凈水課堂

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                                                                                  飲用水中消毒副產物與人體健康

                                                                                  節友小編 凈水課堂 2016-05-10
                                                                                    水是生命之源,也是生物體最重要的組成部分,人們的健康離不開安全的飲用水。飲用水的不安全性主要是由微生物和化學物質引起。20世紀初期,傷寒、霍亂和痢疾等流行病通過飲用水而傳播,嚴重威脅著人類的生命安全。1908年,美國新澤西州澤西城水廠首次將氯消毒作為常規水處理工藝,保障了飲用水微生物安全性。迄今,在飲用水處理中應用氯消毒已有100多年,成為保障飲用水微生物安全的重要措施。除了用氯(Cl2)消毒外,目前世界上的飲用水消毒技術還有氯胺、二氧化氯(ClO2)、臭氧(O3)和紫外(UV)消毒等。由于氯具有價格低廉、廣譜殺菌和持續消毒等諸多優點,仍是世界上使用最多、最廣泛的飲用水消毒方式。即使是在采用ClO2、O3和UV消毒時,也常常在出廠水中投加氯(Cl2)來保持管網水中存有少量余氯,從而保證飲用水的微生物安全性。
                                                                                   
                                                                                    但是,飲用水消毒在殺滅細菌病毒,保障飲用水微生物安全性的同時,往往會產生對人體有害的消毒副產物(DBPs),因而造成飲用水的化學物質不安全性。
                                                                                   
                                                                                    由于水環境污染,天然有機物和人工合成的有機物,被排入水體,他們大多數難以自然降解。并不易被常規水處理工藝有效地去除。在氯化消毒的過程中,與氯發生化學反應,生成副產物,所以稱之為消毒副產物。人類主動自覺地應用消毒方法進行飲用水消毒以來已經過了200多年,氯化消毒也有100多年的歷史。
                                                                                   
                                                                                    自從1974年,Rook等人從氯化后的高色度水中檢測出三氯甲烷后,飲用水的消毒副產物問題被廣泛關注。1974年美國環保局對新奧爾良市卡洛爾頓水廠的出水進行測試和分析,結果在出水水中檢測出66種微量有機物,其中有機鹵化物含量最高:氯仿133?g/L;二溴氯甲烷1.1?g/L;溴仿0.57?g/L;二氯乙烷8.0?g/L;六氯乙烷4.4?g/L;1,1,2-三氯乙烷0.35?g/L;四氯乙烷異構體0.11?g/L;雙-2-氯異丙醚0.88?g/L。該城市位于密西西比河最下游,以污染嚴重的河段作為飲用水水源,造成癌癥死亡率高居全美第一位。調查結果證明自來水中廣泛存在三氯甲烷等消毒副產物,而且是在氯化過程中形成的。
                                                                                   
                                                                                    目前已知飲用水中的各種有機物和加氯的消毒副產物約有300多種,其中加氯消毒的副產物主要包括三鹵甲烷和鹵代乙酸。還有其他鹵化產物。
                                                                                   
                                                                                    到了80年代初期,人們對鹵代有機物的危害作用有了比較深刻的認識和研究,其間通過對某些癌癥的發病率及其病原學關系的調查分析和大量的動物試驗研究,發現自來水中的鹵代烴類化合物是多種癌癥的致癌因子。美國在這方面開展了大量的工作,美國環保局在全國范圍的飲水檢測中,發現氯消毒的飲水中普遍存在鹵代烴類,在被檢測的289種化合物中有111種鹵化有機物占38%。在這類鹵代物中,以氯仿、溴仿、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷以及某些較高分子的有機鹵化物的致癌作用最為顯著。據美國、日本、加拿大、挪威、芬蘭等國的研究,在有機鹵代物含量較高的飲水區域,其胃癌、肝癌、膀胱癌等發病死亡率明顯增高;動物毒理試驗也證明,飲用這類物質甚至比皮下注射更容易引起肝癌。
                                                                                   
                                                                                    上世紀80年代-90年代,我國在消毒副產物(DBPs)的危害方面也作了大量的研究,并發現原水及飲用水都具有肯定的誘變性,而且氯化消毒后的飲用水比原水的致突變作用明顯增強,含有的致突變物主要是不需肝微粒體酶活化的直接致突變物,致突變物的類型即有移碼型的又有堿基置換型的。美國衛生研究所在美國自來水中測定出767種有機化學污染物,其中確認致癌物、促癌物和致突變物為109種。
                                                                                   
                                                                                    世界衛生組織《飲用水水質準則》(第3版,2004)資料介紹,三氯甲烷對人有少量致癌性證據,對實驗動物已充分證明有致癌遺傳毒性。IARC將三氯甲烷列入2B組(對人可能致癌物)。根據對比格犬7.5年的毒性試驗,按人體接觸的三氯甲烷有75%來自飲用水計算(包括吸入和皮膚接觸),設定飲用水中三氯甲烷的限值為0.3mg/L。此值是世界衛生組織幾次修訂得出的新的限值。
                                                                                   
                                                                                    GB5749--1985《生活飲用水衛生標準》規定飲用水中三氯甲烷限值為0.06mg/L。多年實際工作說明,我國的生活飲用水中三氯甲烷很少超過此值。經征求供水部門意見,認為可以不作修改,重新修訂的GB5749--2006《生活飲用水衛生標準》仍維持三氯甲烷原來限值0.06mg/L不變。
                                                                                   
                                                                                    目前,飲用水消毒副產物的生成過程和致病機理還不十分清楚,許多DBPs前驅物結構與性質未能準確定性,消毒劑種類的多樣性,反應體系及其影響因素的復雜性以及分析手段的局限性,這些都導致我們目前對DBPs生成機制的把握仍停留在假設與推測中。盡管如此,研究者們仍努力從不同角度進行探索,以探明DBPs前驅物與消毒劑反應并生成DBPs的歷程與機制。但是它對人體健康的危害是肯定的,三鹵甲烷等消毒副產物已成為生活飲用水的安全隱患。
                                                                                   
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                                                                                    三鹵甲烷(THMs)
                                                                                   
                                                                                    哺乳動物引用氯化后飲用水或吸入THMs后,很快被吸收、代謝和清除。THMs積聚在脂肪、肝臟和腎臟等細胞組織中的濃度最高。三種溴化物(二溴一氯甲烷、一溴二氯甲烷、三溴甲烷)都代謝較快,比三氯甲烷快得多。
                                                                                   
                                                                                    當受到THM慢性影響時候,致癌是主要的風險。在達到細胞毒性的劑量時,長期接觸的情況下,三氯甲烷可使動物致癌。
                                                                                   
                                                                                    老鼠和小鼠用胃管喂養食用玉米油后,一溴二氯甲烷(BDCM)會在肝、腎、大腸等部位生瘤。
                                                                                   
                                                                                    二氯甲烷(DCM)有弱的致突變性。
                                                                                   
                                                                                    二溴一氯甲烷(DBCM)在雌性小鼠中會生肝瘤,而在老鼠中不會出現。
                                                                                   
                                                                                    溴化THMs有致突變性。
                                                                                   
                                                                                    鹵乙酸(HAAs)
                                                                                   
                                                                                    鹵乙酸是一種弱酸性、致癌風險大的難降解物質,在飲用水中普遍存在,增加了飲用水的不安全性。流行病學研究表明,膀胱癌、直腸癌和結腸癌的發病率與攝入的氯消毒水量存在潛在的相關性。鹵乙酸對人類健康所造成的危害主要有:代謝紊亂,神經中毒,眼損傷,不產生精子,增加肝的過氧化物酶體。
                                                                                   
                                                                                    在消毒副產物的總致癌風險中,鹵乙酸的致癌風險占91.9%以上,而三鹵甲烷的致癌風險只占8.1%以下。因此,消毒副產物的致癌風險主要由鹵乙酸致癌風險構成。在鹵乙酸的致癌風險中,二氯乙酸的致癌風險一般低于三氯乙酸的致癌風險,但二者在鹵乙酸致癌風險中占的比例并不恒定。
                                                                                   
                                                                                    二鹵乙酸(DCAA)和三鹵乙酸(TCAA)的動力學和代謝作用明顯不同,TCAA的主要反應發生在微粒部分,而90%以上的DCCA是在細胞溶質內。在人體內TCCA的半衰期為50h。DCAA在低劑量時半衰期很短,劑量增加時半衰期可以快速增加。氯化飲用水中那樣的低劑量,DCAA不大可能有致突變性。
                                                                                   
                                                                                    大量數據說明二溴乙酸(DBAA)對雄性生殖系統有影響。
                                                                                   
                                                                                    鹵乙腈(HANs)
                                                                                   
                                                                                    20世紀80年代,體內致畸實驗研究發現,HANs具有胚胎毒性,可使產期仔鼠存活率下降以及生長發育緩慢。20世紀90年代初,試驗證明DCAN和TCAN具有潛在的致畸危害。毒理學研究結果表明,HANs的細胞毒性遠大于THMs和HAAs。2006年,Muellner等采用中國倉鼠卵巢(CHO)細胞試驗,系統的開展了7種HANs的慢性細胞毒性和急性遺傳毒性試驗研究,研究結果表明,慢性細胞毒性大小依次為:DBAN>IAN≈BAN>BCAN>DCAN>CAN>TCAN;急性遺傳毒性大小依次為:IAN>BAN≈DBAN>BCAN>CAN>TCAN>DCAN??梢园l現,碘代和溴代乙腈的慢性細胞毒性和急性遺傳毒性普遍高于氯代乙腈。
                                                                                   
                                                                                    鹵乙腈的代謝產物包括氰化物、甲醛、甲酰氧化物和甲酰鹵化物。二氯乙腈(DCAN)和二溴乙腈(DBAN)均有毒性。HANs其他成分缺乏風險性資料。
                                                                                   
                                                                                    HANs和HNMs的慢性細胞毒性和急性遺傳毒性都遠遠大于HAAs,并且溴代HANs、碘代HANs和HNMs的慢性細胞毒性和急性遺傳毒性都高于其對應的氯代HANs和HNMs。在含有同種鹵素原子的情況下,含有鹵素原子最少的HANs和HAAs,其慢性細胞毒性和急性遺傳毒性反而最大;而HNMs則沒有明顯的區別,這可能與細胞受到DBPs刺激所產生的氧化應急機制有關。
                                                                                   
                                                                                    N-亞硝基二甲胺(NDMA)
                                                                                   
                                                                                    亞硝胺類消毒副產物中,NDMA是發現最早、濃度最高的亞硝胺類化合物,可以導致人體和動物體發生癌變、突變和畸變。自從20世紀60年代,毒理學家已經開始對亞硝胺進行研究,然而,大部分學者所研究的亞硝胺主要來源于食物和工業制品中,特別是啤酒、熏肉、煙草和橡膠制品。1998年在飲用水中首次檢測到NDMA消毒副產物,USEPA已將其確定為高致癌風險物質,NDMA的致癌風險(95.71×10-6)明顯大于THMs(5.32×10-6)和HAAs。
                                                                                   
                                                                                    鹵代硝基甲烷(HNMs)
                                                                                   
                                                                                    毒理學研究表明,HNMs的動物細胞遺傳毒性甚至超過了MX,HNMs所包括的9種物質都具有強烈的致突變性。其慢性細胞毒性和急性遺傳毒性的等級依次為:DBNM>DBCNM>BNM>TBNM>BDCNM>BCNM>DCNM>CNM>TCNM和DBNM>BDCNM>TBNM>TCNM>BNM>DBCNM>BCNM>DCNM>CNM。其中,溴代的硝基甲烷對人體健康的危害更大,已被USEPA列入優先控制DBPs的最高等級。
                                                                                   
                                                                                    鹵乙酰胺(HAcAMs)
                                                                                   
                                                                                    鹵乙酰胺是繼HANs、HNMs和NDMA之后新發現的高毒性飲用水消毒副產物。毒理學研究發現,相對于THMs、HAAs、MX、HANs、HNMs和NDMA等消毒副產物來說,HAcAms具有更高的慢性細胞毒性和急性遺傳毒性。
                                                                                   

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