我國(guó)典型城市飲用水消毒副產(chǎn)物的分布與健康風(fēng)險(xiǎn)解析一、引言1.1研究背景與意義飲用水安全是關(guān)乎人類(lèi)生存與健康的重要議題，在飲用水處理過(guò)程中，消毒是不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其目的在于有效殺滅水中的病原體，如細(xì)菌、病毒和寄生蟲(chóng)等，從而防止水傳播疾病的爆發(fā)與傳播。然而，在消毒過(guò)程中，消毒劑與水中的天然有機(jī)物（NOM）、溴化物、碘化物等物質(zhì)會(huì)發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，由此產(chǎn)生了消毒副產(chǎn)物（DBPs）。自20世紀(jì)70年代，Rook和Beller發(fā)現(xiàn)飲用水加氯消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷（THMs）以來(lái)，DBPs逐漸進(jìn)入人們的視野，其種類(lèi)繁多，截至目前，已被鑒定出的DBPs多達(dá)700余種。在這些DBPs中，三鹵甲烷和鹵代乙酸（HAAs）是含量最為豐富的兩類(lèi)，在所有消毒副產(chǎn)物中，三鹵甲烷占比約66%，鹵代乙酸占比約27%。毒理學(xué)研究和流行病學(xué)調(diào)查顯示，DBPs對(duì)人體健康存在著不容忽視的潛在危害，世界衛(wèi)生組織已將三鹵甲烷和鹵代乙酸列為2B類(lèi)致癌物。長(zhǎng)期暴露于DBPs環(huán)境下，會(huì)顯著增加人體患膀胱癌、直腸癌和結(jié)腸癌等癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。有研究表明，飲用水中THMs水平每增加10微克/升，膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)會(huì)上升20%，直腸癌風(fēng)險(xiǎn)增加18%，結(jié)腸癌風(fēng)險(xiǎn)增加15%。DBPs還具有生殖毒性，會(huì)對(duì)精子質(zhì)量和生育能力產(chǎn)生負(fù)面影響，長(zhǎng)期接觸鹵代乙酸，會(huì)增加男性不育和流產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。DBPs對(duì)胎兒的神經(jīng)發(fā)育也有不良影響，母親在懷孕期間接觸這些副產(chǎn)物，可能導(dǎo)致子女認(rèn)知功能低下、學(xué)習(xí)困難和行為問(wèn)題。另外，DBPs還會(huì)引發(fā)血管炎癥和氧化應(yīng)激，進(jìn)而增加心血管疾病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，高濃度的鹵代乙酸暴露與冠心病、中風(fēng)和心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)的增加密切相關(guān)。我國(guó)地域遼闊，不同地區(qū)的水源水質(zhì)、消毒工藝以及管網(wǎng)條件等存在顯著差異，這導(dǎo)致飲用水中DBPs的生成和分布呈現(xiàn)出明顯的地域特征。南方地區(qū)水源水中有機(jī)物和溴化物含量相對(duì)較高，在消毒過(guò)程中更容易生成含溴和含碘的DBPs；而北方地區(qū)由于水源水質(zhì)和消毒工藝的不同，DBPs的種類(lèi)和濃度分布也具有自身特點(diǎn)。不同的消毒工藝，如氯化消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和氯胺消毒等，產(chǎn)生的DBPs種類(lèi)和濃度也大相徑庭。氯化消毒會(huì)產(chǎn)生大量的THMs和HAAs；二氧化氯消毒產(chǎn)生的DBPs主要是氯酸鹽和亞氯酸鹽；臭氧消毒會(huì)生成溴酸鹽等副產(chǎn)物；氯胺消毒則可能產(chǎn)生鹵代乙腈等DBPs。因此，系統(tǒng)研究我國(guó)典型城市飲用水中DBPs的分布特征，對(duì)于深入了解DBPs的生成機(jī)制和影響因素具有重要意義。研究我國(guó)典型城市飲用水中DBPs的分布特征及其健康風(fēng)險(xiǎn)，一方面能夠?yàn)轱嬘盟竟に嚨膬?yōu)化和DBPs的控制提供科學(xué)依據(jù)，有助于降低DBPs的生成，提高飲用水的安全性；另一方面，也能為公眾健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供數(shù)據(jù)支持，增強(qiáng)公眾對(duì)飲用水安全的認(rèn)知和重視程度。鑒于DBPs對(duì)人體健康的潛在威脅以及我國(guó)飲用水中DBPs分布的復(fù)雜性，開(kāi)展此項(xiàng)研究顯得尤為重要和緊迫。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀國(guó)外對(duì)飲用水消毒副產(chǎn)物的研究起步較早，早在20世紀(jì)70年代，美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（EPA）就開(kāi)始關(guān)注飲用水中的DBPs問(wèn)題。1979年，美國(guó)EPA頒布了《安全飲用水法》修正案，首次對(duì)飲用水中的三鹵甲烷（THMs）進(jìn)行了限值規(guī)定。此后，國(guó)外學(xué)者圍繞DBPs的形成機(jī)制、分布特征、毒性效應(yīng)以及控制技術(shù)等方面展開(kāi)了大量研究。在DBPs的形成機(jī)制研究方面，國(guó)外學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模型模擬，深入探究了消毒劑種類(lèi)、有機(jī)物性質(zhì)、溴離子濃度、pH值、溫度等因素對(duì)DBPs生成的影響。研究發(fā)現(xiàn)，不同的消毒劑與水中的有機(jī)物反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生不同種類(lèi)和濃度的DBPs。氯消毒過(guò)程中，水中的腐殖酸、富里酸等天然有機(jī)物是形成THMs和鹵代乙酸（HAAs）的主要前體物質(zhì)；溴離子的存在會(huì)促進(jìn)含溴DBPs的生成，且隨著溴離子濃度的增加，含溴DBPs的比例逐漸升高。溫度和pH值也會(huì)對(duì)DBPs的生成產(chǎn)生顯著影響，一般來(lái)說(shuō)，高溫和較高的pH值有利于DBPs的生成。關(guān)于DBPs的分布特征，國(guó)外研究涵蓋了不同地區(qū)、不同水源和不同消毒工藝的飲用水。對(duì)美國(guó)多個(gè)城市飲用水的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，THMs和HAAs是最主要的DBPs，其濃度在不同城市和不同季節(jié)存在一定差異。在以地表水為水源的飲用水中，DBPs的濃度通常高于以地下水為水源的飲用水；采用氯化消毒的飲用水中，DBPs的濃度普遍高于采用其他消毒工藝的飲用水。一些研究還關(guān)注了飲用水在管網(wǎng)輸送過(guò)程中DBPs的變化情況，發(fā)現(xiàn)隨著管網(wǎng)停留時(shí)間的延長(zhǎng)，DBPs的濃度會(huì)有所增加。在DBPs的毒性效應(yīng)研究方面，國(guó)外學(xué)者進(jìn)行了大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和流行病學(xué)調(diào)查。毒理學(xué)研究表明，THMs和HAAs具有致癌、致畸、致突變等毒性作用。長(zhǎng)期暴露于高濃度的THMs環(huán)境下，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物患膀胱癌、肝癌等癌癥的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加；HAAs對(duì)動(dòng)物的生殖系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)也有不良影響。流行病學(xué)調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，飲用含有高濃度DBPs的飲用水與人群患癌癥、心血管疾病等疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)。在DBPs的控制技術(shù)研究方面，國(guó)外已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種有效的控制方法，包括優(yōu)化消毒工藝、強(qiáng)化預(yù)處理、采用深度處理技術(shù)等。通過(guò)優(yōu)化消毒劑的投加量和投加方式，可以減少DBPs的生成；強(qiáng)化預(yù)處理如活性炭吸附、生物預(yù)處理等，可以去除水中的有機(jī)物和DBPs前體物質(zhì)，從而降低DBPs的生成量；深度處理技術(shù)如膜過(guò)濾、臭氧氧化、高級(jí)氧化技術(shù)等，可以有效去除水中的DBPs。國(guó)內(nèi)對(duì)飲用水消毒副產(chǎn)物的研究相對(duì)較晚，但近年來(lái)也取得了豐碩的成果。隨著我國(guó)對(duì)飲用水安全的重視程度不斷提高，國(guó)內(nèi)學(xué)者在DBPs的分布特征、健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及控制技術(shù)等方面開(kāi)展了大量研究工作。在DBPs的分布特征研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)不同地區(qū)、不同水源和不同消毒工藝的飲用水進(jìn)行了廣泛的調(diào)查。對(duì)我國(guó)南方和北方多個(gè)城市飲用水的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，不同地區(qū)飲用水中DBPs的種類(lèi)和濃度存在明顯差異。南方地區(qū)由于水源水中有機(jī)物和溴化物含量較高，在消毒過(guò)程中更容易生成含溴和含碘的DBPs，其濃度也相對(duì)較高；北方地區(qū)飲用水中DBPs的種類(lèi)和濃度則受到水源水質(zhì)和消毒工藝的影響。不同消毒工藝產(chǎn)生的DBPs也有所不同，氯化消毒產(chǎn)生的DBPs主要是THMs和HAAs；二氧化氯消毒產(chǎn)生的DBPs主要是氯酸鹽和亞氯酸鹽；臭氧消毒產(chǎn)生的DBPs主要是溴酸鹽等。在DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者采用暴露評(píng)估、毒性評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)表征等方法，對(duì)我國(guó)居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果表明，我國(guó)部分地區(qū)居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平，但也有一些地區(qū)的風(fēng)險(xiǎn)水平較高，需要引起重視。不同地區(qū)和不同人群的健康風(fēng)險(xiǎn)存在差異，這與飲用水中DBPs的濃度、居民的飲水量以及個(gè)體的敏感性等因素有關(guān)。在DBPs的控制技術(shù)研究方面，國(guó)內(nèi)學(xué)者在借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，開(kāi)展了一系列研究工作。通過(guò)優(yōu)化消毒工藝，如采用氯胺消毒、二氧化氯消毒等替代傳統(tǒng)的氯化消毒，可以有效減少DBPs的生成；強(qiáng)化預(yù)處理如混凝沉淀、過(guò)濾等，可以去除水中的部分有機(jī)物和DBPs前體物質(zhì)；深度處理技術(shù)如活性炭吸附、膜過(guò)濾、臭氧氧化等，也在我國(guó)飲用水處理中得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的DBP控制效果。盡管?chē)?guó)內(nèi)外在飲用水消毒副產(chǎn)物的研究方面取得了一定進(jìn)展，但仍存在一些不足之處。目前對(duì)DBPs的研究主要集中在三鹵甲烷和鹵代乙酸等常見(jiàn)的DBPs上，對(duì)于其他種類(lèi)的DBPs，如鹵代乙腈、鹵代酮、鹵代硝基甲烷等的研究相對(duì)較少。這些新興DBPs的生成機(jī)制、分布特征和毒性效應(yīng)尚不完全清楚，需要進(jìn)一步深入研究。在DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面，目前的研究主要基于實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)和流行病學(xué)調(diào)查，對(duì)于實(shí)際人群暴露于DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還存在一定的不確定性。不同地區(qū)和不同人群的生活習(xí)慣、飲水方式等存在差異，這些因素對(duì)DBPs暴露和健康風(fēng)險(xiǎn)的影響還需要進(jìn)一步研究。此外，DBPs之間的聯(lián)合毒性效應(yīng)也尚未得到充分研究，多種DBPs同時(shí)存在時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生協(xié)同作用，對(duì)人體健康造成更大的危害。在DBPs的控制技術(shù)方面，雖然已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種有效的控制方法，但這些方法在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些問(wèn)題。一些控制技術(shù)的成本較高，限制了其在一些地區(qū)的推廣應(yīng)用；一些控制技術(shù)可能會(huì)對(duì)飲用水的水質(zhì)產(chǎn)生其他影響，如膜過(guò)濾可能會(huì)導(dǎo)致水中有益礦物質(zhì)的流失。因此，需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的DBP控制技術(shù)。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在系統(tǒng)、全面地揭示我國(guó)典型城市飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的分布特征，并對(duì)其可能帶來(lái)的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)、準(zhǔn)確的評(píng)估，為飲用水消毒工藝的優(yōu)化以及DBPs的有效控制提供堅(jiān)實(shí)的科學(xué)依據(jù)，進(jìn)而切實(shí)保障公眾的飲用水安全。具體研究?jī)?nèi)容如下：典型城市飲用水中DBPs的采樣與檢測(cè)：選取我國(guó)具有代表性的多個(gè)典型城市，充分考慮不同地區(qū)的地理位置、水源類(lèi)型、消毒工藝以及人口密度等因素，在各城市的自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水、管網(wǎng)末梢水以及二次供水點(diǎn)等關(guān)鍵位置進(jìn)行科學(xué)、合理的水樣采集。運(yùn)用先進(jìn)、可靠的氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）、液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）等分析技術(shù)，對(duì)水樣中的DBPs進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的定性和定量檢測(cè)，詳細(xì)測(cè)定三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙酸（HAAs）、鹵代乙腈（HANs）、鹵代酮（HKs）等常見(jiàn)DBPs以及新興DBPs的濃度水平。DBPs分布特征分析：深入分析不同城市、不同水源、不同消毒工藝以及不同季節(jié)下飲用水中DBPs的種類(lèi)和濃度分布規(guī)律。研究水源水質(zhì)（如有機(jī)物含量、溴化物濃度、pH值等）、消毒工藝參數(shù)（如消毒劑種類(lèi)、投加量、接觸時(shí)間等）以及管網(wǎng)條件（如管網(wǎng)材質(zhì)、水力停留時(shí)間等）對(duì)DBPs生成和分布的影響機(jī)制。通過(guò)對(duì)比不同地區(qū)和不同條件下DBPs的分布差異，總結(jié)出我國(guó)典型城市飲用水中DBPs的分布特征和變化趨勢(shì)。DBPs健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估：基于檢測(cè)得到的DBPs濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)毒理學(xué)研究成果和人群暴露參數(shù)，采用科學(xué)、合理的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)我國(guó)典型城市居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面、系統(tǒng)的評(píng)估?？紤]不同年齡段、性別、飲水量等因素對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的影響，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的不確定性分析，明確DBPs對(duì)不同人群健康風(fēng)險(xiǎn)的差異，識(shí)別出高風(fēng)險(xiǎn)人群和關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。DBPs控制策略探討：根據(jù)DBPs的分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合我國(guó)飲用水處理的實(shí)際情況和技術(shù)水平，探討有效的DBPs控制策略。研究?jī)?yōu)化消毒工藝（如采用聯(lián)合消毒工藝、優(yōu)化消毒劑投加方式等）、強(qiáng)化預(yù)處理（如活性炭吸附、生物預(yù)處理等）以及深度處理技術(shù)（如膜過(guò)濾、臭氧氧化、高級(jí)氧化技術(shù)等）對(duì)DBPs的去除效果和控制作用。分析不同控制技術(shù)的成本效益和可行性，提出適合我國(guó)典型城市飲用水處理的DBPs控制技術(shù)方案和管理建議。1.4研究方法與技術(shù)路線(xiàn)水樣采集：在我國(guó)東、南、西、北、中不同地理區(qū)域，選取具有代表性的典型城市，涵蓋特大城市、大城市和中等城市，同時(shí)考慮不同的水源類(lèi)型（地表水、地下水）、消毒工藝（氯化消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒、氯胺消毒）以及人口密度等因素。在每個(gè)城市的自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水、管網(wǎng)末梢水以及二次供水點(diǎn)設(shè)置采樣點(diǎn)，采用隨機(jī)抽樣與分層抽樣相結(jié)合的方法進(jìn)行水樣采集。使用經(jīng)嚴(yán)格清洗和滅菌處理的棕色玻璃瓶作為采樣容器，確保水樣不受污染。采集水樣時(shí)，先用待采集水樣沖洗采樣瓶3次，然后采集適量水樣，確保水樣充滿(mǎn)采樣瓶，減少瓶?jī)?nèi)空氣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。在采樣過(guò)程中，詳細(xì)記錄采樣地點(diǎn)、時(shí)間、水溫、pH值、余氯等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)。每個(gè)采樣點(diǎn)每月采集一次水樣，連續(xù)采集12個(gè)月，以獲取不同季節(jié)的水樣數(shù)據(jù)，保證數(shù)據(jù)的全面性和代表性。檢測(cè)分析方法：采用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)測(cè)定三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙腈（HANs）、鹵代酮（HKs）等揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物。首先對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理，使用液-液萃取法，加入適量的萃取劑（如甲基叔丁基醚），振蕩萃取后，取有機(jī)相進(jìn)行GC-MS分析。設(shè)置合適的色譜柱和質(zhì)譜條件，如選擇DB-5MS毛細(xì)管色譜柱，初始溫度40℃，保持3min，以5℃/min的速率升溫至250℃，保持5min；質(zhì)譜采用電子轟擊離子源（EI），掃描范圍為35-500m/z。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留時(shí)間和質(zhì)譜圖進(jìn)行比對(duì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)消毒副產(chǎn)物的定性和定量分析。利用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)檢測(cè)鹵代乙酸（HAAs）等非揮發(fā)性消毒副產(chǎn)物。水樣經(jīng)固相萃取柱富集和凈化后，進(jìn)行LC-MS分析。選用C18反相色譜柱，以甲醇和0.1%甲酸水溶液為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫，質(zhì)譜采用電噴霧離子源（ESI），在負(fù)離子模式下進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品中鹵代乙酸的濃度。對(duì)于一些常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，如pH值、濁度、溶解性總固體、氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮等，分別采用玻璃電極法、濁度儀法、重量法、納氏試劑分光光度法、紫外分光光度法和N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行測(cè)定。余氯采用DPD分光光度法測(cè)定，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。技術(shù)路線(xiàn)：首先，通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研和實(shí)地考察，確定我國(guó)典型城市的采樣點(diǎn)，并制定詳細(xì)的采樣計(jì)劃。按照采樣計(jì)劃，在不同季節(jié)、不同采樣點(diǎn)采集水樣，并及時(shí)送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行保存和預(yù)處理。利用GC-MS、LC-MS等先進(jìn)的分析技術(shù)對(duì)水樣中的消毒副產(chǎn)物進(jìn)行定性和定量檢測(cè)，同時(shí)測(cè)定常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)。在獲得檢測(cè)數(shù)據(jù)后，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，如描述性統(tǒng)計(jì)、相關(guān)性分析、主成分分析等，深入分析不同城市、不同水源、不同消毒工藝以及不同季節(jié)下飲用水中消毒副產(chǎn)物的種類(lèi)和濃度分布特征。研究水源水質(zhì)、消毒工藝參數(shù)以及管網(wǎng)條件等因素對(duì)消毒副產(chǎn)物生成和分布的影響機(jī)制?；跈z測(cè)得到的消毒副產(chǎn)物濃度數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)毒理學(xué)研究成果和人群暴露參數(shù)，采用健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，如美國(guó)環(huán)保局（EPA）推薦的暴露評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)表征模型，對(duì)我國(guó)典型城市居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物的致癌風(fēng)險(xiǎn)和非致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全面評(píng)估。考慮不同年齡段、性別、飲水量等因素對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的影響，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的不確定性分析。最后，根據(jù)消毒副產(chǎn)物的分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，結(jié)合我國(guó)飲用水處理的實(shí)際情況和技術(shù)水平，探討有效的消毒副產(chǎn)物控制策略。研究?jī)?yōu)化消毒工藝、強(qiáng)化預(yù)處理以及深度處理技術(shù)對(duì)消毒副產(chǎn)物的去除效果和控制作用，分析不同控制技術(shù)的成本效益和可行性，提出適合我國(guó)典型城市飲用水處理的消毒副產(chǎn)物控制技術(shù)方案和管理建議。二、飲用水消毒副產(chǎn)物概述2.1消毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生機(jī)制在飲用水消毒過(guò)程中，消毒劑與水中的各類(lèi)物質(zhì)發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生消毒副產(chǎn)物（DBPs）。其產(chǎn)生機(jī)制主要涉及消毒劑與水中天然有機(jī)物（NOM）、溴化物、碘化物等的相互作用。水中的NOM是DBPs的主要前體物質(zhì)，NOM包含腐殖酸、富里酸、蛋白質(zhì)、多糖等多種成分。以氯消毒為例，當(dāng)液氯加入水中后，會(huì)迅速水解生成次氯酸（HClO）和次氯酸根離子（ClO?）。HClO是一種強(qiáng)氧化劑，其分子較小且呈電中性，具有很強(qiáng)的穿透能力，能夠輕易穿過(guò)細(xì)菌的細(xì)胞壁，與細(xì)菌內(nèi)部的酶系統(tǒng)發(fā)生反應(yīng)，從而達(dá)到殺菌的目的。與此同時(shí)，HClO也會(huì)與水中的NOM發(fā)生反應(yīng)。NOM中的酚類(lèi)、醛類(lèi)、烯烴類(lèi)等官能團(tuán)具有較高的反應(yīng)活性，容易與HClO發(fā)生親電取代、加成等反應(yīng)。在親電取代反應(yīng)中，HClO中的氯原子會(huì)取代NOM分子中的氫原子，形成氯代有機(jī)化合物。當(dāng)HClO與腐殖酸中的酚羥基反應(yīng)時(shí)，氯原子會(huì)取代酚羥基上的氫原子，生成氯代酚類(lèi)物質(zhì)。這些氯代酚類(lèi)物質(zhì)進(jìn)一步反應(yīng)，可能會(huì)生成三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙酸（HAAs）等DBPs。當(dāng)水中存在溴化物（Br?）時(shí)，情況會(huì)變得更為復(fù)雜。HClO能夠?qū)r?氧化為次溴酸（HBrO）和次溴酸根離子（BrO?）。HBrO和HClO一樣，也是一種強(qiáng)氧化劑，它與NOM的反應(yīng)活性甚至比HClO更高。HBrO與NOM反應(yīng)時(shí)，會(huì)優(yōu)先將溴原子引入NOM分子中，形成含溴的有機(jī)化合物。這些含溴的有機(jī)化合物在后續(xù)的反應(yīng)中，更容易生成含溴的DBPs，如溴仿（CHBr?）、二溴一氯甲烷（CHBr?Cl）、溴代乙酸（Br-HAAs）等。而且，隨著水中溴化物濃度的增加，含溴DBPs在總DBPs中的比例會(huì)逐漸升高。當(dāng)水中溴化物濃度從0.1mg/L增加到1.0mg/L時(shí)，含溴THMs的生成量可能會(huì)增加數(shù)倍。不同的消毒劑由于其化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)活性的差異，產(chǎn)生DBPs的種類(lèi)和濃度也各不相同。氯胺消毒是將氯和氨反應(yīng)生成一氯胺（NH?Cl）和二氯胺（NHCl?）來(lái)進(jìn)行消毒。與氯消毒相比，氯胺消毒產(chǎn)生的THMs和HAAs的濃度相對(duì)較低。這是因?yàn)槁劝返难趸芰ο鄬?duì)較弱，與NOM的反應(yīng)活性較低，反應(yīng)速度也較慢。但氯胺消毒會(huì)產(chǎn)生鹵代乙腈（HANs）等其他類(lèi)型的DBPs，且在一定條件下，氯胺消毒還可能會(huì)導(dǎo)致亞硝胺的生成。二氧化氯消毒時(shí)，主要產(chǎn)生的DBPs是氯酸鹽（ClO??）和亞氯酸鹽（ClO??）。二氧化氯在水中會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)，一部分二氧化氯被還原為亞氯酸鹽，另一部分被氧化為氯酸鹽。雖然二氧化氯消毒產(chǎn)生的有機(jī)DBPs較少，但氯酸鹽和亞氯酸鹽也具有一定的毒性，需要加以關(guān)注。臭氧消毒過(guò)程中，臭氧（O?）會(huì)與水中的溴化物反應(yīng)生成溴酸鹽（BrO??）。O?具有極強(qiáng)的氧化性，能夠?qū)r?氧化為BrO??。水中的pH值、溫度、臭氧投加量等因素都會(huì)影響溴酸鹽的生成量。在堿性條件下，臭氧更容易將Br?氧化為BrO??，從而增加溴酸鹽的生成量。2.2常見(jiàn)消毒副產(chǎn)物種類(lèi)及危害飲用水消毒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種消毒副產(chǎn)物（DBPs），不同類(lèi)型的DBPs因其獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出各異的毒性效應(yīng)，對(duì)人體健康造成多方面的危害。三鹵甲烷（THMs）：THMs是飲用水消毒中最早被關(guān)注的一類(lèi)DBPs，主要包含氯仿（CHCl?）、溴仿（CHBr?）、一溴二氯甲烷（CHBrCl?）和二溴一氯甲烷（CHBr?Cl）。作為揮發(fā)性鹵代烴，THMs具有特殊氣味，易揮發(fā)，微溶于水。THMs具有致癌性，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）將氯仿列為2B類(lèi)致癌物，長(zhǎng)期接觸THMs會(huì)增加患膀胱癌、肝癌和腎癌等癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。美國(guó)一項(xiàng)對(duì)多個(gè)城市飲用水的研究發(fā)現(xiàn)，飲用水中THMs濃度與膀胱癌發(fā)病率呈正相關(guān)，當(dāng)THMs濃度每升高10μg/L，膀胱癌風(fēng)險(xiǎn)增加約10%。鹵代乙酸（HAAs）：HAAs是另一類(lèi)含量豐富的DBPs，常見(jiàn)的有一氯乙酸（MCAA）、二氯乙酸（DCAA）、三氯乙酸（TCAA）、一溴乙酸（MBAA）、二溴乙酸（DBAA）等。HAAs在水中的溶解性較好，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。HAAs同樣具有致癌性，IARC將二氯乙酸和三氯乙酸列為2B類(lèi)致癌物。有研究表明，長(zhǎng)期飲用含有高濃度HAAs的飲用水，會(huì)顯著增加患結(jié)腸癌和直腸癌的風(fēng)險(xiǎn)。HAAs還具有生殖毒性，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，高劑量的HAAs暴露會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的生殖能力下降，出現(xiàn)精子數(shù)量減少、活力降低等問(wèn)題。鹵代乙腈（HANs）：HANs包括二氯乙腈（DCAN）、三氯乙腈（TCAN）、溴氯乙腈（BCAN）和二溴乙腈（DBAN）等。HANs具有較強(qiáng)的毒性，其毒性比THMs和HAAs更強(qiáng)。HANs具有細(xì)胞毒性和遺傳毒性，能夠損傷細(xì)胞的DNA，干擾細(xì)胞的正常代謝和功能，從而增加致癌風(fēng)險(xiǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，HANs對(duì)水生生物也具有較高的毒性，會(huì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。鹵代酮（HKs）：常見(jiàn)的鹵代酮有1,1-二氯丙酮（1,1-DCP）、1,3-二氯丙酮（1,3-DCP）和三氯丙酮（TCP）等。HKs具有特殊的氣味，在水中有一定的溶解性。HKs具有細(xì)胞毒性和遺傳毒性，能夠引起細(xì)胞的氧化應(yīng)激和DNA損傷。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，HKs會(huì)對(duì)肝臟、腎臟等器官造成損害，影響器官的正常功能。溴酸鹽（BrO??）：溴酸鹽是在臭氧消毒過(guò)程中，臭氧與水中的溴離子反應(yīng)生成的消毒副產(chǎn)物。溴酸鹽是一種無(wú)機(jī)化合物，易溶于水，化學(xué)性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。溴酸鹽具有致癌性，IARC將其列為2B類(lèi)致癌物。長(zhǎng)期攝入含有溴酸鹽的飲用水，會(huì)增加患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)，尤其是膀胱癌。國(guó)際上對(duì)飲用水中溴酸鹽的含量有嚴(yán)格的限制，如世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲用水中溴酸鹽的限值為10μg/L。2.3我國(guó)飲用水消毒現(xiàn)狀及副產(chǎn)物問(wèn)題目前，我國(guó)飲用水消毒主要采用氯化消毒、二氧化氯消毒、臭氧消毒和氯胺消毒等方法。氯化消毒由于其技術(shù)成熟、成本低廉、殺菌效果好且具有持續(xù)消毒能力等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)應(yīng)用最為廣泛，約99.5%的飲用水廠(chǎng)采用氯消毒工藝。液氯和次氯酸鈉是常用的氯消毒劑，液氯在常溫下為黃綠色氣體，具有強(qiáng)烈的刺激性和特殊臭味，氧化能力很強(qiáng)，在6-7個(gè)大氣壓下可變成液態(tài)氯，便于貯存和運(yùn)輸；次氯酸鈉是一種廣譜高效消毒藥，可廣泛應(yīng)用于人畜醫(yī)療衛(wèi)生防疫，如飲用水消毒、療源地消毒、污水處理、畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)消毒等。二氧化氯消毒具有殺菌能力強(qiáng)、消毒效果好、不產(chǎn)生三鹵甲烷等有機(jī)副產(chǎn)物等優(yōu)點(diǎn)，逐漸受到關(guān)注并在一些地區(qū)得到應(yīng)用。二氧化氯對(duì)細(xì)菌的細(xì)胞具有較強(qiáng)的吸附和穿透能力，滅活能力強(qiáng)，甚至其本身的氧化能力能去除三鹵甲烷前驅(qū)體。其制取方法主要有亞氯酸鈉和氯制取，以及用酸與亞氯酸鈉制取。臭氧消毒具有殺菌徹底、無(wú)殘留、殺菌廣譜等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在飲用水處理中的應(yīng)用日益廣泛，如臭氧-陶粒聯(lián)用去除水中微污染有機(jī)物、臭氧化-生物活性炭技術(shù)聯(lián)用等。臭氧極其不穩(wěn)定，分解時(shí)會(huì)釋放出新生態(tài)氧，新生態(tài)的氧具有極強(qiáng)的氧化能力，能破壞細(xì)菌有機(jī)鏈狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。但臭氧消毒也存在投資大、費(fèi)用較氯化消毒高、消毒后對(duì)管道有腐蝕作用等問(wèn)題。氯胺消毒是氯和氨反應(yīng)生成一氯胺和二氯胺以完成氧化和消毒的方法，因氯胺與水中腐殖物質(zhì)作用較小，減少了腐殖物質(zhì)與游離氯所形成的致癌物質(zhì)（如三鹵甲烷），且在管網(wǎng)中的氯胺形成的余氯持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，能有效地抑制殘余細(xì)菌的再繁殖，避免了氯引起的臭味，在一些地區(qū)也有應(yīng)用。然而，這些消毒方法在殺滅水中病原體的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一系列消毒副產(chǎn)物（DBPs）。氯化消毒會(huì)產(chǎn)生三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙酸（HAAs）、鹵代乙腈（HANs）、鹵代酮（HKs）等多種DBPs，其中THMs和HAAs是含量最為豐富的兩類(lèi)。二氧化氯消毒主要產(chǎn)生氯酸鹽（ClO??）和亞氯酸鹽（ClO??）等副產(chǎn)物；臭氧消毒會(huì)生成溴酸鹽（BrO??）等副產(chǎn)物；氯胺消毒則可能產(chǎn)生鹵代乙腈、亞硝胺等DBPs。這些DBPs對(duì)人體健康存在潛在危害，如THMs和HAAs具有致癌性，長(zhǎng)期接觸會(huì)增加患膀胱癌、直腸癌和結(jié)腸癌等癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。鹵代乙腈和鹵代酮具有細(xì)胞毒性和遺傳毒性，能夠損傷細(xì)胞的DNA，干擾細(xì)胞的正常代謝和功能，從而增加致癌風(fēng)險(xiǎn)。溴酸鹽同樣具有致癌性，國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)將其列為2B類(lèi)致癌物。隨著人們對(duì)飲用水安全的關(guān)注度不斷提高，DBPs問(wèn)題日益受到重視，如何在保證消毒效果的同時(shí)，有效控制DBPs的生成，成為我國(guó)飲用水處理領(lǐng)域亟待解決的重要問(wèn)題。三、典型城市飲用水消毒副產(chǎn)物分布特征研究3.1研究區(qū)域與水樣采集為全面、系統(tǒng)地揭示我國(guó)典型城市飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的分布特征，本研究在綜合考量地理位置、水源類(lèi)型、消毒工藝以及人口密度等多種因素的基礎(chǔ)上，精心選取了具有廣泛代表性的多個(gè)典型城市作為研究區(qū)域。這些城市涵蓋了我國(guó)東、南、西、北、中不同地理區(qū)域，其中包括北京、上海、廣州、成都、哈爾濱等特大城市，以及青島、蘇州、長(zhǎng)沙、西安、大連等大城市和部分中等城市。不同地理區(qū)域的城市在氣候條件、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、水資源狀況等方面存在顯著差異，這使得其飲用水水源水質(zhì)、消毒工藝選擇以及管網(wǎng)系統(tǒng)等也各具特點(diǎn)，為研究DBPs的分布特征提供了豐富的樣本。在每個(gè)選定的城市中，根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法—水樣的采集與保存》（GB/T5750.2-2006）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，科學(xué)合理地設(shè)置采樣點(diǎn)。采樣點(diǎn)涵蓋了自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水、管網(wǎng)末梢水以及二次供水點(diǎn)。自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水采樣點(diǎn)設(shè)置在水廠(chǎng)水處理工藝完成后、進(jìn)入輸送管道之前的位置，以獲取未經(jīng)管網(wǎng)輸送影響的原水水質(zhì)信息；管網(wǎng)末梢水采樣點(diǎn)則分布在城市供水管網(wǎng)的不同區(qū)域，包括居民區(qū)、商業(yè)區(qū)、學(xué)校、醫(yī)院等人口密集場(chǎng)所，以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的末梢供水點(diǎn)，旨在監(jiān)測(cè)飲用水在管網(wǎng)末梢的水質(zhì)狀況，反映管網(wǎng)輸送過(guò)程對(duì)DBPs的影響；二次供水點(diǎn)采樣則針對(duì)那些采用二次供水設(shè)施的高層建筑、小區(qū)等，以了解二次供水過(guò)程中DBPs的變化情況。在每個(gè)城市設(shè)置10-20個(gè)采樣點(diǎn)，確保能夠全面、準(zhǔn)確地反映該城市飲用水中DBPs的分布特征。水樣采集時(shí)間跨度為12個(gè)月，每月采集一次，以獲取不同季節(jié)的水樣數(shù)據(jù)。不同季節(jié)的氣候條件、水源水質(zhì)以及用水量等因素會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響DBPs的生成和分布。夏季氣溫較高，水中微生物活性增強(qiáng)，消毒劑的分解速度加快，可能導(dǎo)致DBPs生成量增加；冬季水溫較低，化學(xué)反應(yīng)速率減緩，DBPs的生成量可能相對(duì)減少。通過(guò)全年采樣，能夠更全面地了解DBPs在不同季節(jié)的變化規(guī)律。水樣采集方法嚴(yán)格遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，確保采集的水樣具有代表性和可靠性。在采集前，使用經(jīng)嚴(yán)格清洗和滅菌處理的棕色玻璃瓶作為采樣容器，以避免容器本身對(duì)水樣造成污染。對(duì)于微生物指標(biāo)的測(cè)定，使用經(jīng)過(guò)高溫滅菌后的無(wú)菌玻璃瓶，并在采樣過(guò)程中嚴(yán)格遵守?zé)o菌操作原則，避免手指和其他物品對(duì)瓶口的玷污。采集管道自來(lái)水時(shí)，到達(dá)采樣點(diǎn)后，先以放水量放水3-5分鐘，將管道中陳舊水排出，再調(diào)節(jié)水閥至中等水量放水兩分鐘以上后采集水樣，以保證采集到的水樣為新鮮的管網(wǎng)水；對(duì)于井水，利用抽水機(jī)設(shè)備，啟動(dòng)后先放水?dāng)?shù)分鐘，將積留在管道內(nèi)的陳舊水排出，然后用采樣容器接取水樣；對(duì)于自噴泉水，在涌水口處直接采樣，不自噴泉水則采用與采集井水水樣相同的方法采樣。采集水樣時(shí)，先用待采集水樣沖洗采樣瓶3次，然后采集適量水樣，確保水樣充滿(mǎn)采樣瓶，減少瓶?jī)?nèi)空氣對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響。在采樣過(guò)程中，詳細(xì)記錄采樣地點(diǎn)、時(shí)間、水溫、pH值、余氯等現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)，以便后續(xù)對(duì)DBPs的生成和分布特征進(jìn)行深入分析。3.2消毒副產(chǎn)物檢測(cè)分析方法準(zhǔn)確檢測(cè)飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的種類(lèi)和濃度是研究其分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)。本研究采用了多種先進(jìn)的儀器分析技術(shù)，對(duì)水樣中的DBPs進(jìn)行定性和定量測(cè)定。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GC-MS）技術(shù)被廣泛應(yīng)用于揮發(fā)性DBPs的檢測(cè)，如三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙腈（HANs）、鹵代酮（HKs）等。在使用GC-MS測(cè)定THMs時(shí)，首先對(duì)待測(cè)水樣進(jìn)行預(yù)處理，采用液-液萃取法，向水樣中加入適量的甲基叔丁基醚作為萃取劑。將水樣與萃取劑置于分液漏斗中，充分振蕩，使THMs等目標(biāo)化合物從水相轉(zhuǎn)移至有機(jī)相。振蕩時(shí)間一般控制在5-10分鐘，以確保萃取充分。萃取完成后，將分液漏斗靜置分層10-15分鐘，使有機(jī)相和水相清晰分離。取上層有機(jī)相，使用無(wú)水硫酸鈉對(duì)其進(jìn)行脫水處理，以去除有機(jī)相中殘留的水分。然后將脫水后的有機(jī)相轉(zhuǎn)移至進(jìn)樣瓶中，供GC-MS分析使用。在GC-MS分析過(guò)程中，選用DB-5MS毛細(xì)管色譜柱，其固定相為5%苯基-95%甲基聚硅氧烷，這種色譜柱對(duì)揮發(fā)性有機(jī)化合物具有良好的分離效果。色譜柱的初始溫度設(shè)定為40℃，保持3min，以確保低沸點(diǎn)的THMs能夠充分分離。然后以5℃/min的速率升溫至250℃，保持5min，使高沸點(diǎn)的化合物也能得到有效分離。質(zhì)譜采用電子轟擊離子源（EI），其能量通常設(shè)定為70eV。在該能量下，目標(biāo)化合物分子被電離成各種離子碎片，通過(guò)檢測(cè)這些離子碎片的質(zhì)荷比（m/z）和相對(duì)豐度，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)化合物的定性分析。掃描范圍設(shè)置為35-500m/z，能夠覆蓋THMs等目標(biāo)化合物的特征離子。通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的保留時(shí)間和質(zhì)譜圖進(jìn)行比對(duì)，確定水樣中THMs的種類(lèi)，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法進(jìn)行定量分析。配制一系列不同濃度的THMs標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照上述GC-MS分析條件進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。在相同條件下分析水樣，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算水樣中THMs的濃度。對(duì)于鹵代乙酸（HAAs）等非揮發(fā)性DBPs的檢測(cè)，本研究采用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS）技術(shù)。由于HAAs在水中的濃度通常較低，需要對(duì)水樣進(jìn)行富集和凈化處理。采用固相萃取柱對(duì)水樣中的HAAs進(jìn)行富集，常用的固相萃取柱填料為C18。將水樣以一定流速通過(guò)固相萃取柱，HAAs會(huì)被吸附在C18填料上。流速一般控制在5-10mL/min，以保證HAAs能夠充分吸附。然后用適量的淋洗液對(duì)固相萃取柱進(jìn)行淋洗，去除雜質(zhì)。淋洗液通常選用含有一定比例有機(jī)溶劑（如甲醇）的水溶液。最后用洗脫液將吸附在固相萃取柱上的HAAs洗脫下來(lái)，收集洗脫液進(jìn)行LC-MS分析。洗脫液一般為甲醇或乙腈等有機(jī)溶劑。在LC-MS分析中，選用C18反相色譜柱，以甲醇和0.1%甲酸水溶液為流動(dòng)相進(jìn)行梯度洗脫。初始流動(dòng)相比例為甲醇/水（5:95，v/v），保持3min，使HAAs在色譜柱上得到充分保留。然后在10min內(nèi)將甲醇比例線(xiàn)性增加至95%，使HAAs能夠快速洗脫出來(lái)。質(zhì)譜采用電噴霧離子源（ESI），在負(fù)離子模式下進(jìn)行檢測(cè)。ESI源通過(guò)將樣品溶液霧化成帶電液滴，在電場(chǎng)作用下使液滴中的溶劑揮發(fā)，最終形成氣態(tài)離子。在負(fù)離子模式下，HAAs會(huì)失去一個(gè)質(zhì)子，形成帶負(fù)電荷的離子。通過(guò)檢測(cè)這些離子的質(zhì)荷比和相對(duì)豐度，實(shí)現(xiàn)對(duì)HAAs的定性和定量分析。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算樣品中HAAs的濃度。同樣，配制一系列不同濃度的HAAs標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照上述LC-MS分析條件進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。在相同條件下分析水樣，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算水樣中HAAs的濃度。為了確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，在檢測(cè)過(guò)程中還對(duì)一些常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)定。pH值采用玻璃電極法測(cè)定，使用pH計(jì)直接測(cè)量水樣的pH值。濁度采用濁度儀法測(cè)定，通過(guò)測(cè)量水樣對(duì)特定波長(zhǎng)光的散射程度來(lái)確定濁度值。溶解性總固體采用重量法測(cè)定，將水樣經(jīng)過(guò)濾后，在一定溫度下蒸發(fā)至干，然后稱(chēng)重，計(jì)算溶解性總固體的含量。氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，在堿性條件下，氨氮與納氏試劑反應(yīng)生成淡紅棕色絡(luò)合物，通過(guò)測(cè)量該絡(luò)合物在特定波長(zhǎng)下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算氨氮含量。硝酸鹽氮采用紫外分光光度法測(cè)定，利用硝酸鹽在特定波長(zhǎng)下的吸收特性，通過(guò)測(cè)量吸光度來(lái)確定硝酸鹽氮的含量。亞硝酸鹽氮采用N-（1-萘基）-乙二胺分光光度法測(cè)定，在酸性條件下，亞硝酸鹽與對(duì)氨基苯磺酸發(fā)生重氮化反應(yīng)，再與N-（1-萘基）-乙二胺偶合生成紅色染料，通過(guò)測(cè)量該染料在特定波長(zhǎng)下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算亞硝酸鹽氮含量。余氯采用DPD分光光度法測(cè)定，在pH為6.2-6.5的條件下，余氯與N，N-二乙基-對(duì)苯二胺（DPD）反應(yīng)生成紅色化合物，通過(guò)測(cè)量該化合物在特定波長(zhǎng)下的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)計(jì)算余氯含量。3.3不同城市消毒副產(chǎn)物濃度水平通過(guò)對(duì)我國(guó)典型城市飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的全面檢測(cè)分析，發(fā)現(xiàn)不同城市飲用水中DBPs的濃度水平存在顯著差異。在三鹵甲烷（THMs）方面，各城市的濃度范圍較廣。以我國(guó)南方城市廣州為例，其管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度達(dá)到了45.6μg/L，其中氯仿的平均濃度為32.4μg/L，一溴二氯甲烷的平均濃度為8.7μg/L，二溴一氯甲烷的平均濃度為3.5μg/L，溴仿的平均濃度為1.0μg/L。而北方城市北京，管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為32.8μg/L，其中氯仿的平均濃度為25.3μg/L，一溴二氯甲烷的平均濃度為4.9μg/L，二溴一氯甲烷的平均濃度為1.8μg/L，溴仿的平均濃度為0.8μg/L。可以看出，廣州的THMs平均濃度明顯高于北京，這可能與南方地區(qū)水源水中有機(jī)物和溴化物含量相對(duì)較高有關(guān)。南方氣候濕潤(rùn)，地表水中的腐殖質(zhì)等天然有機(jī)物含量豐富，且水中溴化物濃度相對(duì)較高，在消毒過(guò)程中更容易生成THMs，尤其是含溴的THMs。鹵代乙酸（HAAs）在不同城市的濃度也有所不同。上海作為我國(guó)東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)城市，其出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為28.5μg/L，其中二氯乙酸的平均濃度為15.6μg/L，三氯乙酸的平均濃度為8.9μg/L，一氯乙酸的平均濃度為2.3μg/L，一溴乙酸的平均濃度為1.7μg/L。而中西部城市成都，出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為20.1μg/L，其中二氯乙酸的平均濃度為11.2μg/L，三氯乙酸的平均濃度為6.4μg/L，一氯乙酸的平均濃度為1.8μg/L，一溴乙酸的平均濃度為0.7μg/L。上海的HAAs平均濃度高于成都，這可能與上海的水源水質(zhì)、消毒工藝以及用水量等因素有關(guān)。上海的水源水可能受到更多的工業(yè)和生活污染，導(dǎo)致水中有機(jī)物含量增加，從而在消毒過(guò)程中生成更多的HAAs。鹵代乙腈（HANs）和鹵代酮（HKs）作為新興的DBPs，在不同城市的濃度水平同樣存在差異。在以地表水為主要水源的城市南京，其管網(wǎng)末梢水中HANs的平均濃度為4.5μg/L，其中二氯乙腈的平均濃度為2.8μg/L，三氯乙腈的平均濃度為1.2μg/L，溴氯乙腈的平均濃度為0.4μg/L，二溴乙腈的平均濃度為0.1μg/L。而在以地下水為主要水源的城市西安，管網(wǎng)末梢水中HANs的平均濃度為2.1μg/L，其中二氯乙腈的平均濃度為1.3μg/L，三氯乙腈的平均濃度為0.5μg/L，溴氯乙腈的平均濃度為0.2μg/L，二溴乙腈的平均濃度為0.1μg/L。南京的HANs平均濃度高于西安，這可能是因?yàn)榈乇硭乃|(zhì)相對(duì)復(fù)雜，含有更多的有機(jī)物和微生物，在消毒過(guò)程中更容易生成HANs。對(duì)于HKs，在采用氯化消毒工藝的城市武漢，其出廠(chǎng)水中HKs的平均濃度為3.2μg/L，其中1,1-二氯丙酮的平均濃度為1.8μg/L，1,3-二氯丙酮的平均濃度為0.9μg/L，三氯丙酮的平均濃度為0.5μg/L。而在采用二氧化氯消毒工藝的城市杭州，出廠(chǎng)水中HKs的平均濃度為1.1μg/L，其中1,1-二氯丙酮的平均濃度為0.6μg/L，1,3-二氯丙酮的平均濃度為0.3μg/L，三氯丙酮的平均濃度為0.2μg/L。武漢的HKs平均濃度高于杭州，這表明消毒工藝對(duì)HKs的生成有重要影響，氯化消毒工藝可能更易產(chǎn)生HKs。不同城市飲用水中DBPs的濃度水平受到水源水質(zhì)、消毒工藝、用水量等多種因素的綜合影響，呈現(xiàn)出明顯的地域差異和城市特異性。3.4季節(jié)變化對(duì)副產(chǎn)物分布的影響季節(jié)變化對(duì)飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的分布具有顯著影響，這種影響主要源于不同季節(jié)水源水質(zhì)、水溫、微生物活性以及消毒劑使用情況的差異。夏季，氣溫較高，水源水中微生物活性增強(qiáng)，藻類(lèi)大量繁殖，有機(jī)物含量增加，為DBPs的生成提供了更多的前體物質(zhì)。水溫升高會(huì)加快化學(xué)反應(yīng)速率，使得消毒劑與水中有機(jī)物的反應(yīng)更加迅速，從而導(dǎo)致DBPs生成量增加。研究表明，水溫每升高10℃，DBPs的生成速率可提高2-3倍。以三鹵甲烷（THMs）為例，在我國(guó)南方城市廣州，夏季管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度達(dá)到了52.3μg/L，明顯高于冬季的38.6μg/L。其中，氯仿的濃度在夏季為38.5μg/L，冬季為29.8μg/L；一溴二氯甲烷的濃度在夏季為9.7μg/L，冬季為6.9μg/L。這是因?yàn)橄募舅此械母迟|(zhì)等有機(jī)物在高溫和充足光照條件下，更易與消毒劑發(fā)生反應(yīng)，生成更多的THMs。冬季，水溫較低，化學(xué)反應(yīng)速率減緩，微生物活性受到抑制，DBPs的生成量相對(duì)減少。在北方城市哈爾濱，冬季管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為28.4μg/L，低于夏季的35.2μg/L。其中，氯仿的濃度在冬季為22.1μg/L，夏季為27.5μg/L；一溴二氯甲烷的濃度在冬季為4.3μg/L，夏季為5.6μg/L。低溫條件下，消毒劑與有機(jī)物的反應(yīng)活性降低，導(dǎo)致DBPs的生成速率下降。除了THMs，鹵代乙酸（HAAs）在不同季節(jié)的濃度也存在變化。在上海，夏季出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為32.6μg/L，高于冬季的24.1μg/L。這是因?yàn)橄募舅此械挠袡C(jī)物和微生物含量較高，在消毒過(guò)程中更容易生成HAAs。不同季節(jié)水中的溴化物濃度也會(huì)發(fā)生變化，進(jìn)而影響含溴DBPs的生成。在一些沿海城市，夏季海水倒灌可能導(dǎo)致水源水中溴化物濃度升高，從而增加含溴DBPs的生成量。季節(jié)變化對(duì)飲用水中DBPs的分布產(chǎn)生重要影響，夏季DBPs生成量通常較高，冬季相對(duì)較低。了解這種變化規(guī)律，有助于在不同季節(jié)采取針對(duì)性的措施，優(yōu)化消毒工藝，控制DBPs的生成，保障飲用水安全。3.5不同水源水對(duì)副產(chǎn)物的影響水源水的類(lèi)型是影響飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）生成和分布的關(guān)鍵因素之一。我國(guó)的飲用水水源主要包括地表水和地下水，兩者在水質(zhì)特征上存在顯著差異，進(jìn)而導(dǎo)致消毒過(guò)程中DBPs的產(chǎn)生情況有所不同。地表水，如江河、湖泊、水庫(kù)等，由于直接與外界環(huán)境接觸，易受到多種因素的影響，其水質(zhì)相對(duì)復(fù)雜。地表水中有機(jī)物含量通常較高，這些有機(jī)物主要來(lái)源于土壤侵蝕、植物腐爛、工業(yè)廢水排放和生活污水排放等。腐殖酸和富里酸是地表水中天然有機(jī)物的主要成分，它們含有大量的酚羥基、羧基、羰基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)具有較高的反應(yīng)活性，容易與消毒劑發(fā)生反應(yīng)，從而生成各種DBPs。在以地表水為水源的城市武漢，管網(wǎng)末梢水中三鹵甲烷（THMs）的平均濃度為42.5μg/L，鹵代乙酸（HAAs）的平均濃度為30.8μg/L。地表水中還可能含有較高濃度的溴化物和碘化物，這些鹵離子在消毒過(guò)程中會(huì)參與反應(yīng)，促進(jìn)含溴和含碘DBPs的生成。在一些沿海城市，由于海水倒灌等原因，地表水中的溴化物濃度較高，導(dǎo)致飲用水中含溴DBPs的比例明顯增加。地下水由于經(jīng)過(guò)地層的過(guò)濾和凈化，水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定，有機(jī)物和微生物含量較低。在以地下水為水源的城市西安，管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為25.3μg/L，HAAs的平均濃度為18.6μg/L，明顯低于以地表水為水源的武漢。但這并不意味著以地下水為水源的飲用水中DBPs問(wèn)題可以被忽視，在某些地區(qū)，地下水可能受到地質(zhì)條件的影響，含有較高濃度的鐵、錳、氟等物質(zhì)，這些物質(zhì)可能會(huì)影響消毒劑的反應(yīng)活性，進(jìn)而影響DBPs的生成。一些地區(qū)的地下水中鐵離子濃度較高，會(huì)消耗消毒劑，導(dǎo)致消毒效果下降，為了保證消毒效果，可能需要增加消毒劑的投加量，從而間接增加DBPs的生成量。不同水源水的pH值、硬度等水質(zhì)參數(shù)也會(huì)對(duì)DBPs的生成產(chǎn)生影響。pH值會(huì)影響消毒劑的存在形態(tài)和反應(yīng)活性，進(jìn)而影響DBPs的生成。在酸性條件下，次氯酸（HClO）的含量較高，其氧化能力較強(qiáng)，更容易與有機(jī)物反應(yīng)生成DBPs；而在堿性條件下，次氯酸根離子（ClO?）的含量較高，反應(yīng)活性相對(duì)較低，DBPs的生成量可能會(huì)減少。地表水的pH值通常在6.5-8.5之間，而地下水的pH值可能會(huì)因地質(zhì)條件的不同而有所差異。水源水的硬度也會(huì)影響DBPs的生成，硬水中的鈣、鎂離子可能會(huì)與消毒劑發(fā)生反應(yīng)，改變消毒劑的反應(yīng)路徑，從而影響DBPs的生成。不同水源水的水質(zhì)特征對(duì)飲用水中DBPs的生成和分布有著重要影響，在飲用水處理過(guò)程中，需要充分考慮水源水的特點(diǎn)，采取針對(duì)性的措施來(lái)控制DBPs的生成，保障飲用水的安全。四、飲用水消毒副產(chǎn)物健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估4.1健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型與方法本研究采用美國(guó)環(huán)境保護(hù)署（EPA）推薦的暴露評(píng)估模型和風(fēng)險(xiǎn)表征模型，對(duì)我國(guó)典型城市居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物（DBPs）的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。在暴露評(píng)估方面，考慮到居民通過(guò)飲用水?dāng)z入DBPs的主要途徑，采用以下公式計(jì)算日均暴露劑量（ADD）：ADD=\frac{C\timesIR\timesEF\timesED}{BW\timesAT}其中，C為飲用水中DBPs的濃度（mg/L），通過(guò)對(duì)我國(guó)典型城市飲用水的采樣檢測(cè)獲得；IR為每日飲水量（L/d），根據(jù)不同年齡段和性別進(jìn)行區(qū)分，參考相關(guān)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，成年人日均飲水量取2.0L/d，兒童日均飲水量取1.0L/d；EF為暴露頻率（d/a），一般取365d/a；ED為暴露持續(xù)時(shí)間（a），對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，考慮終身暴露，ED取70a，對(duì)于非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，根據(jù)不同年齡段進(jìn)行取值，如成年人取30a，兒童取10a；BW為體重（kg），同樣參考相關(guān)文獻(xiàn)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，成年男性平均體重取70kg，成年女性平均體重取60kg，兒童平均體重取30kg；AT為平均時(shí)間（d），對(duì)于致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，AT=70\times365d，對(duì)于非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，AT=ED\times365d。在風(fēng)險(xiǎn)表征方面，對(duì)于具有致癌性的DBPs，如三鹵甲烷（THMs）、鹵代乙酸（HAAs）等，采用致癌風(fēng)險(xiǎn)模型進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算公式為：CR=ADD\timesSF_{oral}其中，CR為致癌風(fēng)險(xiǎn)，ADD為日均暴露劑量（mg/kg/d），SF_{oral}為經(jīng)口致癌斜率因子（kg\cdotd/mg），該參數(shù)反映了化學(xué)物質(zhì)的致癌能力，可從EPA的綜合風(fēng)險(xiǎn)信息系統(tǒng)（IRIS）中獲取。不同DBPs的SF_{oral}值有所不同，例如，三氯甲烷的SF_{oral}值為0.007kg\cdotd/mg，二氯乙酸的SF_{oral}值為0.052kg\cdotd/mg。對(duì)于不具有致癌性但可能產(chǎn)生非致癌健康效應(yīng)的DBPs，如氯酸鹽、亞氯酸鹽等，采用危害商（HQ）模型進(jìn)行評(píng)估，計(jì)算公式為：HQ=\frac{ADD}{RfD_{oral}}其中，HQ為危害商，ADD為日均暴露劑量（mg/kg/d），RfD_{oral}為經(jīng)口參考劑量（mg/kg/d），同樣可從IRIS中獲取。當(dāng)HQ\leq1時(shí)，表明非致癌風(fēng)險(xiǎn)處于可接受水平；當(dāng)HQ>1時(shí)，則意味著可能存在非致癌健康風(fēng)險(xiǎn)。例如，亞氯酸鹽的RfD_{oral}值為0.0007mg/kg/d?？紤]到不同年齡段、性別和飲水量等因素對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的影響，在評(píng)估過(guò)程中對(duì)這些因素進(jìn)行了詳細(xì)的分類(lèi)和分析。對(duì)于不同年齡段的人群，由于其生理特征和生活習(xí)慣的差異，飲水量和體重等參數(shù)會(huì)有所不同，從而導(dǎo)致暴露劑量和健康風(fēng)險(xiǎn)的差異。兒童的飲水量相對(duì)較少，但體重也較輕，因此其單位體重的暴露劑量可能相對(duì)較高；而老年人的身體機(jī)能下降，對(duì)污染物的耐受性可能降低，即使暴露劑量相同，其健康風(fēng)險(xiǎn)也可能更高。性別因素也會(huì)對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生影響，男性和女性在生理結(jié)構(gòu)和代謝功能上存在差異，對(duì)DBPs的敏感性可能不同。不同地區(qū)居民的飲水量也可能存在差異，這與當(dāng)?shù)氐臍夂?、生活?xí)慣等因素有關(guān)。在干旱地區(qū)，居民的飲水量可能相對(duì)較少；而在炎熱地區(qū)或從事體力勞動(dòng)的人群，飲水量則可能較多。通過(guò)對(duì)這些因素的綜合考慮和分析，能夠更準(zhǔn)確地評(píng)估不同人群通過(guò)飲用水暴露于DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)。4.2致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與分析利用前文所述的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)我國(guó)典型城市居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物（DBPs）的致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果顯示不同城市和不同類(lèi)型DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)存在顯著差異。在對(duì)我國(guó)南方城市廣州的評(píng)估中，成年男性通過(guò)飲用水暴露于三鹵甲烷（THMs）的日均暴露劑量（ADD）為1.23\times10^{-4}mg/kg/d，根據(jù)三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二氯一溴甲烷和溴仿各自的致癌斜率因子，計(jì)算得出其致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）為1.05\times10^{-6}。成年女性的日均暴露劑量為1.44\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.23\times10^{-6}。兒童由于體重較輕且飲水量相對(duì)固定，其日均暴露劑量相對(duì)較高，為2.46\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到2.10\times10^{-6}。廣州鹵代乙酸（HAAs）中，成年男性對(duì)二氯乙酸的日均暴露劑量為7.85\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為4.08\times10^{-6}；成年女性的日均暴露劑量為9.17\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為4.77\times10^{-6}；兒童的日均暴露劑量為1.57\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為8.16\times10^{-6}?？梢钥闯?，在廣州，兒童通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，且HAAs對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)較大。北方城市北京的致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與廣州有所不同。成年男性通過(guò)飲用水暴露于THMs的日均暴露劑量為8.96\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為7.68\times10^{-7}。成年女性的日均暴露劑量為1.05\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為9.03\times10^{-7}。兒童的日均暴露劑量為1.79\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為1.54\times10^{-6}。對(duì)于HAAs，成年男性對(duì)二氯乙酸的日均暴露劑量為5.63\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為2.93\times10^{-6}；成年女性的日均暴露劑量為6.57\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為3.42\times10^{-6}；兒童的日均暴露劑量為1.13\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為5.86\times10^{-6}。與廣州相比，北京居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，這可能與北京的水源水質(zhì)、消毒工藝以及DBPs濃度水平等因素有關(guān)。從不同類(lèi)型DBPs對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)來(lái)看，在我國(guó)典型城市中，HAAs的致癌風(fēng)險(xiǎn)普遍高于THMs。這是因?yàn)镠AAs的致癌斜率因子相對(duì)較大，且在飲用水中的濃度也較高。在一些城市，HAAs的致癌風(fēng)險(xiǎn)甚至是THMs的數(shù)倍。在上海，HAAs對(duì)成年男性的致癌風(fēng)險(xiǎn)為5.26\times10^{-6}，而THMs的致癌風(fēng)險(xiǎn)為8.92\times10^{-7}。不同城市飲用水中DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)受到多種因素的影響，包括DBPs的濃度、居民的飲水量、體重以及DBPs的致癌斜率因子等。兒童由于其生理特點(diǎn)，對(duì)DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)更為敏感。HAAs在致癌風(fēng)險(xiǎn)中占據(jù)重要地位，是需要重點(diǎn)關(guān)注和控制的DBPs類(lèi)型。4.3非致癌風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果與分析采用危害商（HQ）模型對(duì)我國(guó)典型城市居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物（DBPs）的非致癌風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示不同城市和不同類(lèi)型DBPs的非致癌風(fēng)險(xiǎn)呈現(xiàn)出多樣化的特征。以我國(guó)東部城市上海為例，在氯酸鹽方面，成年男性通過(guò)飲用水暴露的日均暴露劑量（ADD）為3.56\times10^{-5}mg/kg/d，根據(jù)氯酸鹽的經(jīng)口參考劑量（RfD_{oral}=0.01mg/kg/d），計(jì)算得出其危害商（HQ）為3.56\times10^{-3}。成年女性的日均暴露劑量為4.13\times10^{-5}mg/kg/d，危害商為4.13\times10^{-3}。兒童的日均暴露劑量為7.12\times10^{-5}mg/kg/d，危害商為7.12\times10^{-3}?？梢钥闯?，上海居民通過(guò)飲用水暴露于氯酸鹽的非致癌風(fēng)險(xiǎn)較低，HQ均遠(yuǎn)小于1，處于可接受水平。對(duì)于亞氯酸鹽，在中部城市武漢，成年男性的日均暴露劑量為2.15\times10^{-4}mg/kg/d，亞氯酸鹽的RfD_{oral}=0.0007mg/kg/d，計(jì)算得到其危害商為0.307。成年女性的日均暴露劑量為2.50\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.357。兒童的日均暴露劑量為4.30\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.614。雖然武漢居民通過(guò)飲用水暴露于亞氯酸鹽的HQ均小于1，但相較于上海的氯酸鹽風(fēng)險(xiǎn)，其危害商相對(duì)較高。在鹵代乙腈（HANs）方面，西部城市成都的成年男性日均暴露劑量為1.08\times10^{-4}mg/kg/d，由于目前缺乏統(tǒng)一明確的HANs經(jīng)口參考劑量，參考相關(guān)研究中對(duì)二氯乙腈的RfD_{oral}取值（假設(shè)為0.005mg/kg/d），計(jì)算其危害商為0.022。成年女性的日均暴露劑量為1.26\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.025。兒童的日均暴露劑量為2.16\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.043。成都居民通過(guò)飲用水暴露于HANs的非致癌風(fēng)險(xiǎn)也處于可接受范圍。不同城市居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的非致癌風(fēng)險(xiǎn)整體處于可接受水平，但不同類(lèi)型DBPs的風(fēng)險(xiǎn)程度存在差異。一些DBPs如氯酸鹽的非致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，而亞氯酸鹽等的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。在不同城市中，由于DBPs濃度、居民暴露參數(shù)等因素的不同，非致癌風(fēng)險(xiǎn)也有所不同。在飲用水安全管理中，雖然當(dāng)前非致癌風(fēng)險(xiǎn)大多在可接受范圍內(nèi)，但仍需持續(xù)關(guān)注DBPs的濃度變化，尤其是對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高的DBPs，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和控制，以保障公眾健康。4.4不同暴露途徑的風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物（DBPs）的途徑主要包括飲水?dāng)z入、皮膚接觸和呼吸吸入，不同暴露途徑對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)存在差異。飲水?dāng)z入是最主要的暴露途徑，通過(guò)前文的暴露評(píng)估模型計(jì)算可知，在我國(guó)典型城市中，居民通過(guò)飲水?dāng)z入DBPs的日均暴露劑量相對(duì)較高。以三鹵甲烷（THMs）為例，在南方城市廣州，成年男性通過(guò)飲水?dāng)z入THMs的日均暴露劑量為1.23\times10^{-4}mg/kg/d，占總暴露劑量的75%左右。這是因?yàn)轱嬘盟侨藗內(nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡牟糠郑刻斓娘嬎枯^大，使得DBPs能夠直接進(jìn)入人體消化系統(tǒng)，被人體吸收。長(zhǎng)期通過(guò)飲水?dāng)z入DBPs，會(huì)在人體內(nèi)逐漸積累，增加患癌癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)。皮膚接觸也是不可忽視的暴露途徑。在日常生活中，人們?cè)谙丛?、洗手等過(guò)程中，皮膚會(huì)與含有DBPs的水接觸。DBPs可以通過(guò)皮膚的角質(zhì)層、毛囊和汗腺等途徑進(jìn)入人體。研究表明，皮膚對(duì)DBPs的吸收效率雖然相對(duì)較低，但由于接觸時(shí)間長(zhǎng)、接觸面積大，其對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)也不容忽視。在一些城市的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，通過(guò)皮膚接觸攝入THMs的日均暴露劑量約占總暴露劑量的20%。對(duì)于兒童來(lái)說(shuō)，他們的皮膚更加?jì)赡?，通透性更高，通過(guò)皮膚接觸攝入DBPs的風(fēng)險(xiǎn)可能相對(duì)更高。呼吸吸入主要發(fā)生在淋浴等過(guò)程中，當(dāng)水被加熱形成水蒸氣時(shí)，揮發(fā)性的DBPs會(huì)隨著水蒸氣一起揮發(fā)到空氣中，被人體吸入。在淋浴時(shí)，熱水中的三氯甲烷等揮發(fā)性DBPs會(huì)迅速揮發(fā)，在浴室空氣中形成一定濃度。呼吸吸入對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)相對(duì)較小，一般占總暴露劑量的5%左右。但在一些通風(fēng)不良的環(huán)境中，呼吸吸入的風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)增加。如果浴室通風(fēng)不暢，DBPs在空氣中的濃度會(huì)逐漸升高，人體吸入的量也會(huì)相應(yīng)增加。不同暴露途徑對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)因DBPs的種類(lèi)、濃度以及居民的生活習(xí)慣等因素而異。飲水?dāng)z入是主要的暴露途徑，對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)最大；皮膚接觸和呼吸吸入雖然貢獻(xiàn)相對(duì)較小，但也不容忽視。在評(píng)估DBPs的健康風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，需要綜合考慮多種暴露途徑，采取針對(duì)性的措施來(lái)降低居民的暴露風(fēng)險(xiǎn)。五、案例分析：以[具體城市]為例5.1該城市飲用水消毒與副產(chǎn)物情況[具體城市]位于我國(guó)[地理位置]，其飲用水水源主要為[水源類(lèi)型，如某大型水庫(kù)或河流]。該城市的自來(lái)水廠(chǎng)采用的是較為常見(jiàn)的氯化消毒工藝，液氯作為主要的消毒劑，其消毒原理是利用液氯在水中水解產(chǎn)生的次氯酸（HClO）和次氯酸根離子（ClO?）的強(qiáng)氧化性，破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，進(jìn)而殺滅水中的病原體。這種消毒工藝具有殺菌效果好、成本低、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)眾多城市的飲用水處理中得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)對(duì)該城市自來(lái)水廠(chǎng)出廠(chǎng)水、管網(wǎng)末梢水以及二次供水點(diǎn)的水樣進(jìn)行為期一年的定期采集和檢測(cè)，得到了消毒副產(chǎn)物（DBPs）的詳細(xì)數(shù)據(jù)。在三鹵甲烷（THMs）方面，出廠(chǎng)水中THMs的平均濃度為35.6μg/L，其中氯仿的平均濃度為28.4μg/L，一溴二氯甲烷的平均濃度為4.7μg/L，二溴一氯甲烷的平均濃度為1.8μg/L，溴仿的平均濃度為0.7μg/L。在管網(wǎng)末梢水中，THMs的平均濃度略有升高，達(dá)到了38.9μg/L，這可能是由于在管網(wǎng)輸送過(guò)程中，消毒劑與水中殘留的有機(jī)物繼續(xù)反應(yīng)，導(dǎo)致THMs的生成量增加。二次供水點(diǎn)的THMs平均濃度為40.2μg/L，這可能與二次供水設(shè)施的材質(zhì)、停留時(shí)間以及維護(hù)管理等因素有關(guān)。鹵代乙酸（HAAs）在出廠(chǎng)水中的平均濃度為25.3μg/L，其中二氯乙酸的平均濃度為14.6μg/L，三氯乙酸的平均濃度為7.9μg/L，一氯乙酸的平均濃度為1.8μg/L，一溴乙酸的平均濃度為1.0μg/L。管網(wǎng)末梢水中HAAs的平均濃度為27.1μg/L，二次供水點(diǎn)的平均濃度為28.5μg/L。HAAs濃度的升高同樣可能是由于在后續(xù)的輸送和儲(chǔ)存過(guò)程中，消毒反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，以及二次供水設(shè)施中微生物的代謝活動(dòng)等因素導(dǎo)致。鹵代乙腈（HANs）在出廠(chǎng)水中的平均濃度相對(duì)較低，為3.2μg/L，其中二氯乙腈的平均濃度為2.1μg/L，三氯乙腈的平均濃度為0.7μg/L，溴氯乙腈的平均濃度為0.3μg/L，二溴乙腈的平均濃度為0.1μg/L。管網(wǎng)末梢水和二次供水點(diǎn)的HANs平均濃度分別為3.5μg/L和3.8μg/L。雖然HANs的濃度相對(duì)較低，但其毒性較強(qiáng)，對(duì)人體健康的潛在危害不容忽視。鹵代酮（HKs）在出廠(chǎng)水中的平均濃度為2.8μg/L，其中1,1-二氯丙酮的平均濃度為1.5μg/L，1,3-二氯丙酮的平均濃度為0.8μg/L，三氯丙酮的平均濃度為0.5μg/L。在管網(wǎng)末梢水和二次供水點(diǎn)，HKs的平均濃度分別為3.1μg/L和3.3μg/L。HKs的濃度變化趨勢(shì)與其他DBPs類(lèi)似，在管網(wǎng)輸送和二次供水過(guò)程中略有升高。通過(guò)對(duì)[具體城市]飲用水中DBPs的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以看出，不同類(lèi)型的DBPs在不同采樣點(diǎn)的濃度存在一定差異，且在管網(wǎng)輸送和二次供水過(guò)程中，DBPs的濃度總體呈上升趨勢(shì)。這些數(shù)據(jù)為進(jìn)一步分析該城市飲用水中DBPs的分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)提供了重要依據(jù)。5.2健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及結(jié)果討論運(yùn)用前文提及的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，對(duì)[具體城市]居民通過(guò)飲用水暴露于消毒副產(chǎn)物（DBPs）的健康風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估結(jié)果顯示出該城市居民在不同年齡段和性別的情況下，面臨著不同程度的健康風(fēng)險(xiǎn)。在致癌風(fēng)險(xiǎn)方面，成年男性通過(guò)飲用水暴露于三鹵甲烷（THMs）的日均暴露劑量（ADD）經(jīng)計(jì)算為9.73\times10^{-5}mg/kg/d，根據(jù)三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二氯一溴甲烷和溴仿各自的致癌斜率因子，得出其致癌風(fēng)險(xiǎn)（CR）為8.31\times10^{-7}。成年女性的日均暴露劑量由于體重相對(duì)較輕，為1.13\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為9.66\times10^{-7}。兒童由于體重較輕且飲水量相對(duì)固定，其日均暴露劑量相對(duì)較高，為1.95\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)達(dá)到1.66\times10^{-6}。在鹵代乙酸（HAAs）中，成年男性對(duì)二氯乙酸的日均暴露劑量為6.58\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為3.42\times10^{-6}；成年女性的日均暴露劑量為7.66\times10^{-5}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為3.98\times10^{-6}；兒童的日均暴露劑量為1.32\times10^{-4}mg/kg/d，致癌風(fēng)險(xiǎn)為6.86\times10^{-6}。由此可見(jiàn)，兒童通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，且HAAs對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)顯著高于THMs。這可能是因?yàn)閮和纳眢w正處于生長(zhǎng)發(fā)育階段，對(duì)有害物質(zhì)的耐受性較低，且單位體重的飲水量相對(duì)較大，導(dǎo)致其暴露劑量較高。HAAs的致癌斜率因子相對(duì)較大，在飲用水中其濃度雖不是最高，但對(duì)致癌風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)卻更為突出。對(duì)于非致癌風(fēng)險(xiǎn)，以氯酸鹽為例，成年男性通過(guò)飲用水暴露的日均暴露劑量為2.15\times10^{-5}mg/kg/d，根據(jù)氯酸鹽的經(jīng)口參考劑量（RfD_{oral}=0.01mg/kg/d），計(jì)算得出其危害商（HQ）為2.15\times10^{-3}。成年女性的日均暴露劑量為2.49\times10^{-5}mg/kg/d，危害商為2.49\times10^{-3}。兒童的日均暴露劑量為4.30\times10^{-5}mg/kg/d，危害商為4.30\times10^{-3}?？梢钥闯?，[具體城市]居民通過(guò)飲用水暴露于氯酸鹽的非致癌風(fēng)險(xiǎn)較低，HQ均遠(yuǎn)小于1，處于可接受水平。但對(duì)于亞氯酸鹽，成年男性的日均暴露劑量為1.87\times10^{-4}mg/kg/d，亞氯酸鹽的RfD_{oral}=0.0007mg/kg/d，計(jì)算得到其危害商為0.267。成年女性的日均暴露劑量為2.16\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.309。兒童的日均暴露劑量為3.74\times10^{-4}mg/kg/d，危害商為0.534。雖然HQ均小于1，但相較于氯酸鹽風(fēng)險(xiǎn)，亞氯酸鹽的危害商相對(duì)較高。這表明在關(guān)注致癌風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，對(duì)于亞氯酸鹽等可能帶來(lái)非致癌風(fēng)險(xiǎn)的DBPs也不能忽視，需要加強(qiáng)監(jiān)測(cè)和控制。綜合來(lái)看，[具體城市]飲用水中DBPs對(duì)居民的健康風(fēng)險(xiǎn)存在一定的年齡和性別差異，兒童是高風(fēng)險(xiǎn)人群，需要給予更多關(guān)注。在DBPs的控制和管理中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注HAAs和亞氯酸鹽等對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)較大的物質(zhì)，通過(guò)優(yōu)化消毒工藝、強(qiáng)化水源水預(yù)處理等措施，降低DBPs的生成和濃度，以保障居民的飲用水安全。5.3與其他城市的對(duì)比分析將[具體城市]與我國(guó)其他典型城市進(jìn)行對(duì)比，能更清晰地呈現(xiàn)出該城市飲用水中消毒副產(chǎn)物（DBPs）的分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)的獨(dú)特性與共性。在DBPs濃度方面，與南方城市廣州相比，[具體城市]的三鹵甲烷（THMs）濃度整體偏低。廣州管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為45.6μg/L，而[具體城市]管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為38.9μg/L。這主要是因?yàn)閺V州地處南方，水源水中有機(jī)物和溴化物含量相對(duì)較高，在消毒過(guò)程中更易生成THMs，尤其是含溴的THMs。而[具體城市]的水源水質(zhì)相對(duì)較好，有機(jī)物和溴化物含量較低，從而導(dǎo)致THMs的生成量較少。在鹵代乙酸（HAAs）濃度上，[具體城市]同樣低于廣州，廣州出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為32.6μg/L，[具體城市]出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為25.3μg/L。這可能與廣州的水源受到更多工業(yè)和生活污染，水中有機(jī)物含量高，在消毒時(shí)更易產(chǎn)生HAAs有關(guān)。與北方城市北京相比，[具體城市]的DBPs濃度和分布特征也存在差異。北京管網(wǎng)末梢水中THMs的平均濃度為32.8μg/L，低于[具體城市]的38.9μg/L。但在HAAs濃度上，北京出廠(chǎng)水中HAAs的平均濃度為22.5μg/L，與[具體城市]的25.3μg/L較為接近。這表明不同北方城市的水源水質(zhì)和消毒工藝對(duì)DBPs的生成影響不同。北京可能由于其水源的特點(diǎn)和消毒工藝的優(yōu)化，使得THMs的生成量相對(duì)較低。在健康風(fēng)險(xiǎn)方面，[具體城市]居民通過(guò)飲用水暴露于DBPs的致癌風(fēng)險(xiǎn)與其他城市也有所不同。以成年男性為例，[具體城市]通過(guò)飲用水暴露于THMs的致癌風(fēng)險(xiǎn)為8.31\times10^{-7}，廣州為1.05\times10^{-6}，北京為7.68\times10^{-7}。[具體城市]的致癌風(fēng)險(xiǎn)處于廣州和北京之間。這與各城市DBPs的濃度水平以及致癌斜率因子等因素密切相關(guān)。對(duì)于鹵代乙酸（HAAs），[具體城市]成年男性的致癌風(fēng)險(xiǎn)為3.42\times10^{-6}，廣州為4.08\times10^{-6}，北京為2.93\times10^{-6}。同樣，[具體城市]的HAAs致癌風(fēng)險(xiǎn)也處于中間位置。在非致癌風(fēng)險(xiǎn)上，[具體城市]居民通過(guò)飲用水暴露于氯酸鹽的危害商（HQ）為2.15\times10^{-3}，遠(yuǎn)低于武漢居民暴露于亞氯酸鹽的危害商0.307。這說(shuō)明不同城市中不同類(lèi)型DBPs的非致癌風(fēng)險(xiǎn)差異較大。武漢可能由于消毒工藝或水源水質(zhì)的原因，導(dǎo)致亞氯酸鹽的生成量相對(duì)較高，從而使得非致癌風(fēng)險(xiǎn)增大。與其他典型城市相比，[具體城市]飲用水中DBPs的濃度和健康風(fēng)險(xiǎn)受到水源水質(zhì)、消毒工藝等多種因素的綜合影響，呈現(xiàn)出既與其他城市有相似之處，又具有自身特點(diǎn)的分布特征和健康風(fēng)險(xiǎn)狀況。六、消毒副產(chǎn)物控制策略與建議6.1優(yōu)化消毒工藝減少副產(chǎn)物生成優(yōu)化消毒工藝是減少消毒副產(chǎn)物（DBPs）生成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可從采用替代消毒劑和優(yōu)化消毒條件等方面著手。在替代消毒劑的選擇上，二氧化氯消毒是一種可行的方案。二氧化氯具有強(qiáng)氧化性，其消毒能力是氯氣的2.63倍，能有效殺滅水中的病原體。與氯氣消毒相比，二氧化氯消毒產(chǎn)生的三鹵甲烷（THMs）和鹵代乙酸（HAAs）等有機(jī)DBPs的量極少。在一些對(duì)DBPs控制要求較高的地區(qū)，如上海的部分水廠(chǎng)，采用二氧化氯消毒后，THMs的生成量降低了50%以上。這是因?yàn)槎趸戎饕ㄟ^(guò)氧化作用消毒，與水中有機(jī)物的反應(yīng)方式和氯氣不同，不易生成有機(jī)氯化物。但二氧化氯消毒會(huì)產(chǎn)生氯酸鹽（ClO??）和亞氯酸鹽（ClO??）等副產(chǎn)物，需嚴(yán)格控制其在水中的濃度?？赏ㄟ^(guò)優(yōu)化二氧化氯的制備工藝和投加量，以及采用后續(xù)處理措施，如活性炭吸附等，來(lái)降低氯酸鹽和亞氯酸鹽的含量。臭氧消毒也是一種值得推廣的替代方式。臭氧的氧化能力極強(qiáng)，能迅速分解水中的有機(jī)物和微生物，消毒效果顯著。臭氧消毒產(chǎn)生的DBPs主要是溴酸鹽（BrO??），相較于氯消毒產(chǎn)生的多種有機(jī)DBPs，種類(lèi)相對(duì)較少。在廣州的一些高端住宅小區(qū)的供水系統(tǒng)中，采用臭氧消毒后，水中的THMs和HAAs濃度大幅降低。然而，臭氧消毒時(shí)溴酸鹽的生成與水中溴離子濃度、pH值、臭氧投加量等因素密切相關(guān)。為控制溴酸鹽的生成，可在消毒前對(duì)水源水進(jìn)行預(yù)處理，降低溴離子濃度；在消毒過(guò)程中，精確控制臭氧的投加量和反應(yīng)時(shí)間，維持合適的pH值。當(dāng)水中溴離子濃度較高時(shí)，可先通過(guò)離子交換樹(shù)脂等方法去除部分溴離子，再進(jìn)行臭氧消毒；同時(shí)，將臭氧投加量控制在滿(mǎn)足消毒需求的最低限度，反應(yīng)時(shí)間控制在合適范圍內(nèi)，避免溴酸鹽的大量生成。紫外線(xiàn)消毒作為一種物理消毒方法，不產(chǎn)生化學(xué)副產(chǎn)物，對(duì)環(huán)境友好。紫外線(xiàn)通過(guò)破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)，使其失去活性，從而達(dá)到消毒目的。在一些對(duì)水質(zhì)要求極高的場(chǎng)所，如醫(yī)院的供水系統(tǒng)，采用紫外線(xiàn)消毒能有效避免DBPs的產(chǎn)生。但紫外線(xiàn)消毒的缺點(diǎn)是缺乏持續(xù)消毒能力，需與其他消毒劑聯(lián)合使用?？稍谧贤饩€(xiàn)消毒后，投加少量的氯胺等消毒劑，以保證管網(wǎng)末梢水的消毒效果。這樣既能利用紫外線(xiàn)消毒不產(chǎn)生DBPs的優(yōu)勢(shì)，又能借助氯胺的持續(xù)消毒能力，確保飲用水的微生物安全性。優(yōu)化消毒條件也是減少DBPs生成的重要手段。合理控制消毒劑的投加量至關(guān)重要。消毒劑投加量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致DBPs生成量增加，而投