zhì)量，檢查同位素模式和碎片模式，考慮所有可能的異構(gòu)體，并與標(biāo)準(zhǔn)樣本進(jìn)行確認(rèn)是關(guān)鍵步驟。最近的一項(xiàng)“推動因素”研究深入探討了水中毒性的主要驅(qū)動因素。這項(xiàng)工作定量分析了72種受監(jiān)管和優(yōu)先DBPs，并測量了整體水樣的細(xì)胞毒性。研究了美國各地的飲用水，包括受海水和污水影響的水體。研究發(fā)現(xiàn)氮化和碘化DBPs與細(xì)胞毒性顯著相關(guān)。結(jié)果表明，未受監(jiān)管的鹵代乙腈和碘乙酸是細(xì)胞毒性的主要驅(qū)動因素，建議應(yīng)將其納入監(jiān)管。好消息是，已有方法可用于降低飲用水中的DBP水平，例如顆粒活性炭（GAC）預(yù)處理結(jié)合少量氯、臭氧的使用，以及使用離子交換樹脂來減少溴化和碘化DBPs。綜上所述，我的觀點(diǎn)是：“我們的水質(zhì)不錯(cuò)，但我們可以做得更好。”Prof.. Susan D. Richardson is the Arthur Sease Williams Professor of Chemistry at the University of South Carolina.原文刊于2024年10月《The SOURCE》雜志https://thesourcemagazine.org/
