饮用水中二甲基亚硝胺相关问题研究

第46卷第7期2017年7月Vol.46No.7Jul.2017化工技术与开发Technology&DevelopmentofChemicalIndustry饮用水中二甲基亚硝胺相关问题研究徐晓丽1，房凯2（1.扬州大学环境科学与工程学院，江苏扬州225000；2.江苏省宿迁市水务局，江苏宿迁223800）摘要：近年来，对人类具有巨大的潜在危险性的二甲基亚硝胺（NDMA），越来越受到人们的重视。本文介绍了饮用水处理中NDMA的来源、生成途径、去除方法等，并就NDMA目前存在的问题提出了相应的建议。关键词：二甲基亚硝胺；水处理；去除中图分类号：TQ085+.4文献标识码：A文章编号：1671-9905(2017)07-0034-04收稿日期：2017-05-08二甲基亚硝胺（NDMA）作为水厂消毒副产物，最早于1989年加拿大安大略省一座采用氯胺消毒的水厂出水中被检出，接着在该省其他水厂的检测中也发现了一定浓度的二甲基亚硝胺[1]。近年来，国内不断有饮用水中检出NDMA的报道，2010年王成坤[2]和梁闯[3]分别报道了北京某管网和上海某管网中NDMA的浓度，各为3.0ng·L-1和78.9ng·L-1。美国环保署将二甲基亚硝胺确定为B2类致癌物质，即该物质的致癌性在除人类的其他动物中证据充分，在人类中的证据不充分或没有证据[4]。在暴露浓度仅为0.7ng·L-1的条件下，NDMA的理论致癌风险可达10-6[5]。毒理学研究表明，NDMA可能会引起肺癌、肝癌，其致癌风险远高于三氯甲烷等消毒副产物[6]。不同国家NDMA饮用水标准是不同的，世界卫生组织的指导值是100ng·L-1，加拿大卫生部的指导值是40ng·L-1，澳大利亚的指导值是100ng·L-1。而加拿大安大略省、美国麻省和加州的标准更为严格，分别是9ng·L-1、10ng·L-1、10ng·L-1。但我国现行的《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）尚未将此标准列入，对NDMA检测技术和控制技术的研究相对较少，需要进一步加以重视。1饮用水中NDMA的来源1.1水源NDMA最直接的前体物是二甲胺，另外含有二甲胺官能团的某些物质也有生成NDMA的潜能。三甲胺、四甲胺、氧化三甲胺、部分表面活性剂、除草剂和杀虫剂等都含有二甲胺官能团，它们在亚硝化、氯胺消毒或其他条件下可生成NDMA[7]。同时NDMA的生成还与水源水的污染程度密切相关，有研究采集了不同地区59个原水水样进行亚硝胺消毒副产物生成潜能测试，结果表明不同地区原水NDMA的生成潜能不一样，长江三角洲地区原水中NDMA的生成潜能相对较高，说明该地区原水中含有较多NDMA的前体物[8]，同时也说明污染严重的地区，其水源水NDMA的生成潜能相对较高。1.2水处理工艺过程1.2.1消毒过程1）氯消毒与氯胺消毒。氯化消毒使用时间长久且应用广泛，是一种比较常见的消毒方式。近年来，工业废水、生活污水中含氮物质的排放，导致水源中含有大量的氨氮物质。常规处理工艺对氨氮的去除是有限的，若是水中含有高浓度的氨氮，会在消毒过程中与次氯酸反应生成氯胺，从而导致NDMA的产生。而在使用氯胺消毒时，氯胺则可直接与二甲胺生成NDMA。2）臭氧消毒。臭氧是一种强氧化剂，在水中存在NDMA前体物的条件下，使用臭氧消毒时也可产生NDMA。1.2.2其他工艺过程水厂采用化学氧化法时，所采用的强氧化剂可能会产生NDMA。水厂若使用氯化二烯丙基二甲基胺（DADMAC）阳离子聚合物作为混凝剂，消毒时也35第7期可能产生NDMA[9]。另外离子交换中所使用的树脂也能导致NDMA的生成[10]。2NDMA的主要生成途径2.1亚硝化途径亚硝酸盐经酸化可生成NO2-或相似的含氮组分（如N2O3），NO2-进一步反应生成胺（如二甲胺），胺再经过亚硝化后产生NDMA。亚硝化途径生成NDMA在酸性条件下比较迅速，而在中性条件下反应缓慢，当水的pH值为7即水体呈中性时，100μmol的亚硝酸盐与100μmol的二甲胺（DMA）反应10h生成的NDMA仅为10~18μg·L-1[13]。所以在水处理过程中，亚硝化机制不是生成NDMA的主要途径。采用自由氯（HOCl）消毒时较容易产生NDMA，因为自由氯可以促进DMA生成NDMA[14]。2.2氧化偏二甲肼途径二甲胺可与一氯胺反应生成偏二甲肼（UDMH），偏二甲肼能被氧化成NDMA，该反应在中性条件下比较迅速[13]。而一氯胺也可与中间产物UDMH反应生成NDMA，但是生成量比较少，仅占总产物的5%。当采用氯胺消毒或原水中含有高浓度的氨氮且采用次氯酸消毒时，NDMA的主要生成途径为此种氧化机制。2.3氯化偏二甲肼途径氯化偏二甲肼生成NDMA途径比氧化偏二甲肼反应途径生成速率更快，因为N-Cl非极性键更易被氧化。Schreib