饮用水安全：应对新的影响和毒性驱动因素
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供水生产管理
摘要：消毒副产物 (DBPs) 是饮用水消毒过程中意外形成的产物。它们通过天然或人为有机物、溴和碘与消毒剂（如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯）反应生成。DBPs 与其他环境污染物不同，它们并非为特定用途创建，也不会从工业排放到河流中，而是在饮用水处理过程中形成的，这使得它们更难以识别。
消毒副产物 (DBPs) 是饮用水消毒过程中意外形成的产物。它们通过天然或人为有机物、溴和碘与消毒剂（如氯、氯胺、臭氧或二氧化氯）反应生成。DBPs 与其他环境污染物不同，它们并非为特定用途创建，也不会从工业排放到河流中，而是在饮用水处理过程中形成的，这使得它们更难以识别。目前，饮用水中已识别出700多种DBPs，但只有少数几种受到监管。例如，美国目前仅监管其中的11种。此外，污染物如全氟和多氟烷基物质 (PFAS)，也被称为“永久化学品”，可能存在或不存在于你的饮用水中。相比之下，DBPs 总是在消毒过的水中，通常比PFAS和其他传统污染物高出1000倍的水平。此外，已记录的消毒副产物（DBPs）对健康的不良影响（包括膀胱癌、流产和出生缺陷）尚未完全得到控制。此外，还有更多的DBPs等待被识别，目前氯化饮用水中大约70%的卤代DBPs仍未得到充分确认。因此，了解我们每天饮用水中的这些化学物质至关重要虽然 DBPs 可以在处理纯净（未受污染）水时形成，但我们的水供应也面临新的影响，包括水力压裂、燃煤电厂和藻类污染。水力压裂废水可能释放出高浓度的溴和碘，从而形成更具毒性的含溴和含碘 DBPs。燃煤电厂在转向湿法烟气脱硫过程（减少释放到空气中的汞含量）时，也会释放大量溴和碘，对下游饮用水厂产生影响。此外，有害藻华在全球范围内增加，除了向饮用水源释放有害毒素外，藻类有机物进入饮用水处理系统（例如在水库中预消毒以控制藻类时），还可能加倍 DBPs 的形成。气候变化和日益严重的干旱也迫使水务公司寻找其他水源，包括海水和废水。废水是这些替代品中更便宜的选择，并且在任何有人类存在的地方都可获取，使其成为一种随时可用的水源。美国西部各州现在正逐步采用可饮用的再生水，这一过程通常使用微滤或超滤膜、反渗透膜过滤和高级氧化，然后进一步处理（通常是氯化处理），用于最终的饮用水处理。我的一项新研究涉及饮用水再利用，重点研究在污水处理过程中未能完全去除的优先污染物，这些污染物可能在再利用处理中进一步转化。这些优先污染物包括激素（如17β-雌二醇、雌酮、17α-乙炔基雌二醇）、内分泌干扰物（双酚A）、药物（双氯芬酸）、抗菌剂（三氯生）和表面活性剂分解产物（壬基酚）。通过液相色谱和气相色谱-高分辨率质谱对这些污染物的氯处理影响进行了非目标法分析，发现许多新形成的DBPs，包括28种以前未报道的化合物。毒性测量显示一些化合物在氯处理后变得更具毒性，而许多化合物则在处理后减少了雌激素效应，尽管溴的存在可能改变这一效果。我的团队还新发现了新的卤代环戊二烯类DBPs，研究中使用了气相色谱-高分辨质谱 (GC-high resolution-MS) 进行鉴定。这一新型DBP类别是第一个预期具有生物累积性的，其中一种（六氯环戊二烯）目前已被认为是迄今为止研究中最具细胞毒性的DBP。这一发现完全是意外，由一名学生在将饮用水样品作为控制样本，用于研究泡茶过程中形成的DBPs时发现的。该学生观察到全新的质量谱，显示出大量的氯和溴同位素模式，这些模式在现有数据库中并不存在。我发现水中未知污染物的“秘诀”是使用XAD树脂柱提取大量水样（以获得高浓度因子）、高度敏感的质谱仪以及“传统的”手动质谱解释。通过高分辨率质谱获得精确质量，检查同位素模式和碎片模式，考虑所有可能的异构体，并与标准样本进行确认是关键步骤。最近的一项“推动因素”研究深入探讨了水中毒性的主要驱动因素。这项工作定量分析了72种受监管和优先DBPs，并测量了整体水样的细胞毒性。研究了美国各地的饮用水，包括受海水和污水影响的水体。研究发现氮化和碘化DBPs与细胞毒性显著相关。结果表明，未受监管的卤代乙腈和碘乙酸是细胞毒性的主要驱动因素，建议应将其纳入监管。好消息是，已有方法可用于降低饮用水中的DBP水平，例如颗粒活性炭（GAC）预处理结合少量氯、臭氧的使用，以及使用离子交换树脂来减少溴化和碘化DBPs。综上所述，我的观点是：“我们的水质不错，但我们可以做得更好。”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》杂志https://thesourcemagazine.org/
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