活性炭控制饮用水中溴酸盐的研究进展

[基金项目]�广东省科技计划项目(2005B32401005,2006B36801003)[作者简介]�吴清平(1962-),男,博士,研究员,主要从事食品微生物安全检测与控制研究。�综述�活性炭控制饮用水中溴酸盐的研究进展吴清平1,张颖辉1,2,3,张菊梅1,郭伟鹏1(1�广东省微生物研究所广东省菌种保藏与应用重点实验室,广州�510070;2�中国科学院武汉病毒研究所,武汉�430071;3�中国科学院研究生院,北京�100049)[关键词]�臭氧;饮用水;活性炭;溴酸盐;控制[中图分类号]�TU991����[文献标识码]�A����[文章编号]�1004-8685(2009)05-1185-03��臭氧氧化技术被认为是21世纪最有前途的水处理技术之一,目前已被广泛应用在氧化助凝、除嗅、去除微量有机污染物、藻毒素等方面,并取得了较好的效果。但臭氧氧化过程也有一定的缺陷,当原水中有溴离子存在或水处理剂带来溴离子时,臭氧可将溴离子氧化为具有基因毒性致癌诱变物溴酸盐[1]。本文主要针对臭氧活性炭技术对饮用水中溴酸盐的控制进行讨论。1�臭氧和溴离子、溴酸盐1�1�臭氧和溴离子臭氧(O3)是一种广谱型杀菌剂,是很强的氧化剂,与氯相比,其杀菌能力强,作用快,耗量少,效果较好,不会产生氯化消毒副产物。臭氧的杀菌作用比氯快15~30倍,且其消毒能力为氯气的600~3000倍。臭氧不仅能杀灭水中的普通菌类和虫卵,还能杀灭抗氯性强的病毒和芽孢,且残留的臭氧因易分解而不会造成二次污染,使用这样一种杀菌剂无疑是对饮用水消毒的理想方法,也是目前普遍采用的方法[2,3]。在对水源水进行臭氧消毒的过程中,在杀菌的同时,臭氧还可去除水中的藻类等颗粒物,氧化有机物,提高水的稳定性,将有毒的亚硝酸盐、氰化物等无机物氧化为无毒的氧化物,并对水中色度和嗅味也有一定去除作用[4]。然而当原水中有溴化物存在时,在常规水处理条件下,臭氧有可能将溴离子(Br-)氧化形成对人体有害的溴酸盐(BrO-3)。水中的Br-本身不会对人体产生危害。水中的Br-主要来自矿物溶解、海水入侵地表水或地下含水层。人类的活动,如苏打的生产、开采煤矿和钾矿都可能造成水中Br-含量升高。水中Br-还与施用含溴、碘的肥料及冬季路面防冰布撒的盐有关。据文献报导,水中的Br-浓度范围在0�01~6�0mg/L。国外的一项调查表明,美国的河流中Br-浓度的范围0�01~3�0mg/L,平均为0�11mg/L;地下水中Br-浓度的范围是0�002~0�429mg/L,平均为0�096mg/L;沿海地区水体中Br-浓度的范围是0�05~0�4mg/L,平均为0�21mg/L。欧洲的河流中Br-浓度的范围是0�02~1�04mg/L,平均为0�15mg/L;欧洲地下水中Br-浓度的范围是0�048~0�209mg/L,平均为0�102mg/L。自然界中Br-多以镁和碱金属的溴离子盐形式存在[5]。1�2�溴酸盐生成原理及现状据文献报道,当水中的溴化物浓度在0�05~0�1mg/L甚至更高时,就很有可能生成溴酸盐[6]。溴酸盐已被国际癌症研究机构定为2B级(较高致癌可能性)的潜在致癌物,动物试验确认其有致癌性,微生物试验发现其有致突变性。一位饮水2L/d、体重70kg的成年人,摄入3�g/L的溴酸盐的致癌风险率为10-5。世界卫生组织(WHO)建议饮用水的最大溴酸盐含量为10�g/L[7,8]。美国环保局(USEPA)规定现阶段溴酸盐的最大污染水平(MCL)为10�g/L[5]。随着利用地下水生产瓶装饮用水在国内大、中城市的流行,含溴水的臭氧化消毒副产物问题日益引起人们重视,我国2007年7月1日新修订出台的�生活饮用水卫生标准�(GB5749-2006)中也对饮用水中允许的最大溴酸盐含量做出了明确规定,不得超过10�g/L。臭氧化过程中溴酸盐的生成过程可用图1所示的关系表示:图1�溴酸盐的生成机理由图1可以看出,溴酸盐是由臭氧分子、OH自由基或两者共同的氧化作用,经过一系列的步骤而生成的。臭氧分子氧化时,Br-首先被转化为次溴酸(HOBr),次溴酸进一步与臭氧分子或OH自由基反应,分别生成亚溴酸盐(BrO-2)和Br�,亚溴酸盐被臭氧分子氧化为溴酸盐(BrO-3);OH自由基氧化途径中,Br-首先被转化为Br�,Br�-部分被转化为HOBr,另一部分被转化为BrO�,进而被转化为BrO-2和BrO-3。从图1可以看出HOBr是溴酸盐形成过程中的一个重要中间产物,而且是臭氧分子直接氧化途径中必经的步骤。在一定条件下,HOBr是决定臭氧化过程中溴酸盐生成量多少的重要因素。此外,由图1还可以看出,氧化溴基BrO�只有在溴基Br�和臭氧同时存在时才会生成,它不是以OH�基为唯一氧化剂时的中间产物,即当只有在OH�