飲用水安全:應對新的影響和毒性驅動因素
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供水生產管理
摘要:消毒副產物 (DBPs) 是飲用水消毒過程中意外形成的產物。它們通過天然或人為有機物、溴和碘與消毒劑(如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯)反應生成。DBPs 與其他環境污染物不同,它們并非為特定用途創建,也不會從工業排放到河流中,而是在飲用水處理過程中形成的,這使得它們更難以識別。
消毒副產物 (DBPs) 是飲用水消毒過程中意外形成的產物。它們通過天然或人為有機物、溴和碘與消毒劑(如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯)反應生成。DBPs 與其他環境污染物不同,它們并非為特定用途創建,也不會從工業排放到河流中,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,但只有少數幾種受到監管。例如,美國目前僅監管其中的11種。此外,污染物如全氟和多氟烷基物質 (PFAS),也被稱為“永久化學品”,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和其他傳統污染物高出1000倍的水平。此外,已記錄的消毒副產物(DBPs)對健康的不良影響(包括膀胱癌、流產和出生缺陷)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。因此,了解我們每天飲用水中的這些化學物質至關重要雖然 DBPs 可以在處理純凈(未受污染)水時形成,但我們的水供應也面臨新的影響,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。燃煤電廠在轉向濕法煙氣脫硫過程(減少釋放到空氣中的汞含量)時,也會釋放大量溴和碘,對下游飲用水廠產生影響。此外,有害藻華在全球范圍內增加,除了向飲用水源釋放有害毒素外,藻類有機物進入飲用水處理系統(例如在水庫中預消毒以控制藻類時),還可能加倍 DBPs 的形成。氣候變化和日益嚴重的干旱也迫使水務公司尋找其他水源,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,使其成為一種隨時可用的水源。美國西部各州現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。我的一項新研究涉及飲用水再利用,重點研究在污水處理過程中未能完全去除的優先污染物,這些污染物可能在再利用處理中進一步轉化。這些優先污染物包括激素(如17β-雌二醇、雌酮、17α-乙炔基雌二醇)、內分泌干擾物(雙酚A)、藥物(雙氯芬酸)、抗菌劑(三氯生)和表面活性劑分解產物(壬基酚)。通過液相色譜和氣相色譜-高分辨率質譜對這些污染物的氯處理影響進行了非目標法分析,發現許多新形成的DBPs,包括28種以前未報道的化合物。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,盡管溴的存在可能改變這一效果。我的團隊還新發現了新的鹵代環戊二烯類DBPs,研究中使用了氣相色譜-高分辨質譜 (GC-high resolution-MS) 進行鑒定。這一新型DBP類別是第一個預期具有生物累積性的,其中一種(六氯環戊二烯)目前已被認為是迄今為止研究中最具細胞毒性的DBP。這一發現完全是意外,由一名學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時發現的。該學生觀察到全新的質量譜,顯示出大量的氯和溴同位素模式,這些模式在現有數據庫中并不存在。我發現水中未知污染物的“秘訣”是使用XAD樹脂柱提取大量水樣(以獲得高濃度因子)、高度敏感的質譜儀以及“傳統的”手動質譜解釋。通過高分辨率質譜獲得精確質量,檢查同位素模式和碎片模式,考慮所有可能的異構體,并與標準樣本進行確認是關鍵步驟。最近的一項“推動因素”研究深入探討了水中毒性的主要驅動因素。這項工作定量分析了72種受監管和優先DBPs,并測量了整體水樣的細胞毒性。研究了美國各地的飲用水,包括受海水和污水影響的水體。研究發現氮化和碘化DBPs與細胞毒性顯著相關。結果表明,未受監管的鹵代乙腈和碘乙酸是細胞毒性的主要驅動因素,建議應將其納入監管。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)預處理結合少量氯、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,我的觀點是:“我們的水質不錯,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/