氯化消毒氨基酸过程中消毒副产物生成的研究进展

作为消毒副产物的一类重要前体物,天然水体中的氨基酸受到越来越多的关注。对近几年来国内外氯化消毒氨基酸过程中消毒副产物生成情况以及生成机理的相关研究。比较了氨基酸种类、消毒剂用量、pH值、溴离子浓度等对氯化消毒氨基酸过程中消毒副产物的生成的影响,阐述了不同氨基酸在氯化过程中消毒副产物的生成机理,并展望了饮用水消毒领域未来的主要研究方向。     

再生水消毒副产物去除技术研究进展

三卤甲烷、卤乙酸、卤乙腈、三氯硝基甲烷以及N-亚硝基二甲胺是再生水氯/氯胺消毒中主要的消毒副产物,具有较强的毒性和致癌性,严重威胁生态安全及人体健康。目前难以通过改变消毒条件来减少其生成量,而去除其前驱物可有效降低消毒副产物的生成。文章介绍了氧化法、混凝沉淀法、离子交换法以及膜过滤等方法去除消毒副产物前驱物的研究,重点分析了臭氧氧化法去除消毒副产物前驱物的影响因素,对已生成的消毒副产物的去除也进行了简述。     

饮用水消毒技术发展趋势的文献计量学分析

消毒过程是饮用水安全保障研究的热点,本文采用文献计量学的方法对2000—2012年间的学术论文和发明专利进行了分析,明确了全球在饮用水消毒领域的研究动态和趋势以及我国存在的主要差距.结果表明全球对该领域研究的关注度持续增加,其研究热点主要集中在消毒技术工艺和消毒副产物两方面,其中氯化、臭氧氧化、氯化消毒副产物是近十余年的关注焦点.美国和瑞士作为本领域研究的主要领先国家分别在文章产出量和研究水平上位列第一,值得注意的是瑞士在本领域的研究偏重于高级氧化技术和新型消毒副产物.我国的发文量仅次于美国而专利申请量仅次于日本,但研究水平远落后于世界领先国家.我国的研究工作主要集中在氯氧化消毒工艺和常规消毒副产物生成与控制,原创性研究有待加强.本研究对明确我国饮用水消毒技术的发展趋势和研究人员选题具有重要意义.     

浅谈饮用水消毒技术

当前水消毒技术主要采用氯化消毒,但由于其在消毒过程中会产生大量消毒副产物,这些副产物有的可致癌,为了提高水质以及人民的健康需要,发展了多种新兴水消毒工艺。阐述了水消毒技术的现状以及多种新的水消毒工艺。     

饮用水氯消毒副产物控制技术研究进展

依据新颁布的《生活饮用水卫生标准》对饮用水氯消毒副产物控制技术进行了具体的论述,介绍了替代消毒剂、前体物去除和副产物去除等控制技术的应用效果和局限性,分析了安全高效的多级屏障组合消毒工艺在控制消毒副产物中的应用前景。     

水中典型含氮有机物氯化生成消毒副产物的潜能研究

选取了受污染原水中广泛存在的12种含氮有机物（除草剂、杀虫剂、氨基酸、工业品等）,开展了氯化和氯胺化培养生成典型消毒副产物的实验,目的是通过对水中脲类除草剂、嗪类除草剂和其他含氮化合物培养生成不同消毒副产物的生成量,讨论不同种类含氮化合物生成含碳和含氮消毒副产物规律以及考察不同消毒副产物的可能前体物.研究发现,脲类除草...     

3种典型消毒副产物对细菌抗生素抗性的影响

本文研究了消毒副产物对细菌抗生素抗性的作用.分别选取三卤甲烷类(THMs)、卤乙酸类(HAAs)以及醛类消毒副产物中典型物质一氯二溴甲烷(CDBM)、碘乙酸(IAA)和水合三氯乙醛(CH),研究了细菌经消毒副产物染毒之后,对多种抗生素的抗性变化情况.结果发现,3种消毒副产物均可以诱导野生型铜绿假单胞菌提高对5种受试抗生素的抗性,提高作用IAACHCDBM.IAA对多重抗性也具有一定的提高作用.野生型大肠杆菌的抗生素抗性同样能够被DBPs诱导提高,说明DBPs对抗性的影响具有普遍性.其作用机制可能是DBPs通过氧化胁迫机制诱导细菌发生突变,进而提高细菌抗生素抗性.本研究表明饮用水系统中部分细菌抗生素抗性的获得可能与消毒副产物有关;除毒理学风险外,消毒副产物的流行病学风险同样不容忽视.     

顺序氯化对微生物、副产物和生物稳定性的综合控制

在中试规模试验中,研究了“短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺”对微生物、消毒副产物和生物稳定性指标的控制效果.该顺序氯化消毒工艺综合利用了游离氯消毒灭活微生物迅速彻底,氯胺消毒副产物生产量低的特点,通过氯化消毒技术的组合,安全经济地实现了消毒卫生学和消毒副产物指标的双重控制.该消毒工艺对细菌总数、异养菌平板计数、总大肠菌群指标的控制效果略好于传统游离氯消毒,对脊髓灰质炎病毒和大肠杆菌f2噬菌体的灭活效果与游离氯相同.相同原水条件下,顺序氯化消毒工艺比游离氯消毒工艺产生的三卤甲烷浓度减少35.8%～77.0%;卤乙酸减少36.6%～54.8%.消毒进水水质越差,顺序氯化消毒工艺在消毒副产物控制方面就越有优势.该工艺对生物稳定性指标的控制效果明显高于游离氯消毒.     

含氯消毒副产物的种类、危害与地表水污染现状

新型冠状病毒肺炎（COVID-19,简称“新冠肺炎”）疫情期间,含氯消毒剂被大量使用,含氯消毒剂会与水中本底存在的有机物反应生成含氯消毒副产物（CDBPs）,CDBPs包括卤甲烷、卤乙酸、无机卤氧酸盐、卤代乙腈、卤化氰、卤化硝基甲烷、卤代乙醛和其他CDBPs.梳理了各类CDBPs的危害,结果表明:大部分CDBPs具有致癌、致畸和致突变的“三致”毒性,在自然水体中威胁水生生物安全和人群健康;虽然现阶段大量研究集中于饮用水中的消毒副产物,但也有少量研究证实地表水中已有消毒副产物的检出.新冠肺炎疫情期间含氯消毒剂使用量较大,建议对余氯呈阳性的地表水继续开展主要CDBPs的筛查,有针对性地开展监测,推动含氯消毒剂的合理使用;同时,应加强监管,在地表水质量标准修订时完善消毒副产物指标,在相关行业废水控制标准中增加消毒副产物指标,避免对地表水生态系统造成次生环境影响.      

组合氯化消毒工艺的卤代消毒副产物生成特性

比较4种单独使用氯或组合氯化消毒工艺在较长管网停留时的卤代消毒副产物生成情况.4种工艺为单独游离氯消毒、氯胺消毒、清水池游离氯消毒后转氯胺的先氯后氨消毒、短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺.结果表明,游离氯消毒工艺在管网停留时间长时,卤代消毒副产物会持续大量的生成,而一氯胺消毒工艺生成的卤代消毒副产物量很低.目前使用较为普遍的先氯后氨消毒工艺与游离氯消毒相比,可以降低卤代消毒副产物的生成量,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量降低了9.6%,卤乙酸的生成量减低了42%.但是先氯后氨消毒工艺由于游离氯接触时间约为2 h,卤代消毒副产物已经大量生成.短时游离氯后转氯胺的顺序氯化消毒工艺,由于控制了游离氯的接触时间,可以在保障消毒工艺灭活微生物效果的同时更为有效地控制卤代消毒副产物,管网停留24 h时,三卤甲烷的生成量与单独游离氯消毒工艺相比降低了48%,卤乙酸的生成量减低了72%.因此,顺序氯化消毒工艺可以更好地控制卤代消毒副产物的生成,提高水质安全性.     

饮用水中的消毒副产物及其控制策略

消毒副产物（disinfection by-products,DBPs）是在饮用水消毒时由消毒剂与有机或无机前体物反应生成的一类次生污染物,其由于具有致癌、致畸和致突变的三致特性在全球范围内广受关注.聚焦于饮用水中的DBPs,介绍了DBPs的主要分类和研究历程,汇总了多地饮用水中常见DBPs的浓度水平以及全球饮用水水质标准对DBP指标的管控要求.随后系统介绍了饮用水中DBPs的控制策略,包括源头控制、过程控制、末端控制以及协同控制这4大类,并对各类控制方法的优缺点进行了分析.评述了中国的DBPs研究的现有水平和未来趋势,并展望了未来有关DBPs控制方法的研究方向.一方面,在评价某种工艺或技术对DBPs的控制效果时需要考虑DBPs浓度和水质综合毒性的变化,另一方面,建议关注耦合源头、过程和末端控制技术的协同控制方法,兼顾从源头到龙头每个节点,实现对饮用水中各类DBPs的高效控制.     

再生水消毒副产物的检测、生成与控制

在水资源紧缺的当下,污水再生利用是一项重要的环保战略更是资源战略.消毒能有效杀灭病菌和阻断介水疾病的传播,是保障再生水用水安全的重要手段.然而,消毒剂会不可避免地与水中有机物发生反应形成具有毒害效应的消毒副产物.围绕污水在再生消毒过程中所产生的消毒副产物,针对其检测识别方法、生成条件（前体物、消毒工艺及水质条件对消毒副产物生成的影响）以及控制方法（源头控制、过程控制及末端控制）进行综述.在此基础上,对再生水消毒副产物的未来研究动态进行了探讨,可为保障再生水的安全利用提供依据.     

Research progress of disinfection and disinfection by-products in China

Disinfection is an indispensable water treatment process for killing harmful pathogens and protecting human health. However, the disinfection has caused significant public concern due to the formation of toxic disinfection by-products(DBPs). Lots of studies on disinfection and DBPs have been performed in the world since 1974. Although related studies in China started in1980 s, a great progress has been achieved during the last three decades. Therefore, this review summarized the main achievements on disinfection and DPBs studies in China, which included:(1) the occurrence of DBPs in water of China,(2) the identification and detection methods of DBPs,(3) the formation mechanisms of DBPs during disinfection process,(4) the toxicological effects and epidemiological surveys of DBPs,(5) the control and management countermeasures of DBPs in water disinfection, and(6) the challenges and chances of DBPs studies in future. It is expected that this review would provide useful information and reference for optimizing disinfection process, reducing DBPs formation and protecting human health.     

Disinfection by-product (DBP) research in China: Are we on the track?

Disinfection by-products (DBPs) formed during water disinfection has drawn significant public concern due to its toxicity. Since the first discovery of the trihalomethanes in 1974, continued effort has been devoted on DBPs worldwide to investigate the formation mechanism, levels, toxicity and control measures in drinking water. This review summarizes the main achievements on DBP research in China, which included: (1) the investigation of known DBP occurrence in drinking water of China; (2) the enhanced removal of DBP precursor by water treatment process; (3) the disinfection optimization to minimize DBP formation; and (4) the identification of unknown DBPs in drinking water. Although the research of DBPs in China cover the whole formation process of DBPs, there is still a challenge in effectively controlling the drinking water quality risk induced by DBPs, an integrated research framework including chemistry, toxicology, engineering, and epidemiology is especially crucial.     

蓝藻AOM特征与DBPs生成关系的研究进展

蓝藻水华期间,藻细胞因自然生长或受水处理工艺影响(如预氧化和混凝),会向水中释放大量藻源有机物(AOM),能够与氯消毒剂反应生成大量消毒副产物(DBPs),增加了饮用水安全风险.了解AOM的特征及其对DBPs生成的影响对于AOM的控制和饮用水安全保障至关重要.本文综述了蓝藻AOM的主要理化特征(溶解性有机碳、溶解性有机...     

微生物对饮用水典型消毒副产物前体物的降解效能及其群落特征

相对于CF（氯仿）等C-DBPs（含碳消毒副产物）,DCAN（二氯乙腈）等N-DBPs（含氮消毒副产物）具有更高的毒性.控制DBPs（消毒副产物）的前体物是抑制DBPs产生的最有效方法之一.为考察微生物降解DBPs前体物对生成DBPs的影响,分别选取C-DBPs和N-DBPs的典型代表物CF和DCAN及其相应的典型前体物Tyr（酪氨酸）和Asp（天冬氨酸）为研究对象,采用微生物培养前体物的方式,探究微生物对典型前体物Tyr和Asp的降解效果及其对生成CF和DCAN的控制效果.结果表明:①Tyr和Asp两种前体物经微生物降解后,DOC（溶解性有机碳）的去除率分别为94.0%和85.6%,DON（溶解性有机氮）的去除率分别为69.0%和81.0%.②在前体物经微生物降解后的水样中,氯化或氯胺化消毒后生成CF和DCAN的量较降解前均大大减少.以Tyr为前体物,水样经微生物降解、氯化消毒后生成CF和DCAN的量分别降低了56.1%和89.5%,氯胺化消毒后生成CF的量降低了68.5%;以Asp为前体物,水样经微生物降解、氯化消毒后生成DCAN的量最高可降低99.9%,经微生物降解、氯胺化消毒后生成的CF可降低50.7%.③对水样中微生物菌群分析发现,在门水平上的菌群主要有变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门（Actinobacteria）和拟杆菌门（Bacteroidetes）,在属水平上的菌属主要有伯克氏菌属（Burkholderia-paraburkholderia）、半角藻属（Haliangium）、分枝杆菌属（Mycobacterium）、沉积小杆菌属（Sediminibacterium）、norank_f_Chitinophagaceae和动胶菌属（Zoogloea）.研究显示,微生物降解对DBPs典型前体物Tyr和Asp的去除,以及对生成CF和DCAN的控制具有较大的潜力,变形菌和放线菌在降解DBPs前体物中起到了重要作用.      

不同预氧化剂对长江原水氯(胺)化DBPs生成潜能的影响

以取自上海市杨树浦水厂的长江原水为研究对象,对比分析了3种常见预氧化剂二氧化氯(ClO2)、高锰酸钾(KMnO4)及氯(Cl2)预氧化对削减氯化和氯胺化消毒副产物(DBPs)生成潜能的效果情况.氯化培养实验结果表明,3种预氧化剂的处理对DBPs总量的去除效果均不显著,经ClO2、Cl2及KMnO4作用后可分别削减8.4%、5.7%及3.9%,效果为ClO2>Cl2>KMnO4.对于长江原水使用氯化消毒时,采用ClO2作为预氧化剂可取得对消毒副产物较好的去除效果.氯胺化培养实验结果表明,3种预氧化剂处理对长江原水氯胺化DBPs的生成潜能影响有较大差异,经ClO2和KMnO4作用后可分别削减18.1%及4.1%,而预氯化后则增高12.3%,对于长江原水使用氯胺化消毒时,采用ClO2作为预氧化剂可取得对消毒副产物较为明显的去除效果.同时,应尽量避免使用预氯化后加氯胺化的组合,以防止在水处理过程中生成更多的DBPs而影响出水水质.     

Identification of unknown disinfection byproducts in drinking water produced from Taihu Lake source water

Although disinfection byproducts(DBPs) in drinking water have been suggested as a cancer causing factor, the causative compounds have not yet been clarified. In this study, we used liquid chromatography quadrupole-time-of-flight spectrometry(LC-QTOF MS) to identify the unknown disinfection byproducts(DBPs) in drinking water produced from Taihu Lake source water, which is known as a convergence point for the anthropogenic pollutants discharged from intensive industrial activities in the surroundi...     

黄河原水中消毒副产物前体物的组成特征及其化学预氧化处理效果对比

以取自河南省郑州市石佛原水厂的黄河原水为研究对象,系统研究了原水中消毒副产物(DBPs)前体物的组成规律,对比分析了3种预氧化剂(高锰酸钾、自由氯和二氧化氯)对原水中DBPs生成潜能的消减规律.试验结果表明:原水中DBPs的前体物均以小分子有机物和疏水性组分(52.51%)为主;分子量小于1 k Da有机物组分是生成含氮消毒副产物(N-DBPs)和三卤甲烷(THMs)的主要前体物;疏水性有机物是生成THMs的主要前体物,亲水性有机物是生成N-DBPs的主要前体物.经Cl2预氧化后,直接生成的DBPs随着自由氯投加量的增加而增加,Cl O2和KMn O4预氧化直接增加DBPs产生量.经3种预氧化剂氧化后,原水中三卤甲烷生成潜能(THMFP)均呈现一定的下降,其降低量依次为Cl O2Cl2KMn O4;然而3种预氧化剂都不能有效的减少含氮消毒副产物生成潜能(N-DBPFP),Cl O2预氧化和Cl2预氧化可增加N-DBPs生成潜能,尤其在较高投加量下,Cl2预氧化将大大增加N-DBPs生成潜能.为有效消减总DBPs生成潜能,水厂可优先采用KMn O4或Cl O2作为预氧化剂处理引黄水库或沉砂池水.     

Synergistic cytotoxicity of binary combinations of inorganic and organic disinfection byproducts assessed by real-time cell analysis

Chlorine, chlorine dioxide, and ozone are widely used as disinfectants in drinking water treatments. However, the combined use of different disinfectants can result in the formation of various organic and inorganic disinfection byproducts (DBPs). The toxic interactions, including synergism, addition, and antagonism, among the complex DBPs are still unclear. In this study, we established and verified a real-time cell analysis (RTCA) method for cytotoxicity measurement on Chinese hamster ovary (CHO) cell. Using this convenient and accurate method, we assessed the cytotoxicity of a series of binary combinations consisting of one of the 3 inorganic DBPs (chlorite, chlorate, and bromate) and one of the 32 regulated and emerging organic DBPs. The combination index (CI) of each combination was calculated and evaluated by isobolographic analysis to reflect the toxic interactions. The results confirmed the synergistic effect on cytotoxicity in the binary combinations consisting of chlorite and one of the 5 organic DBPs (2 iodinated DBPs (I-DBPs) and 3 brominated DBPs (Br-DBPs)), chlorate and one of the 4 organic DBPs (3 aromatic DBPs and dibromoacetonitrile), and bromate and one of the 3 organic DBPs (2 I-DBPs and dibromoacetic acid). The possible synergism mechanism of organic DBPs on the inorganic ones may be attributed to the influence of organic DBPs on cell membrane and cell antioxidant system. This study revealed the toxic interactions among organic and inorganic DBPs, and emphasized the latent adverse outcomes in the combined use of different disinfectants.