饮用水中典型含氮消毒副产物卤乙腈的生成

含氮消毒副产物N-DBPs在饮用水中的浓度相对THMs和HAAs较低，但在低含量下N-DBPs对人体产生的危害很大，因此受到了广泛关注[1]。卤乙腈（HANs）是典型的含氮消毒副产物，通过对20种氨基酸的氯化消毒副产物的研究，发现卤乙腈的生成潜能仅次于三氯甲烷和氯代卤乙酸[2]，在含氮消毒副产物中占有很大比例。毒理学研究表明，其慢性细胞毒性是HAA5（5种已纳入规定的HAA）的71倍，急性遗传毒性是HAA5的13倍[3]，对人体存在巨大的健康风险。而且卤乙腈的代谢产物氰化物同样具有急性毒害作用，卤乙腈水解又可形成THMs和HAAs等消毒副产物[4]。HANs共包括10种物质：一氯乙腈（CAN）、二氯乙腈（DCAN）、三氯乙腈（TCAN）、一溴乙腈（BAN）、一碘乙腈（IAN）、一溴二氯乙腈（BDCAN）、二溴一氯硝基甲烷（DBCAN）、二溴乙腈（DBAN）、溴氯乙腈（BCAN）和三溴乙腈（TBAN）。Muellner等[5]采用中国仓鼠卵巢（CHO）细胞实验系统的研究了7种HANs的慢性细胞毒性和急性遗传毒性发现：慢性细胞毒性大小：DBAN>IAN≈BAN>BCAN>DCAN>CAN>TCAN；急性遗传毒性大小：IAN>BAN≈DBAN>BCAN>CAN>TCAN>DCAN。2006年，世界卫生组织给出自来水中二氯乙腈、二溴乙腈和三氯乙腈的参考浓度，分别为20、70、1μg/L。我国大部分城市水源水质较差，普遍采用氯或氯胺消毒，卤乙腈产生的危害会更大，因此有效控制其在出水中含量对用水安全具有重要意义。1卤乙腈的生成1.1卤乙腈的前体物一般认为，水中溶解性有机氮DON是HANs的重要前体物，主要有游离氨基酸、含氮杂环核酸、蛋白质和腐植酸中氨基酸结构[6]。由于卤乙腈生成物中以DCAN为主，研究者一般将其作为主要研究对象[2]，在氯胺化消毒过程中，谷氨酸、胞嘧啶、半胱氨酸和色氨酸是DCAN主要前体物[7]。Yang等[8]发现无论是氯化还是氯胺化消毒，色氨酸、酪氨酸、天冬酰胺和丙氨酸相比其他含氮结构产生更多的DCAN。赵世嘏等[9]研究探讨了上海某水库水源水中有机物不同组分与消毒副产物生成潜能之间的关系，发现NOM中亲水性有机酸（HiA）是DCAN的最主要前体物质。因此，水中DON和亲水小分子是HANs主要前体物。1.2卤乙腈的生成机制研究人员已经提出氯或氯胺和氨基酸反应可以生成腈和醛[8，10]，反应过程如图1所示。胺基与活性氯（Cl+）反应，产生有机氯胺，当Cl+：N≤1时，产生一氯代有机氯胺（R－CH(COOH)－NHCl），当Cl+：N≥1时，产生二氯代有机氯胺（R－CH(COOH)－NCl2）。R－CH(COOH)－NHCl可以通过消去HCl和CO2的反应，生成R－CH＝NH，R－CH＝NH可以发生水解反应，产生R－CHO和NH3，产生的R－CHO饮用水中典型含氮消毒副产物卤乙腈的生成和控制研究进展朱明秋，高乃云（同济大学环境科学与工程学院，上海200092）摘要：卤乙腈是饮用水中典型的含氮消毒副产物，因具有很高的慢性细胞毒性和急性遗传毒性而受到广泛关注。介绍了水消毒过程中产生的卤乙腈的种类和毒理特性，重点对卤乙腈的生成特点、分析测定及控制方法进行综述。并针对卤乙腈的研究现状，提出了今后对其研究主要的方向和需解决的问题。关键词：消毒副产物；卤乙腈；生成；前体物；控制方法中图分类号：TU991.2文献标识码：A文章编号：1000-3770(2013)08-0001-004收稿日期：2013-03-08基金项目：国家科技重大专项资助（2012ZX07403-001）；国家自然基金（51178321）；住房和城乡建设部研究开发项目（2009-K7-4）作者简介：朱明秋（1989－），女，硕士研究生，研究方向为水处理理论与技术；联系电话：18818260867；E-mail：zmq12ss@163.com联系作者：高乃云；E-mail：gaonaiyun@sina.com第39卷第8期2013年8月水处理技术TECHNOLOGYOFWATERTREATMENTVol.39No.8Aug.,20131是一种重要的中间产物，可以与NH2Cl反应生成R－C≡N；同时，R－CH(COOH)－NCl2也可以通过消去HCl和CO2的反应生成R－C≡N。当R为CH3时，它与Cl+反应生成DCAN和TCAN。1.3卤乙腈的生成影响因素研究发现，接触时间、消毒剂投加剂量和方式、pH、温度和溴离子浓度等因素都会影响HANs的产生，DCAN的生成量与一氯胺的投加量成线性关系，且较长的接触时间导致DCAN在一段时间内继续形成[11]。Lee等[6]在研究3种N-DBPs（DCAN、TCNM、NDMA）的试验中发现，采用氯胺消毒与自由氯消毒相比，生成氯仿