導(dǎo) 讀
控制飲用水中的DBPs是降低其對(duì)供水安全和公眾健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵所在，其中從源頭消減DBPs前體物被認(rèn)為是最有效的DBPs控制技術(shù)，而更全面地歸納DBPs前體來(lái)源對(duì)實(shí)現(xiàn)其源頭控制具有重要意義。梳理DBPs前體物從源頭到龍頭的全過(guò)程來(lái)源，總結(jié)歸納出DBPs的源頭控制方法，擬為飲用水中DBPs的有效控制及飲用水水質(zhì)的提升提供參考借鑒。
0 引言
1974年，荷蘭水化學(xué)家Rook發(fā)現(xiàn)氯消毒飲用水中的三鹵甲烷（Trihalomethanes, THMs）濃度高于其在原水中的濃度，同年，美國(guó)環(huán)保署工作人員Bellar等提出消毒時(shí)增加氯的投量會(huì)導(dǎo)致飲用水中THMs濃度升高，THMs由此成為在飲用水中被發(fā)現(xiàn)的第一類消毒副產(chǎn)物（Disinfection by-products, DBPs）。1976年，美國(guó)環(huán)保署的一項(xiàng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，氯仿（Chloroform, CF）及其他THMs在加氯消毒的飲用水中普遍存在，同年，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所基于動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果將CF納入致癌物范疇。至此之后，DBPs作為一類衡量飲用水是否安全的重要指標(biāo)受到了廣泛關(guān)注。
DBPs是在消毒過(guò)程中由消毒劑與水中存在的天然有機(jī)物（Natural organic matter, NOM）、人為污染物以及鹵素離子等前體物質(zhì)反應(yīng)生成的產(chǎn)物，目前受到研究較多的DBPs主要包括THMs、鹵乙酸（Haloacetic acids, HAAs）、鹵乙醛（Haloacetaldehydes, HALs）、鹵代酮（Haloketones, HKs）等含碳消毒副產(chǎn)物（Carbonaceous DBPs, C-DBPs），鹵乙腈（Haloacetonitriles, HANs）、鹵代乙酰胺（Haloacetamides, HAMs）、鹵代硝基甲烷（Halonitromethanes, HNMs）、亞硝胺（N-nitrosamines, NAs）等含氮消毒副產(chǎn)物（Nitrogenous DBPs, N-DBPs），鹵代苯酚、氯苯乙腈等芳香族DBPs，以及溴酸鹽、氯酸鹽和亞氯酸鹽等無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物。毒理學(xué)研究顯示，大部分已被識(shí)別的DBPs具有細(xì)胞毒性、神經(jīng)毒性、基因毒性以及致癌、致畸和致突變的“三致”特性。此外，流行病學(xué)研究表明，氯消毒飲用水的長(zhǎng)期飲用和罹患膀胱癌、結(jié)腸癌、直腸癌、孕婦流產(chǎn)之間存在一定聯(lián)系。
飲用水中的DBPs濃度水平一般在ng/L至μg/L級(jí)別，隨著對(duì)飲用水安全的重視程度不斷提高，世界上多個(gè)國(guó)家、地區(qū)及組織制定了飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并在不斷進(jìn)行更新與修訂，包括多種DBPs在內(nèi)的新興污染物被納入管控范圍，控制飲用水中的DBPs成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者及工作者的研究重點(diǎn)。DBPs的控制技術(shù)大致可分為源頭控制、過(guò)程控制及末端控制三類，其中源頭控制是指通過(guò)保護(hù)水源或利用水廠處理工藝等方式降低DBPs前體物濃度；過(guò)程控制即為通過(guò)改變消毒方式、優(yōu)化消毒工況等方法來(lái)減少DBPs的生成；而末端控制則是利用過(guò)濾、吸附、還原脫鹵、氧化降解等物理、化學(xué)方法去除已生成的DBPs。考慮到改變消毒方式可能會(huì)導(dǎo)致其他一些特定DBPs的生成，另外在水廠內(nèi)難以對(duì)DBPs進(jìn)行末端控制，且管網(wǎng)中剩余消毒劑的存在會(huì)導(dǎo)致DBPs的持續(xù)產(chǎn)生，由此消減DBPs的前體物質(zhì)被認(rèn)為是最有效的DBPs控制技術(shù)。
1 前體來(lái)源
飲用水中的化學(xué)物質(zhì)一般有以下3種來(lái)源：
水源水；
水廠處理工藝；
配水管網(wǎng)。
水源水中存在各種已知和未知的、天然來(lái)源和人工來(lái)源的、傳統(tǒng)和新型的、原生和次生的污染物。以往有關(guān)DBPs前體物來(lái)源的研究大多關(guān)注于水源水中存在的前體物，但水廠處理工藝在去除水中懸浮顆粒及溶解性有機(jī)物（Dissolved organic matter, DOM）的同時(shí)也會(huì)引入一些工程材料，這在一定程度上可增加飲用水中DBPs的生成量；此外，出廠水中通常存在一定量的剩余消毒劑，以抑制管網(wǎng)中微生物對(duì)水質(zhì)的負(fù)面影響，則DBPs的種類與濃度在配水管網(wǎng)中也會(huì)發(fā)生變化，飲用水中DBPs的前體來(lái)源如圖1所示。
1.1.1 天然有機(jī)物
水源水中的NOM一般被分為內(nèi)源性天然有機(jī)物和外源性天然有機(jī)物兩大類，其中內(nèi)源性天然有機(jī)物指的是一些由微生物、藻類在天然水體中原位生成的生物源有機(jī)物，包括糖類、氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)等；而外源性天然有機(jī)物則指的是一些由陸生動(dòng)植物降解產(chǎn)生，隨后通過(guò)徑流、排放等方式進(jìn)入水體的陸源有機(jī)物，以腐殖質(zhì)為主。20世紀(jì)80年代初期，HAAs、HANs和HALs類DBPs先后在前體物消毒試驗(yàn)中被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，腐植酸、富里酸和氨基酸成為了公認(rèn)的DBPs前體物。
值得關(guān)注的是，藻類物質(zhì)及污水處理廠出水對(duì)水源水的影響日益增大，藻源有機(jī)物（Algal organic matter, AOM）和污水排放有機(jī)物（Effluent organic matter, EfOM）已被證明是高毒性N-DBPs的重要前體物。現(xiàn)今受到關(guān)注較多的AOM有藻毒素、嗅味物質(zhì)以及包括蛋白質(zhì)和多糖在內(nèi)的其他AOM，而藻細(xì)胞的胞內(nèi)有機(jī)物（藻細(xì)胞由于自然死亡或工藝處理導(dǎo)致細(xì)胞破裂后釋放的物質(zhì)）和胞外有機(jī)物（藻細(xì)胞直接向水環(huán)境釋放的代謝產(chǎn)物）均可在消毒時(shí)生成DBPs。此外，進(jìn)入到水源水的EfOM也可視為一類外源有機(jī)物，經(jīng)過(guò)污水廠生物處理的EfOM含有微生物以及可溶性微生物產(chǎn)物（Soluble microbial product, SMP），其中SMP是由各種高分子量及低分子量化合物組成，如蛋白質(zhì)、多糖和氨基酸等。
1.1.2 鹵素離子
鹵素離子（溴、碘離子）在消毒過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)主要可分為兩類，一是鹵素離子直接與消毒劑反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)DBPs（如溴酸鹽），二是鹵素離子先與消毒劑反應(yīng)生成次鹵酸，隨即再發(fā)生次鹵酸與有機(jī)物的反應(yīng)，產(chǎn)物為毒性更高的溴代DBPs（Brominated DBP, Br-DBPs）及碘代DBPs（Iodinated DBPs, I-DBPs）。
而就前體物來(lái)源而言，溴離子進(jìn)入飲用水水源的途徑主要可分為自然過(guò)程及人為活動(dòng)兩類，其中自然過(guò)程包括海水入侵以及地質(zhì)溶解，而人為活動(dòng)則包括海水淡化、尾礦生產(chǎn)、化工生產(chǎn)以及市政污水和工業(yè)廢水的排放等。另外碘離子的來(lái)源與溴離子相似，包括有海水入侵、地質(zhì)溶解以及海水淡化等，但一些微生物以及海洋里的海藻生物可通過(guò)特定的代謝作用去除水源水中的碘離子。
1.1.3 人為污染物
近年來(lái)，微污染物由于其檢出頻率較高、健康風(fēng)險(xiǎn)較大以及難以被水處理工藝去除等特性受到了世界范圍內(nèi)的關(guān)注，其在自然水環(huán)境、污水處理廠以及飲用水廠中的遷移轉(zhuǎn)化以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的不利影響得到了廣泛研究。人為污染物主要可通過(guò)工業(yè)廢水排放、市政污水排放以及農(nóng)業(yè)徑流等方式進(jìn)入到水源水中。盡管這些人為污染物的濃度水平較低，但由于飲用水廠的處理工藝對(duì)其去除效率有限，則微污染物在消毒過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)及相關(guān)產(chǎn)物不容忽視，包括化工原料（如雙酚S）、藥物及個(gè)人護(hù)理品（如撲熱息痛、氯霉素和三氯生）和農(nóng)藥（如敵草隆）等物質(zhì)在內(nèi)的人為污染物被證明均是DBPs的前體物質(zhì)。
1.1.4 大氣沉降
大氣沉降是指大氣中的污染物被沉降到地面或水體中的過(guò)程，按照有無(wú)降水可分為干沉降和濕沉降，其中干沉降是懸浮于大氣中的各種粒子在重力作用及分子擴(kuò)散等原理下發(fā)生的大氣自凈作用，而濕沉降則是雨水沖刷大氣中的各粒徑固體顆粒物（Particulate matter, PM）及其他物質(zhì)的過(guò)程。就干沉降而言，對(duì)于敞開(kāi)狀態(tài)的水窖或其他雨水收集系統(tǒng)，大氣中物質(zhì)可通過(guò)干沉降過(guò)程進(jìn)入儲(chǔ)存的水中；而就濕沉降而言，由于缺乏相應(yīng)的雨水收集和處理系統(tǒng)，降雨通常會(huì)通過(guò)徑流、下滲等方式補(bǔ)給地表水和地下水，這使得雨水在去除大氣中PM和其他物質(zhì)的同時(shí)對(duì)水源水質(zhì)造成影響。已有研究表明，PM可通過(guò)干濕沉降的方式進(jìn)入水源水中隨即成為DOM，并在之后的消毒過(guò)程中產(chǎn)生DBPs。
1.2 廠內(nèi)來(lái)源（水廠）
給水處理的目標(biāo)是應(yīng)用物理、化學(xué)、生物及耦合工藝去除原水中所含的各種有害物質(zhì)，生產(chǎn)出符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水。然而，在去除水中懸浮顆粒、溶解性有機(jī)物和致病菌的同時(shí)，水處理工藝也會(huì)引入一系列DBPs前體物，包括外界投加的化學(xué)藥劑和工程材料以及水廠工藝泄漏的化學(xué)材料和生物。
1.2.1 化學(xué)藥劑與工程材料
混凝工藝是通過(guò)投加無(wú)機(jī)或有機(jī)混凝劑使膠體顆粒發(fā)生脫穩(wěn)、聚集現(xiàn)象，當(dāng)僅投加混凝劑難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果時(shí)，可利用一些聚合高分子電解質(zhì)進(jìn)行助凝。常用的聚合高分子電解質(zhì)助凝劑包括有聚丙烯酰胺、陰/陽(yáng)離子聚丙烯酰胺以及聚二烯丙基二甲基氯化銨等，盡管這些助凝劑的使用可改善混凝效果、減少污泥產(chǎn)量，但高分子化合物及其單體上的酰胺基團(tuán)、季胺基團(tuán)以及伯胺基團(tuán)可與多種消毒劑反應(yīng)產(chǎn)生DBPs。
另外，有關(guān)納米材料在水處理中的研究與應(yīng)用日益增多，其可用作吸附劑、濾料、消毒劑以及催化材料等。其中C60是一類有前景的吸附材料，其在消毒過(guò)程中可與臭氧或氯發(fā)生表面反應(yīng)進(jìn)而生成含羥乙基、半甲基和環(huán)氧官能團(tuán)衍生物，有研究指出C60可能是DBPs前體物，但有關(guān)這一過(guò)程的機(jī)制以及產(chǎn)物有待后續(xù)研究。碳納米管材料可用于吸附有機(jī)污染物、絡(luò)合金屬以及催化羥基自由基的生成，其在氯系消毒劑（包括自由氯和氯胺）以及臭氧作用下可生成多類DBPs。
此外，離子交換工藝是讓固體離子交換劑中的離子與溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的，但用于去除帶負(fù)電污染物（如硝酸鹽、砷酸鹽和高氯酸鹽）的強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂材料已被證明是NAs和 HNMs類DBPs的前體物質(zhì)。
1.2.2 膜分離與生物處理
膜分離工藝在飲用水廠可用于去除懸浮的膠體顆粒以及溶解性有機(jī)物，其對(duì)有機(jī)物的去除效果優(yōu)于混凝工藝和活性炭吸附，按照膜材料的孔徑大小可將壓力驅(qū)動(dòng)膜工藝分為微濾、超濾、納濾和反滲透四類。有研究者發(fā)現(xiàn)有機(jī)膜材料（如聚乙烯吡咯烷酮-聚砜膜）可與消毒劑（如氯和氯胺）反應(yīng)進(jìn)而生成DBPs，濃度可達(dá)到μg/L級(jí)別。
現(xiàn)如今，包括生物接觸氧化、生物活性炭濾池在內(nèi)的生物處理工藝在飲用水廠受到了越來(lái)越多的應(yīng)用。三維熒光光譜分析結(jié)果和DBPs生成潛能數(shù)據(jù)顯示，生物濾池中產(chǎn)生的SMP和脫落的生物膜也會(huì)進(jìn)入到水中并在后續(xù)的消毒工藝中與消毒劑接觸，這些由生物濾池泄漏的物質(zhì)更多是一些N-DBPs的前體物。
1.3 廠后來(lái)源（管網(wǎng)）
飲用水配水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)中的重要組成部分，作用是將水廠出廠水送到分配管以至用戶管系，其主要由水管和其他構(gòu)筑物（如蓄水池、水塔和泵站等）構(gòu)成。含有剩余消毒劑的出廠水進(jìn)入到配水系統(tǒng)之后，出廠水的水質(zhì)特征（如pH、溫度、水中DOM含量、溶解氧濃度、鹵素離子濃度等）、配水管網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)（包括管材、水齡、水力條件、管壁腐蝕情況、管壁生物膜生長(zhǎng)情況等）以及剩余消毒劑的種類及濃度均會(huì)影響DBPs在配水管網(wǎng)中的生成與轉(zhuǎn)化。
1.3.1 管壁生物膜
給水管網(wǎng)中的微生物主要是以管壁生物膜的形式在管壁附著生長(zhǎng)，其是由微生物細(xì)胞和胞外聚合物（Extracellular polymeric substances, EPS）組成的復(fù)雜基質(zhì)。盡管消毒過(guò)程是消毒劑對(duì)致病菌的滅活作用，但管壁生物膜的存在會(huì)消耗管網(wǎng)中的消毒劑并阻止其在生物膜中發(fā)生轉(zhuǎn)移，微生物細(xì)胞破裂產(chǎn)生的DOM以及包裹在細(xì)胞外的EPS均會(huì)導(dǎo)致DBPs的生成。就微生物細(xì)胞而言，細(xì)胞在消毒劑的作用下會(huì)發(fā)生破裂，進(jìn)而釋放出多糖、蛋白質(zhì)和核酸等DOM，這些來(lái)源于微生物細(xì)胞的有機(jī)物相較于腐殖質(zhì)而言具有更高的氮元素含量和更小的分子量；而就EPS而言，管網(wǎng)生物膜中90%的生物量均來(lái)源于EPS，其由包括核酸、蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)在內(nèi)的多種物質(zhì)組成。另外，當(dāng)水中的氨氮濃度達(dá)到一定值時(shí)配水管網(wǎng)中的硝化細(xì)菌會(huì)開(kāi)始生長(zhǎng)，而發(fā)生硝化反應(yīng)的生物膜可能會(huì)產(chǎn)生一些特定的DBPs前體物。
1.3.2 管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物
配水管網(wǎng)中使用的一些配件材料被證明是飲用水中二甲基亞硝胺（NNitrosodimethylamine, NDMA）及其他NAs物質(zhì)的來(lái)源之一，其中橡膠材質(zhì)的管道密封圈可釋放NAs以及其前體物質(zhì)，而儲(chǔ)水構(gòu)筑物中新安裝的橡膠密封墊浸泡在水中會(huì)泄漏包括NDMA在內(nèi)的一系列NAs類物質(zhì)。此外，銅管的腐蝕產(chǎn)物［包括Cu(Ⅱ), Cu2O、CuO和Cu2(OH)2CO3］會(huì)加速管網(wǎng)中消毒劑的衰減以及某些DBPs的生成。而當(dāng)儲(chǔ)水構(gòu)筑物中的生物膜發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)，也會(huì)釋放出N-DBPs的前體物質(zhì)。
2 源頭控制方法
針對(duì)上述DBPs前體物的三類來(lái)源，本文將從廠前控制（水源）、廠內(nèi)控制（水廠）以及廠后控制（管網(wǎng)）三個(gè)方面展開(kāi)對(duì)DBPs源頭控制技術(shù)的介紹，如圖2所示。
DBPs的前體來(lái)源極其廣泛，其中水源水中的前體物尤為重要。廠前控制即是在水源水進(jìn)入飲用水廠前消減其中的前體物，研究者及有關(guān)部門可通過(guò)工程技術(shù)方法及政策法規(guī)制度等方式降低市政污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)徑流對(duì)飲用水水源水質(zhì)的不利影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類及嗅味物質(zhì)，農(nóng)藥、藥物及個(gè)人護(hù)理品、工業(yè)原料等人為污染物與DBPs的協(xié)同控制。廠前控制大致可分為水源地保護(hù)、水源地修復(fù)以及原水預(yù)處理。
2.1.1 水源地保護(hù)
一是需要限制人為污染物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活中的使用，進(jìn)而從根本上降低其在水環(huán)境中的含量；二是需要改善污廢水廠相關(guān)工藝的處理效果，科學(xué)提高水質(zhì)排放要求，并在核算飲用水水源地納污能力的基礎(chǔ)上采取立法措施及建設(shè)監(jiān)管機(jī)制以限制人為污染物的排放（包括點(diǎn)源污染和面源污染）。此外還可通過(guò)在飲用水水源地附近設(shè)置物理隔離帶（如鐵絲圍欄）或生態(tài)隔離帶（如濕地保護(hù)帶）實(shí)現(xiàn)污染物的隔離以及水源水的防護(hù)。
另外，AOM是飲用水水源中重要的溶解性有機(jī)氮來(lái)源，也是生成高毒性N-DBPs和I-DBPs的重要前體物質(zhì)。對(duì)于尚未有藻類問(wèn)題的天然水體而言，可通過(guò)控制水源水的營(yíng)養(yǎng)化程度以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水庫(kù)或湖泊中的循環(huán)過(guò)程限制藻類的生長(zhǎng)。而就控制飲用水水源中的鹵素而言，除考慮污廢水的提標(biāo)和限排外，一方面需要關(guān)注海水或苦咸水入侵至飲用水水源以及沉積巖物質(zhì)在特定條件下溶解至飲用水水源的情況，另一方面還需要控制水源地附近化工生產(chǎn)、采礦、海水淡化等產(chǎn)業(yè)或活動(dòng)的進(jìn)行。
2.1.2 水源地修復(fù)
當(dāng)飲用水水源地存在微污染或藻類暴發(fā)問(wèn)題時(shí)，可利用生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力并輔以人工措施對(duì)受污染水源進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，從而改善水源地的生態(tài)環(huán)境和水文條件以確保水源地的安全供水。常見(jiàn)的飲用水水源地生態(tài)修復(fù)措施包括前置功能區(qū)技術(shù)、生態(tài)浮島（床）技術(shù)、人工濕地技術(shù)等，而當(dāng)爆發(fā)藻類問(wèn)題時(shí)則可通過(guò)機(jī)械或人工打撈、投加殺菌滅藻劑或利用微生物絮凝劑等方式實(shí)現(xiàn)控藻除藻，同時(shí)減少飲用水中藻毒素、藻嗅和DBPs的產(chǎn)生量。
2.1.3 原水預(yù)處理
河岸滲濾等工程技術(shù)可利用土壤、植物以及微生物之間的協(xié)同作用去除水源水中的NOM及其它污染物，在水源取水口前端實(shí)現(xiàn)對(duì)DBPs前體物的消減。此外，當(dāng)取用水源水的水質(zhì)條件較差時(shí)，有些水廠會(huì)在取水之后先將水輸送至水源廠，利用化學(xué)法（如氯、臭氧等化學(xué)藥劑）、物理法（如粉末活性炭等工程材料）、生物法（如生物接觸氧化）及耦合工藝完成原水的預(yù)處理從而減輕后續(xù)凈水廠運(yùn)行壓力，但也需要關(guān)注由化學(xué)藥劑的投加、工程材料的使用以及生物預(yù)處理的應(yīng)用等引入的DBPs前體物，這可通過(guò)對(duì)比水源廠進(jìn)水和出水的DBPs生成潛能變化來(lái)加以判斷。
2.2 廠內(nèi)控制
2.2.1 處理工藝運(yùn)行
有關(guān)水廠內(nèi)的DBPs源頭控制方法主要聚焦于利用水廠工藝去除DBPs前體物，常規(guī)工藝、強(qiáng)化常規(guī)工藝以及預(yù)處理和深度處理工藝均得到了較多研究。其中常規(guī)工藝對(duì)溶解性有機(jī)碳（Dissolved organic carbon, DOC）的去除率高于對(duì)溶解性有機(jī)氮（Dissolved organic nitrogen, DON）的去除率，而強(qiáng)化常規(guī)工藝可進(jìn)一步改善常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)物的處理效果。
常用于除藻、助凝和解決色度及嗅味問(wèn)題的化學(xué)預(yù)氧化工藝以及利用高活性自由基去除微污染物及其他有機(jī)物的高級(jí)氧化技術(shù)在一定條件下可實(shí)現(xiàn)對(duì)DBPs前體物的消減，但該過(guò)程會(huì)受到預(yù)氧化劑（或自由基）種類及劑量、DBPs前體物反應(yīng)活性以及對(duì)象水體的水質(zhì)特征等多因素的影響。
另外，活性炭吸附和膜分離均可有效去除有機(jī)物，兩種工藝對(duì)DOC的高去除率可使DBPs的整體生成濃度降低，但活性炭吸附和膜分離很難去除溴離子，這一方面導(dǎo)致Br-與DOC的比值升高，另一方面DOC的降低會(huì)致使消毒劑投量減小，此時(shí)Br-與Cl2的比值也相應(yīng)升高，因而有利于溴代DBPs的生成，則在使用活性炭、膜等過(guò)濾工藝時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)溴代DBPs的關(guān)注，其中也包括一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷等國(guó)標(biāo)內(nèi)DBPs。
就生物處理而言，包括生物接觸氧化以及生物活性炭濾池在內(nèi)的生物處理工藝受到了越來(lái)越多的關(guān)注，生物代謝作用被證明可降解水中的有機(jī)物，但該過(guò)程產(chǎn)生的SMP和脫落的生物膜也在DBPs的前體來(lái)源之列。水廠可通過(guò)增設(shè)后置砂濾池等工藝來(lái)防止生物的泄漏問(wèn)題；并可通過(guò)優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)，如根據(jù)水質(zhì)和季節(jié)調(diào)整生物濾池的反沖洗周期和強(qiáng)度，避免生物濾池產(chǎn)生的SMP進(jìn)入后續(xù)消毒環(huán)節(jié)。
2.2.2 藥劑材料使用
有關(guān)飲用水廠化學(xué)藥劑及材料的使用不僅需要關(guān)注毒性效應(yīng)，還需關(guān)注在后續(xù)工藝中的遷移轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)產(chǎn)物的健康風(fēng)險(xiǎn)；此外，這些藥劑或材料的使用多是為提高水廠工藝對(duì)原水中污染物的去除效率，但這些物質(zhì)本身也可能在混凝、氧化、消毒以及管網(wǎng)輸送過(guò)程中成為潛在的污染物，故還需在考慮原水污染物去除效果的前提下進(jìn)行權(quán)衡。在保證廠內(nèi)工藝運(yùn)行效果、保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，水廠應(yīng)盡量減少化學(xué)藥劑及材料的使用。
2.3 廠后控制
給水管網(wǎng)中生物膜的存在會(huì)致使輸配水過(guò)程中水質(zhì)下降、影響安全供水。一方面，生物膜的脫落會(huì)導(dǎo)致其中的微生物、條件致病菌和病毒進(jìn)入水體；另一方面，組成管壁生物膜的微生物細(xì)胞和EPS均是DBPs前體物，因此，在管網(wǎng)中需要同時(shí)關(guān)注微生物和DBPs問(wèn)題。此外，當(dāng)水中的氨氮濃度達(dá)到一定值時(shí)，給水管網(wǎng)中的硝化細(xì)菌會(huì)開(kāi)始生長(zhǎng)進(jìn)而導(dǎo)致給水管網(wǎng)中發(fā)生硝化反應(yīng)，這不僅會(huì)引發(fā)亞硝酸鹽問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致N-DBPs前體物的釋放。控制給水管網(wǎng)中的生物膜及硝化反應(yīng)的方法主要有化學(xué)法和物理法兩類，其中化學(xué)法包括調(diào)節(jié)pH、控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、優(yōu)化氯氨投加比以及采用中途多點(diǎn)補(bǔ)氯等方式，而物理法則是通過(guò)清理管路或減少水力停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)控制效果。
對(duì)于管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物而言，首先需要關(guān)注管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物中橡膠材質(zhì)配件的使用，包括橡膠密封環(huán)及橡膠密封墊圈等；另外需要對(duì)二次供水水箱（池）進(jìn)行定期清理并加強(qiáng)對(duì)微生物與消毒劑指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)優(yōu)化水廠加氯、二次加氯、水力停留時(shí)間等參數(shù)，在保證消毒效果、微生物指標(biāo)達(dá)標(biāo)的前提下盡量降低DBPs的生成量；此外，考慮到入戶銅管的腐蝕產(chǎn)物會(huì)加快消毒劑的衰減并催化部分DBPs的生成，一方面需要清理入戶管道，另一方面還可考慮防腐涂層材料及其他管材的使用。
3 總結(jié)與展望
3.1 技術(shù)提升
消毒副產(chǎn)物的前體物來(lái)源極其廣泛，除水源水中的天然有機(jī)物外，還包括有大氣顆粒物、人為污染物、水處理工程材料、管壁生物膜等。水廠需優(yōu)化技術(shù)工藝以協(xié)同去除原水中各類污染物及消毒副產(chǎn)物前體物，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)科技攻關(guān)，發(fā)展綠色高效水處理技術(shù)以降低從源頭到龍頭全過(guò)程中化學(xué)藥劑及工程材料的使用，例如開(kāi)發(fā)高性能、抗污染、低能耗的物理分離技術(shù)，研發(fā)具備廣譜性、低副產(chǎn)物和持續(xù)消毒能力的安全消毒技術(shù)，攻關(guān)基于新能源、新材料、新理念的飲用水清潔凈化技術(shù)等。
3.2 水源保護(hù)
水資源是生態(tài)與環(huán)境的控制性要素，水源水的復(fù)合污染程度加劇不僅會(huì)增加水廠原水中DBPs前體物的種類及濃度，還會(huì)導(dǎo)致水廠工藝冗長(zhǎng)和化學(xué)藥劑及工程材料的過(guò)度使用，并促進(jìn)給水管網(wǎng)中管壁生物膜的生長(zhǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，水源保護(hù)是消毒副產(chǎn)物源頭控制和飲用水水質(zhì)全面長(zhǎng)效提升的關(guān)鍵所在。水源保護(hù)的意義不僅限于飲用水中DBPs的控制。正如我國(guó)國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》要求的“從水源到水龍頭全過(guò)程監(jiān)管飲用水安全”，相關(guān)部門需要完善我國(guó)飲用水水源的管理及保護(hù)制度以實(shí)現(xiàn)水污染防治和水生態(tài)保護(hù)，開(kāi)展典型水源地風(fēng)險(xiǎn)污染物篩查研究并加強(qiáng)湖庫(kù)型飲用水水源地生態(tài)/健康風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，統(tǒng)一飲用水水源保護(hù)法規(guī)、統(tǒng)籌飲用水水源保護(hù)職責(zé)以及健全飲用水水源保護(hù)常態(tài)監(jiān)管，建立健全飲用水水源保護(hù)區(qū)的水環(huán)境生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)施水源地的規(guī)劃分區(qū)和保護(hù)修復(fù)以及水源水質(zhì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與穩(wěn)步提升。(肖融、楚文海 )
控制飲用水中的DBPs是降低其對(duì)供水安全和公眾健康造成潛在風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵所在，其中從源頭消減DBPs前體物被認(rèn)為是最有效的DBPs控制技術(shù)，而更全面地歸納DBPs前體來(lái)源對(duì)實(shí)現(xiàn)其源頭控制具有重要意義。梳理DBPs前體物從源頭到龍頭的全過(guò)程來(lái)源，總結(jié)歸納出DBPs的源頭控制方法，擬為飲用水中DBPs的有效控制及飲用水水質(zhì)的提升提供參考借鑒。
0 引言
1974年，荷蘭水化學(xué)家Rook發(fā)現(xiàn)氯消毒飲用水中的三鹵甲烷（Trihalomethanes, THMs）濃度高于其在原水中的濃度，同年，美國(guó)環(huán)保署工作人員Bellar等提出消毒時(shí)增加氯的投量會(huì)導(dǎo)致飲用水中THMs濃度升高，THMs由此成為在飲用水中被發(fā)現(xiàn)的第一類消毒副產(chǎn)物（Disinfection by-products, DBPs）。1976年，美國(guó)環(huán)保署的一項(xiàng)調(diào)研數(shù)據(jù)顯示，氯仿（Chloroform, CF）及其他THMs在加氯消毒的飲用水中普遍存在，同年，美國(guó)國(guó)家癌癥研究所基于動(dòng)物試驗(yàn)結(jié)果將CF納入致癌物范疇。至此之后，DBPs作為一類衡量飲用水是否安全的重要指標(biāo)受到了廣泛關(guān)注。
DBPs是在消毒過(guò)程中由消毒劑與水中存在的天然有機(jī)物（Natural organic matter, NOM）、人為污染物以及鹵素離子等前體物質(zhì)反應(yīng)生成的產(chǎn)物，目前受到研究較多的DBPs主要包括THMs、鹵乙酸（Haloacetic acids, HAAs）、鹵乙醛（Haloacetaldehydes, HALs）、鹵代酮（Haloketones, HKs）等含碳消毒副產(chǎn)物（Carbonaceous DBPs, C-DBPs），鹵乙腈（Haloacetonitriles, HANs）、鹵代乙酰胺（Haloacetamides, HAMs）、鹵代硝基甲烷（Halonitromethanes, HNMs）、亞硝胺（N-nitrosamines, NAs）等含氮消毒副產(chǎn)物（Nitrogenous DBPs, N-DBPs），鹵代苯酚、氯苯乙腈等芳香族DBPs，以及溴酸鹽、氯酸鹽和亞氯酸鹽等無(wú)機(jī)消毒副產(chǎn)物。毒理學(xué)研究顯示，大部分已被識(shí)別的DBPs具有細(xì)胞毒性、神經(jīng)毒性、基因毒性以及致癌、致畸和致突變的“三致”特性。此外，流行病學(xué)研究表明，氯消毒飲用水的長(zhǎng)期飲用和罹患膀胱癌、結(jié)腸癌、直腸癌、孕婦流產(chǎn)之間存在一定聯(lián)系。
飲用水中的DBPs濃度水平一般在ng/L至μg/L級(jí)別，隨著對(duì)飲用水安全的重視程度不斷提高，世界上多個(gè)國(guó)家、地區(qū)及組織制定了飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)并在不斷進(jìn)行更新與修訂，包括多種DBPs在內(nèi)的新興污染物被納入管控范圍，控制飲用水中的DBPs成為國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者及工作者的研究重點(diǎn)。DBPs的控制技術(shù)大致可分為源頭控制、過(guò)程控制及末端控制三類，其中源頭控制是指通過(guò)保護(hù)水源或利用水廠處理工藝等方式降低DBPs前體物濃度；過(guò)程控制即為通過(guò)改變消毒方式、優(yōu)化消毒工況等方法來(lái)減少DBPs的生成；而末端控制則是利用過(guò)濾、吸附、還原脫鹵、氧化降解等物理、化學(xué)方法去除已生成的DBPs。考慮到改變消毒方式可能會(huì)導(dǎo)致其他一些特定DBPs的生成，另外在水廠內(nèi)難以對(duì)DBPs進(jìn)行末端控制，且管網(wǎng)中剩余消毒劑的存在會(huì)導(dǎo)致DBPs的持續(xù)產(chǎn)生，由此消減DBPs的前體物質(zhì)被認(rèn)為是最有效的DBPs控制技術(shù)。
1 前體來(lái)源
飲用水中的化學(xué)物質(zhì)一般有以下3種來(lái)源：
水源水；
水廠處理工藝；
配水管網(wǎng)。
水源水中存在各種已知和未知的、天然來(lái)源和人工來(lái)源的、傳統(tǒng)和新型的、原生和次生的污染物。以往有關(guān)DBPs前體物來(lái)源的研究大多關(guān)注于水源水中存在的前體物，但水廠處理工藝在去除水中懸浮顆粒及溶解性有機(jī)物（Dissolved organic matter, DOM）的同時(shí)也會(huì)引入一些工程材料，這在一定程度上可增加飲用水中DBPs的生成量；此外，出廠水中通常存在一定量的剩余消毒劑，以抑制管網(wǎng)中微生物對(duì)水質(zhì)的負(fù)面影響，則DBPs的種類與濃度在配水管網(wǎng)中也會(huì)發(fā)生變化，飲用水中DBPs的前體來(lái)源如圖1所示。
圖1 飲用水中DBPs的前體來(lái)源
1.1 廠前來(lái)源（水源）1.1.1 天然有機(jī)物
水源水中的NOM一般被分為內(nèi)源性天然有機(jī)物和外源性天然有機(jī)物兩大類，其中內(nèi)源性天然有機(jī)物指的是一些由微生物、藻類在天然水體中原位生成的生物源有機(jī)物，包括糖類、氨基酸、多肽和蛋白質(zhì)等；而外源性天然有機(jī)物則指的是一些由陸生動(dòng)植物降解產(chǎn)生，隨后通過(guò)徑流、排放等方式進(jìn)入水體的陸源有機(jī)物，以腐殖質(zhì)為主。20世紀(jì)80年代初期，HAAs、HANs和HALs類DBPs先后在前體物消毒試驗(yàn)中被檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，腐植酸、富里酸和氨基酸成為了公認(rèn)的DBPs前體物。
值得關(guān)注的是，藻類物質(zhì)及污水處理廠出水對(duì)水源水的影響日益增大，藻源有機(jī)物（Algal organic matter, AOM）和污水排放有機(jī)物（Effluent organic matter, EfOM）已被證明是高毒性N-DBPs的重要前體物。現(xiàn)今受到關(guān)注較多的AOM有藻毒素、嗅味物質(zhì)以及包括蛋白質(zhì)和多糖在內(nèi)的其他AOM，而藻細(xì)胞的胞內(nèi)有機(jī)物（藻細(xì)胞由于自然死亡或工藝處理導(dǎo)致細(xì)胞破裂后釋放的物質(zhì)）和胞外有機(jī)物（藻細(xì)胞直接向水環(huán)境釋放的代謝產(chǎn)物）均可在消毒時(shí)生成DBPs。此外，進(jìn)入到水源水的EfOM也可視為一類外源有機(jī)物，經(jīng)過(guò)污水廠生物處理的EfOM含有微生物以及可溶性微生物產(chǎn)物（Soluble microbial product, SMP），其中SMP是由各種高分子量及低分子量化合物組成，如蛋白質(zhì)、多糖和氨基酸等。
1.1.2 鹵素離子
鹵素離子（溴、碘離子）在消毒過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)主要可分為兩類，一是鹵素離子直接與消毒劑反應(yīng)產(chǎn)生無(wú)機(jī)DBPs（如溴酸鹽），二是鹵素離子先與消毒劑反應(yīng)生成次鹵酸，隨即再發(fā)生次鹵酸與有機(jī)物的反應(yīng)，產(chǎn)物為毒性更高的溴代DBPs（Brominated DBP, Br-DBPs）及碘代DBPs（Iodinated DBPs, I-DBPs）。
而就前體物來(lái)源而言，溴離子進(jìn)入飲用水水源的途徑主要可分為自然過(guò)程及人為活動(dòng)兩類，其中自然過(guò)程包括海水入侵以及地質(zhì)溶解，而人為活動(dòng)則包括海水淡化、尾礦生產(chǎn)、化工生產(chǎn)以及市政污水和工業(yè)廢水的排放等。另外碘離子的來(lái)源與溴離子相似，包括有海水入侵、地質(zhì)溶解以及海水淡化等，但一些微生物以及海洋里的海藻生物可通過(guò)特定的代謝作用去除水源水中的碘離子。
1.1.3 人為污染物
近年來(lái)，微污染物由于其檢出頻率較高、健康風(fēng)險(xiǎn)較大以及難以被水處理工藝去除等特性受到了世界范圍內(nèi)的關(guān)注，其在自然水環(huán)境、污水處理廠以及飲用水廠中的遷移轉(zhuǎn)化以及對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人體健康的不利影響得到了廣泛研究。人為污染物主要可通過(guò)工業(yè)廢水排放、市政污水排放以及農(nóng)業(yè)徑流等方式進(jìn)入到水源水中。盡管這些人為污染物的濃度水平較低，但由于飲用水廠的處理工藝對(duì)其去除效率有限，則微污染物在消毒過(guò)程中發(fā)生的反應(yīng)及相關(guān)產(chǎn)物不容忽視，包括化工原料（如雙酚S）、藥物及個(gè)人護(hù)理品（如撲熱息痛、氯霉素和三氯生）和農(nóng)藥（如敵草隆）等物質(zhì)在內(nèi)的人為污染物被證明均是DBPs的前體物質(zhì)。
1.1.4 大氣沉降
大氣沉降是指大氣中的污染物被沉降到地面或水體中的過(guò)程，按照有無(wú)降水可分為干沉降和濕沉降，其中干沉降是懸浮于大氣中的各種粒子在重力作用及分子擴(kuò)散等原理下發(fā)生的大氣自凈作用，而濕沉降則是雨水沖刷大氣中的各粒徑固體顆粒物（Particulate matter, PM）及其他物質(zhì)的過(guò)程。就干沉降而言，對(duì)于敞開(kāi)狀態(tài)的水窖或其他雨水收集系統(tǒng)，大氣中物質(zhì)可通過(guò)干沉降過(guò)程進(jìn)入儲(chǔ)存的水中；而就濕沉降而言，由于缺乏相應(yīng)的雨水收集和處理系統(tǒng)，降雨通常會(huì)通過(guò)徑流、下滲等方式補(bǔ)給地表水和地下水，這使得雨水在去除大氣中PM和其他物質(zhì)的同時(shí)對(duì)水源水質(zhì)造成影響。已有研究表明，PM可通過(guò)干濕沉降的方式進(jìn)入水源水中隨即成為DOM，并在之后的消毒過(guò)程中產(chǎn)生DBPs。
1.2 廠內(nèi)來(lái)源（水廠）
給水處理的目標(biāo)是應(yīng)用物理、化學(xué)、生物及耦合工藝去除原水中所含的各種有害物質(zhì)，生產(chǎn)出符合生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水。然而，在去除水中懸浮顆粒、溶解性有機(jī)物和致病菌的同時(shí)，水處理工藝也會(huì)引入一系列DBPs前體物，包括外界投加的化學(xué)藥劑和工程材料以及水廠工藝泄漏的化學(xué)材料和生物。
1.2.1 化學(xué)藥劑與工程材料
混凝工藝是通過(guò)投加無(wú)機(jī)或有機(jī)混凝劑使膠體顆粒發(fā)生脫穩(wěn)、聚集現(xiàn)象，當(dāng)僅投加混凝劑難以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果時(shí)，可利用一些聚合高分子電解質(zhì)進(jìn)行助凝。常用的聚合高分子電解質(zhì)助凝劑包括有聚丙烯酰胺、陰/陽(yáng)離子聚丙烯酰胺以及聚二烯丙基二甲基氯化銨等，盡管這些助凝劑的使用可改善混凝效果、減少污泥產(chǎn)量，但高分子化合物及其單體上的酰胺基團(tuán)、季胺基團(tuán)以及伯胺基團(tuán)可與多種消毒劑反應(yīng)產(chǎn)生DBPs。
另外，有關(guān)納米材料在水處理中的研究與應(yīng)用日益增多，其可用作吸附劑、濾料、消毒劑以及催化材料等。其中C60是一類有前景的吸附材料，其在消毒過(guò)程中可與臭氧或氯發(fā)生表面反應(yīng)進(jìn)而生成含羥乙基、半甲基和環(huán)氧官能團(tuán)衍生物，有研究指出C60可能是DBPs前體物，但有關(guān)這一過(guò)程的機(jī)制以及產(chǎn)物有待后續(xù)研究。碳納米管材料可用于吸附有機(jī)污染物、絡(luò)合金屬以及催化羥基自由基的生成，其在氯系消毒劑（包括自由氯和氯胺）以及臭氧作用下可生成多類DBPs。
此外，離子交換工藝是讓固體離子交換劑中的離子與溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的，但用于去除帶負(fù)電污染物（如硝酸鹽、砷酸鹽和高氯酸鹽）的強(qiáng)堿性離子交換樹(shù)脂材料已被證明是NAs和 HNMs類DBPs的前體物質(zhì)。
1.2.2 膜分離與生物處理
膜分離工藝在飲用水廠可用于去除懸浮的膠體顆粒以及溶解性有機(jī)物，其對(duì)有機(jī)物的去除效果優(yōu)于混凝工藝和活性炭吸附，按照膜材料的孔徑大小可將壓力驅(qū)動(dòng)膜工藝分為微濾、超濾、納濾和反滲透四類。有研究者發(fā)現(xiàn)有機(jī)膜材料（如聚乙烯吡咯烷酮-聚砜膜）可與消毒劑（如氯和氯胺）反應(yīng)進(jìn)而生成DBPs，濃度可達(dá)到μg/L級(jí)別。
現(xiàn)如今，包括生物接觸氧化、生物活性炭濾池在內(nèi)的生物處理工藝在飲用水廠受到了越來(lái)越多的應(yīng)用。三維熒光光譜分析結(jié)果和DBPs生成潛能數(shù)據(jù)顯示，生物濾池中產(chǎn)生的SMP和脫落的生物膜也會(huì)進(jìn)入到水中并在后續(xù)的消毒工藝中與消毒劑接觸，這些由生物濾池泄漏的物質(zhì)更多是一些N-DBPs的前體物。
1.3 廠后來(lái)源（管網(wǎng)）
飲用水配水管網(wǎng)是給水系統(tǒng)中的重要組成部分，作用是將水廠出廠水送到分配管以至用戶管系，其主要由水管和其他構(gòu)筑物（如蓄水池、水塔和泵站等）構(gòu)成。含有剩余消毒劑的出廠水進(jìn)入到配水系統(tǒng)之后，出廠水的水質(zhì)特征（如pH、溫度、水中DOM含量、溶解氧濃度、鹵素離子濃度等）、配水管網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)（包括管材、水齡、水力條件、管壁腐蝕情況、管壁生物膜生長(zhǎng)情況等）以及剩余消毒劑的種類及濃度均會(huì)影響DBPs在配水管網(wǎng)中的生成與轉(zhuǎn)化。
1.3.1 管壁生物膜
給水管網(wǎng)中的微生物主要是以管壁生物膜的形式在管壁附著生長(zhǎng)，其是由微生物細(xì)胞和胞外聚合物（Extracellular polymeric substances, EPS）組成的復(fù)雜基質(zhì)。盡管消毒過(guò)程是消毒劑對(duì)致病菌的滅活作用，但管壁生物膜的存在會(huì)消耗管網(wǎng)中的消毒劑并阻止其在生物膜中發(fā)生轉(zhuǎn)移，微生物細(xì)胞破裂產(chǎn)生的DOM以及包裹在細(xì)胞外的EPS均會(huì)導(dǎo)致DBPs的生成。就微生物細(xì)胞而言，細(xì)胞在消毒劑的作用下會(huì)發(fā)生破裂，進(jìn)而釋放出多糖、蛋白質(zhì)和核酸等DOM，這些來(lái)源于微生物細(xì)胞的有機(jī)物相較于腐殖質(zhì)而言具有更高的氮元素含量和更小的分子量；而就EPS而言，管網(wǎng)生物膜中90%的生物量均來(lái)源于EPS，其由包括核酸、蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)在內(nèi)的多種物質(zhì)組成。另外，當(dāng)水中的氨氮濃度達(dá)到一定值時(shí)配水管網(wǎng)中的硝化細(xì)菌會(huì)開(kāi)始生長(zhǎng)，而發(fā)生硝化反應(yīng)的生物膜可能會(huì)產(chǎn)生一些特定的DBPs前體物。
1.3.2 管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物
配水管網(wǎng)中使用的一些配件材料被證明是飲用水中二甲基亞硝胺（NNitrosodimethylamine, NDMA）及其他NAs物質(zhì)的來(lái)源之一，其中橡膠材質(zhì)的管道密封圈可釋放NAs以及其前體物質(zhì)，而儲(chǔ)水構(gòu)筑物中新安裝的橡膠密封墊浸泡在水中會(huì)泄漏包括NDMA在內(nèi)的一系列NAs類物質(zhì)。此外，銅管的腐蝕產(chǎn)物［包括Cu(Ⅱ), Cu2O、CuO和Cu2(OH)2CO3］會(huì)加速管網(wǎng)中消毒劑的衰減以及某些DBPs的生成。而當(dāng)儲(chǔ)水構(gòu)筑物中的生物膜發(fā)生硝化反應(yīng)時(shí)，也會(huì)釋放出N-DBPs的前體物質(zhì)。
2 源頭控制方法
針對(duì)上述DBPs前體物的三類來(lái)源，本文將從廠前控制（水源）、廠內(nèi)控制（水廠）以及廠后控制（管網(wǎng)）三個(gè)方面展開(kāi)對(duì)DBPs源頭控制技術(shù)的介紹，如圖2所示。
圖2 飲用水中消毒副產(chǎn)物的源頭控制技術(shù)
2.1 廠前控制DBPs的前體來(lái)源極其廣泛，其中水源水中的前體物尤為重要。廠前控制即是在水源水進(jìn)入飲用水廠前消減其中的前體物，研究者及有關(guān)部門可通過(guò)工程技術(shù)方法及政策法規(guī)制度等方式降低市政污水、工業(yè)廢水以及農(nóng)業(yè)徑流對(duì)飲用水水源水質(zhì)的不利影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)藻類及嗅味物質(zhì)，農(nóng)藥、藥物及個(gè)人護(hù)理品、工業(yè)原料等人為污染物與DBPs的協(xié)同控制。廠前控制大致可分為水源地保護(hù)、水源地修復(fù)以及原水預(yù)處理。
2.1.1 水源地保護(hù)
一是需要限制人為污染物在工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活中的使用，進(jìn)而從根本上降低其在水環(huán)境中的含量；二是需要改善污廢水廠相關(guān)工藝的處理效果，科學(xué)提高水質(zhì)排放要求，并在核算飲用水水源地納污能力的基礎(chǔ)上采取立法措施及建設(shè)監(jiān)管機(jī)制以限制人為污染物的排放（包括點(diǎn)源污染和面源污染）。此外還可通過(guò)在飲用水水源地附近設(shè)置物理隔離帶（如鐵絲圍欄）或生態(tài)隔離帶（如濕地保護(hù)帶）實(shí)現(xiàn)污染物的隔離以及水源水的防護(hù)。
另外，AOM是飲用水水源中重要的溶解性有機(jī)氮來(lái)源，也是生成高毒性N-DBPs和I-DBPs的重要前體物質(zhì)。對(duì)于尚未有藻類問(wèn)題的天然水體而言，可通過(guò)控制水源水的營(yíng)養(yǎng)化程度以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在水庫(kù)或湖泊中的循環(huán)過(guò)程限制藻類的生長(zhǎng)。而就控制飲用水水源中的鹵素而言，除考慮污廢水的提標(biāo)和限排外，一方面需要關(guān)注海水或苦咸水入侵至飲用水水源以及沉積巖物質(zhì)在特定條件下溶解至飲用水水源的情況，另一方面還需要控制水源地附近化工生產(chǎn)、采礦、海水淡化等產(chǎn)業(yè)或活動(dòng)的進(jìn)行。
2.1.2 水源地修復(fù)
當(dāng)飲用水水源地存在微污染或藻類暴發(fā)問(wèn)題時(shí)，可利用生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力并輔以人工措施對(duì)受污染水源進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，從而改善水源地的生態(tài)環(huán)境和水文條件以確保水源地的安全供水。常見(jiàn)的飲用水水源地生態(tài)修復(fù)措施包括前置功能區(qū)技術(shù)、生態(tài)浮島（床）技術(shù)、人工濕地技術(shù)等，而當(dāng)爆發(fā)藻類問(wèn)題時(shí)則可通過(guò)機(jī)械或人工打撈、投加殺菌滅藻劑或利用微生物絮凝劑等方式實(shí)現(xiàn)控藻除藻，同時(shí)減少飲用水中藻毒素、藻嗅和DBPs的產(chǎn)生量。
2.1.3 原水預(yù)處理
河岸滲濾等工程技術(shù)可利用土壤、植物以及微生物之間的協(xié)同作用去除水源水中的NOM及其它污染物，在水源取水口前端實(shí)現(xiàn)對(duì)DBPs前體物的消減。此外，當(dāng)取用水源水的水質(zhì)條件較差時(shí)，有些水廠會(huì)在取水之后先將水輸送至水源廠，利用化學(xué)法（如氯、臭氧等化學(xué)藥劑）、物理法（如粉末活性炭等工程材料）、生物法（如生物接觸氧化）及耦合工藝完成原水的預(yù)處理從而減輕后續(xù)凈水廠運(yùn)行壓力，但也需要關(guān)注由化學(xué)藥劑的投加、工程材料的使用以及生物預(yù)處理的應(yīng)用等引入的DBPs前體物，這可通過(guò)對(duì)比水源廠進(jìn)水和出水的DBPs生成潛能變化來(lái)加以判斷。
2.2 廠內(nèi)控制
2.2.1 處理工藝運(yùn)行
有關(guān)水廠內(nèi)的DBPs源頭控制方法主要聚焦于利用水廠工藝去除DBPs前體物，常規(guī)工藝、強(qiáng)化常規(guī)工藝以及預(yù)處理和深度處理工藝均得到了較多研究。其中常規(guī)工藝對(duì)溶解性有機(jī)碳（Dissolved organic carbon, DOC）的去除率高于對(duì)溶解性有機(jī)氮（Dissolved organic nitrogen, DON）的去除率，而強(qiáng)化常規(guī)工藝可進(jìn)一步改善常規(guī)工藝對(duì)有機(jī)物的處理效果。
常用于除藻、助凝和解決色度及嗅味問(wèn)題的化學(xué)預(yù)氧化工藝以及利用高活性自由基去除微污染物及其他有機(jī)物的高級(jí)氧化技術(shù)在一定條件下可實(shí)現(xiàn)對(duì)DBPs前體物的消減，但該過(guò)程會(huì)受到預(yù)氧化劑（或自由基）種類及劑量、DBPs前體物反應(yīng)活性以及對(duì)象水體的水質(zhì)特征等多因素的影響。
另外，活性炭吸附和膜分離均可有效去除有機(jī)物，兩種工藝對(duì)DOC的高去除率可使DBPs的整體生成濃度降低，但活性炭吸附和膜分離很難去除溴離子，這一方面導(dǎo)致Br-與DOC的比值升高，另一方面DOC的降低會(huì)致使消毒劑投量減小，此時(shí)Br-與Cl2的比值也相應(yīng)升高，因而有利于溴代DBPs的生成，則在使用活性炭、膜等過(guò)濾工藝時(shí)需要加強(qiáng)對(duì)溴代DBPs的關(guān)注，其中也包括一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷和三溴甲烷等國(guó)標(biāo)內(nèi)DBPs。
就生物處理而言，包括生物接觸氧化以及生物活性炭濾池在內(nèi)的生物處理工藝受到了越來(lái)越多的關(guān)注，生物代謝作用被證明可降解水中的有機(jī)物，但該過(guò)程產(chǎn)生的SMP和脫落的生物膜也在DBPs的前體來(lái)源之列。水廠可通過(guò)增設(shè)后置砂濾池等工藝來(lái)防止生物的泄漏問(wèn)題；并可通過(guò)優(yōu)化相關(guān)工藝參數(shù)，如根據(jù)水質(zhì)和季節(jié)調(diào)整生物濾池的反沖洗周期和強(qiáng)度，避免生物濾池產(chǎn)生的SMP進(jìn)入后續(xù)消毒環(huán)節(jié)。
2.2.2 藥劑材料使用
有關(guān)飲用水廠化學(xué)藥劑及材料的使用不僅需要關(guān)注毒性效應(yīng)，還需關(guān)注在后續(xù)工藝中的遷移轉(zhuǎn)化以及反應(yīng)產(chǎn)物的健康風(fēng)險(xiǎn)；此外，這些藥劑或材料的使用多是為提高水廠工藝對(duì)原水中污染物的去除效率，但這些物質(zhì)本身也可能在混凝、氧化、消毒以及管網(wǎng)輸送過(guò)程中成為潛在的污染物，故還需在考慮原水污染物去除效果的前提下進(jìn)行權(quán)衡。在保證廠內(nèi)工藝運(yùn)行效果、保障出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的基礎(chǔ)上，水廠應(yīng)盡量減少化學(xué)藥劑及材料的使用。
2.3 廠后控制
給水管網(wǎng)中生物膜的存在會(huì)致使輸配水過(guò)程中水質(zhì)下降、影響安全供水。一方面，生物膜的脫落會(huì)導(dǎo)致其中的微生物、條件致病菌和病毒進(jìn)入水體；另一方面，組成管壁生物膜的微生物細(xì)胞和EPS均是DBPs前體物，因此，在管網(wǎng)中需要同時(shí)關(guān)注微生物和DBPs問(wèn)題。此外，當(dāng)水中的氨氮濃度達(dá)到一定值時(shí)，給水管網(wǎng)中的硝化細(xì)菌會(huì)開(kāi)始生長(zhǎng)進(jìn)而導(dǎo)致給水管網(wǎng)中發(fā)生硝化反應(yīng)，這不僅會(huì)引發(fā)亞硝酸鹽問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致N-DBPs前體物的釋放。控制給水管網(wǎng)中的生物膜及硝化反應(yīng)的方法主要有化學(xué)法和物理法兩類，其中化學(xué)法包括調(diào)節(jié)pH、控制營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、優(yōu)化氯氨投加比以及采用中途多點(diǎn)補(bǔ)氯等方式，而物理法則是通過(guò)清理管路或減少水力停留時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)控制效果。
對(duì)于管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物而言，首先需要關(guān)注管道及儲(chǔ)水構(gòu)筑物中橡膠材質(zhì)配件的使用，包括橡膠密封環(huán)及橡膠密封墊圈等；另外需要對(duì)二次供水水箱（池）進(jìn)行定期清理并加強(qiáng)對(duì)微生物與消毒劑指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)優(yōu)化水廠加氯、二次加氯、水力停留時(shí)間等參數(shù)，在保證消毒效果、微生物指標(biāo)達(dá)標(biāo)的前提下盡量降低DBPs的生成量；此外，考慮到入戶銅管的腐蝕產(chǎn)物會(huì)加快消毒劑的衰減并催化部分DBPs的生成，一方面需要清理入戶管道，另一方面還可考慮防腐涂層材料及其他管材的使用。
3 總結(jié)與展望
3.1 技術(shù)提升
消毒副產(chǎn)物的前體物來(lái)源極其廣泛，除水源水中的天然有機(jī)物外，還包括有大氣顆粒物、人為污染物、水處理工程材料、管壁生物膜等。水廠需優(yōu)化技術(shù)工藝以協(xié)同去除原水中各類污染物及消毒副產(chǎn)物前體物，同時(shí)應(yīng)加強(qiáng)科技攻關(guān)，發(fā)展綠色高效水處理技術(shù)以降低從源頭到龍頭全過(guò)程中化學(xué)藥劑及工程材料的使用，例如開(kāi)發(fā)高性能、抗污染、低能耗的物理分離技術(shù)，研發(fā)具備廣譜性、低副產(chǎn)物和持續(xù)消毒能力的安全消毒技術(shù)，攻關(guān)基于新能源、新材料、新理念的飲用水清潔凈化技術(shù)等。
3.2 水源保護(hù)
水資源是生態(tài)與環(huán)境的控制性要素，水源水的復(fù)合污染程度加劇不僅會(huì)增加水廠原水中DBPs前體物的種類及濃度，還會(huì)導(dǎo)致水廠工藝冗長(zhǎng)和化學(xué)藥劑及工程材料的過(guò)度使用，并促進(jìn)給水管網(wǎng)中管壁生物膜的生長(zhǎng)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來(lái)看，水源保護(hù)是消毒副產(chǎn)物源頭控制和飲用水水質(zhì)全面長(zhǎng)效提升的關(guān)鍵所在。水源保護(hù)的意義不僅限于飲用水中DBPs的控制。正如我國(guó)國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》要求的“從水源到水龍頭全過(guò)程監(jiān)管飲用水安全”，相關(guān)部門需要完善我國(guó)飲用水水源的管理及保護(hù)制度以實(shí)現(xiàn)水污染防治和水生態(tài)保護(hù)，開(kāi)展典型水源地風(fēng)險(xiǎn)污染物篩查研究并加強(qiáng)湖庫(kù)型飲用水水源地生態(tài)/健康風(fēng)險(xiǎn)關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，統(tǒng)一飲用水水源保護(hù)法規(guī)、統(tǒng)籌飲用水水源保護(hù)職責(zé)以及健全飲用水水源保護(hù)常態(tài)監(jiān)管，建立健全飲用水水源保護(hù)區(qū)的水環(huán)境生態(tài)保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制，實(shí)施水源地的規(guī)劃分區(qū)和保護(hù)修復(fù)以及水源水質(zhì)的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)與穩(wěn)步提升。(肖融、楚文海 )
