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水中的PM2.5？—飲用水中的消毒副產物
清華大學環境學院國家環境模擬與污染控制重點實驗室陳超課題組，曾在對全國飲用水系統中亞硝胺類消毒副產物進行普查時發現，中國是世界上亞硝胺檢出情況最多樣的國家，其中亞硝基二甲胺（NDMA）的濃度最高。流行病學研究表明，亞硝胺與消化道癌癥密切相關，它也被認為“像極了當年空氣污染中被忽視的PM2.5。”
亞硝胺（亞硝基二甲胺，NDMA）是一類新型的飲用水消毒副產物，其中NDMA是亞硝胺類消毒副產物的典型代表。而除了亞硝胺外，飲用水中的消毒副產物還有多種不同類別。
這些消毒副產物是怎么產生的？總有機碳（TOC）與消毒副產物之間是什么樣的關系？有機物的監測在飲用水處理過程中起到什么樣的作用？下面小編來為大家普及一下。
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什么是消毒副產物？
消毒副產物（DBPs）是自來水廠原水中天然來源的有機物（NOM）在水廠的氯消毒過程中，交互作用而產生的。NOM被作為總有機碳（TOC）來代表性的測量。DBPs，例如三鹵甲烷（THMs），隨著水流經水系統的分配管路和接觸時間的增加而持續生成。
中國的GB 5749-2006《生活飲用水衛生標準》早在2006年就已改版升級，其中包括了總三鹵甲烷（THMs）的限定指標，對于特殊的三鹵甲烷做了單獨的限定，同時對鹵乙酸（HAAs）和其它特殊的消毒副產物也做了限定，但還沒有將亞硝胺類物質納入其中。升級后的標準可以幫助減少消毒副產物對身體健康帶來的危害，同時也使TOC水平和與之相關的消毒副產物的水平成為評價一個水廠的重要因素。
1974年
美國人發現用Cl2消毒不僅可以引起嗅覺和味覺上的反應，還可以產生三氯甲烷
1976年
美國環保署調查發現總三氯甲烷（TTHMs）存在于氯消毒后的飲用水中
1983年
Christman等發現鹵乙酸（HAAs）普遍存在于氯化消毒后的飲用水中
1983年
發現臭氧消毒副產物溴酸鹽
1989年
發現消毒副產物鹵代呋喃酮
1990年
發現消毒副產物鹵乙腈（HANs）
1997和2000年
先后發現鹵代硝基甲烷消毒副產物
1998年
發現消毒副產物亞硝基二甲胺
2000年
發現二氧化氯消毒副產物
2002年
發現鹵乙酰胺（HAcAms）消毒副產物
2006年
前后發現UV消毒副產物
*數據來源于網絡
TOC如何涉及到DBPs？
飲用水原水（未凈化的水）中的TOC來源于自然界中的植被腐爛，包括水中的藻類、沉積物和顆粒物。水源水中TOC的濃度隨著地區的不同，水體類型的不同，甚至是水源季節性的不同而不同。例如，經常在天氣炎熱季節時發生的藻類的開花，可以大量增加水源水中的有機物。TOC也在原水當中，隨著水源地的遷移而增加，例如，水源地在沼澤附近、陸地徑流或河道水之間的遷移。
自然界原生的碳化合物自身沒有危害，但這些碳化合物和消毒劑結合后會產生消毒副產物，這些消毒副產物就涉及到了人身健康。一些對實驗室動物的研究表明DBPs可以致癌。
THMs，這些一級消毒副產物，可以由TOC和自然界天然的溴化物在加氯消毒過程中交互作用形成。（見圖一）
圖一、由TOC、溴化物、氯形成THMs
典型的消毒包括一級消毒和二級消毒，一二級消毒能夠在處理過程中產生消毒副產物。許多自來水廠的消毒副產物在進水口到除色除味工序的預氯化過程中產生，絮凝沉淀和過濾工藝不會完全除去消毒副產物，并且在前面發生的二級消毒到進入管網系統過程中會產生額外的的消毒副產物。消毒副產物的水平會在管網系統中從一點到另一點發生顯著的變化，在水流經管網系統的過程中還會持續生成。
DPB的水平在地表水系統中通常比較高，因為地表水中通常含有相對較高濃度的TOC，它是DBP的前體物質，需要有更強的消毒。大多數自來水廠在他們的水處理工藝中去除顆粒物是沒有問題的，但在去除DOC（可溶解性的有機物）上就有困難了。DOC是TOC最主要的組成部份，占據了TOC組成物質的絕大部分。TOC由可溶解的有機物和不可溶解的顆粒有機物組成。DOC可以通過將水用0.45微米的前處理系統過濾后，用TOC分析儀準確測得。一些自來水廠已經走在了前面，他們開始用TOC和DOC濃度來描述他們的全部生產工藝。這需要完成對自來水廠內所有點和全部的處理流程的TOC或DOC的分析，確定哪里的TOC或DOC的濃度發生或沒有發生顯著下降。
中國飲用水質量標準綜述
新版GB 5749-2022《生活飲用水衛生標準》將于2023年4月1日取代2006版標準正式開始實施。新標準規定的部分指標限值更加嚴格，對許多特殊的消毒副產物做了嚴格限定。新標準中對總三鹵甲烷的限定仍延續為1 mg/L，對一些特殊的三鹵甲烷的限定更低。如：對三氯甲烷的限定是0.06 mg/L，對三溴甲烷的限定是0.1 mg/L。對總鹵代乙酸沒有做總量控制，但對特殊的二氯乙酸的限定為0.05 mg/L，對三氯乙酸的限定為0.1 mg/L。新標準進一步將檢出率較高的一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷、三鹵甲烷、二氯乙酸、三氯乙酸6項消毒副產物指標從非常規指標調整到常規指標，以加強對上述指標的管控。同時，考慮到氨（以N計）的濃度對消毒劑的投加有較大影響，將其從非常規指標調整到常規指標。并新增亞硝基二甲胺為水質參考指標。新標準中在中國被控制的DBPs，以及它們的限定指標見表一。
表一、中國飲用水標準控制污染物
（GB 5749-2022）
指標 | 限值 |
總三鹵甲烷（mg/L） （THMs） | 該類化合物中各種化合物的實測濃度與其各自限值的比值之和不超過1 |
三氯甲烷（mg/L） 一氯二溴甲烷（mg/L） 二氯一溴甲烷（mg/L） 三溴甲烷（mg/L） | 0.06 0.10 0.06 0.10 |
鹵乙酸（mg/L） | 未做總量控制 |
二氯乙酸（mg/L） 三氯乙酸（mg/L） | 0.05 0.10 |
溴酸鹽（mg/L） （使用臭氧消毒的工廠） | 0.01 |
亞氯酸鹽（mg/L） （使用二氧化氯消毒的工廠） | 0.70 |
結論
中國正在解決清潔水質這一國家優先事項，因此飲用水行業會面對法規的挑戰。為了將DBP的水平控制在標準的限定以下，一個自來水廠應該全面了解他們水廠的水源和管網內的DBP前體的情況特征。自來水廠內大部份的維護工作應包括全廠TOC水平的監測，明白廠內處理工藝如何會遇到TOC問題。知道自來水廠內哪里的TOC正在被去除和沒有被去除，能夠幫助一個水廠對處理工藝做合適的改進，防止今天的TOC變為明天的DBPs。