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飲用水質污染對人體健康產生的影響

作者:admin    內容來源:本站原創    點擊數:     更新時間:2011-5-18 14:17:39

       由于人類活動改變了天然水的性質和組織,影響水的使用價值或危害人類健康,稱為水污染。有4種類型:
 ?。?)生理性污染,指污染物排入天然水體后引起的嗅覺、味覺、外觀、透明度等方面的惡化;
 ?。?)物理性污染,指污染物進入水體后改變了水的物理特性。如熱,放射性物質,油、泡沫等污染。
 ?。?)化學性污染,指污染物排入水體后改變了水的化學特征。如酸堿鹽,有毒物質,農藥等造成的污染。
 ?。?)生物性污染,指病原微生物排入水體,直接或間接地傳染各種疾病。
 
水污染的危害有3個方面:(1)對環境的危害,導致生物的減少或滅絕,造成各類環境資源的價值降低,破壞生態平衡。(2)對生產的危害,被污染的水由于達不到工業生產或農業灌溉的要求,而導致減產。(3)對人的危害,人如果飲用了污染水,會引起急性和慢性中毒、癌變、傳染病及其他一些奇異病癥,污染的水引起的感官惡化,會給人的生活造成不便,情緒受到不良影響等。

      隨著人類對自然與社會認知能力的不斷提高,飲用水質的概念和內涵也日益豐富。從最初關心的微生物污染,發展到對化學污染、生物污染、物理污染及其復合污染的多角度關注;從單一污染物的作用及健康影響,發展到對污染物之間協同效應的發現;從以去除常規污染物為目標的水質凈化過程,發展到對低劑量持久性有毒有害污染物深度處理工藝的運用;從簡單的水質效應的表達,發展到對毒理學及水質健康風險的全面評價……這些研究和應用進展,不僅促進了飲用水質科學和技術的進步,對相關學科的發展也產生了重要的推動作用。那么,目前我們應該更關心一些什么樣的水質與健康問題呢?

      一般認為,飲用水中的主要污染物有化學物質污染、生物污染和細微顆粒物污染。這些污染物具有4個基本特征:(1)劑量較低:在水中的濃度多數在ng/L或其以下;(2)介質復雜:存在于不同的介質和界面;(3)發生不確定:具有不同的來源,并隨水源條件的變化而不同,可以在復雜的介質和界面上發生反應;(4)復合污染:在一個體系中同時存在多種污染物、多種作用過程和多種水質及健康效應。

1、低劑量有機物污染及健康影響 
      化學污染物是目前人們最為關心也是最為復雜的水質問題。1974年以來,美國在飲用水中發現2100種化學物質,其中190種是可疑的,99種致癌或可疑致癌物,82種致突變物,28種急性或慢性致毒物。研究表明,自來水中鹵代烴類化合物是多種癌癥的致病因子,美國環保局在全國范圍的飲水檢測中發氯化消毒的飲用水中普遍含有鹵代烴類,在被檢測的289種化合物中有111種鹵代有機物,其中氯仿、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代物的致癌作用最為明顯。近年來,在我國不同的飲用水源中檢測出了上百甚至幾百種化學物質,其中有機污染是主要風險因子。研究發現,我國南方某水源中多種有機氯農藥共存,仲丁威、阿特拉津常年存在,如圖1所示。

      在化學污染中,環境激素是飲用水最重要的一類風險物質,又稱內分泌干擾物,具有干擾生物的正常行為及生殖、發育相關的正常激素的合成、釋放、運轉、代謝、結合等過程,激活或抑制內分泌系統功能,破壞內分泌系統維持機體穩定性和調控作用。美國科學家最近在為包括首都華盛頓在內的地區提供飲用水的波托馬克河發現,一些黑鱸兼具雄性和雌性生理特征,成為雙性“陰陽魚”,約42%的雄性鱸魚性器官中有卵子。2006年8月科學家對波托馬克河3條支流的調查結果發現,超過80%的雄性小口黑鱸體內有卵子。我國也在一些飲用水源及水處理工藝的不同階段檢測出內分泌干擾物質,如圖3所示。預臭氧、混凝沉淀和砂濾等常規處理過程,并沒有明顯降低原水中的內分泌干擾效應,砂濾后的臭氧并結合生物活性炭處理,顯然是去除原水中內分泌干擾物的有效方法。

2、無機物污染及健康影響

      近年來,重金屬、氟、硝酸鹽等成為飲用水的重要污染物。重金屬中砷的污染最為普遍。砷污染可導致人體慢性中毒,除表現神經衰弱綜合癥、多發性神經炎、胃腸道癥狀外,主要表現為皮膚粘膜病變、皮膚色素沉著、皮膚角化過度或疣狀增生等,部份人皮膚、肺、支氣管、喉發生癌變而死亡。恒河三角洲地區因地下水砷污染而引起的水質安全風險及其對人體健康的嚴重影響引起了國際上的廣泛關注,砷污染也對臺灣、內蒙古、山西、新疆、寧夏和吉林等許多地區人民的身體健康構成嚴峻威脅。據不完全統計,我國目前仍有200多萬人飲用砷超標的水,且主要分布在經濟較為落后的農村地區。

      飲用高氟水而引起的氟病是世界上分布最為廣泛的地方病之一,世界上五大洲的五十多個國家報告有地方性(飲水性)氟中毒。我國除上海市以外,其余各省、自治區和直轄市都發現飲水性氟病,以北方15個省、自治區、直轄市最為嚴重,南方在江蘇、湖北、廣東、福建等省有一定分布。在華北平原、東北西部平原以及黃河中游的半干旱地區,廣泛分布有富含氟的礦物,造成氟病癥廣泛分布,造成氟在水中大量濃縮、富集,淺部地下水含氟量高達5mg/L以上。由于水源的限制,許多地區不得不飲用氟含量超標的地下水。

      目前,世界范圍內地下水中硝酸鹽的污染依然嚴重。美國許多地區水中硝酸鹽平均每年增長0.8mg/L,德國有50%的農用井水硝酸鹽的濃度已經超過60mg/L,法國巴黎附近部分地區硝酸鹽濃度已經高達180mg/L。我國很多地區作為飲用水源的地下水已不同程度地受到硝酸鹽污染,并且有逐年加重的趨勢。個別地區濃度已超過100mg-N/L。硝酸鹽對人體健康具有危害,當攝入過多時,可誘發高鐵血紅蛋白癥,即可使體內正常的低鐵血紅蛋白轉化成高鐵血紅蛋白,使血液失去攜氧能力,因此可造成組織缺氧并導致死亡。在硝酸鹽轉化過程中形成的亞硝胺和亞硝酰胺具有致癌、致畸和致突變作用。鑒于硝酸鹽的危害,許多國家及世界衛生組織(WHO)都為飲用水中的硝酸鹽的含量制定了標準。WHO規定飲用水中硝酸鹽濃度不超過10mgNO3--N/L,推薦標準為5mgNO3--N/L。美國EPA規定了最高極限值為10mgNO3--N/L。歐盟組織提出最高含量為11.3mgNO3--N/L,指導性標準為5.6mgNO3--N/L。我國對飲用水硝酸鹽污染的限制尚不夠嚴格,為20mgNO3--N/L。

3、生物污染及健康影響

      生物污染包括各類病毒、細菌、寄生蟲等病原微生物、藻類等。20世紀60年代前,給水處理所涉及的病原菌主要是霍亂弧菌、傷寒沙門氏菌、副傷寒沙門氏菌、志賀氏菌等,隨著醫學、微生物學以及分析測試技術的進步,人們對水體病原菌有了更新的認識,一些病原菌、病毒、病原原生動物得到陸續的發現,已經確認傳染性肝炎和脊髓灰質炎是由病毒引起的而且可以通過飲用水傳播。賈第蟲、隱孢子蟲等由于僅為數微米大小容易穿透濾池,進入飲用水中從而造成介水傳染病。根據美國AWWA報道,美國1971~1985年共發生452起生物性病原體介水傳染病的爆發流行,發病人數累計達10萬人左右。1991~1994年間共發生水質事故64起,致病人數422820人,其中99%是腸道疾病。我國的介水傳染病的爆發流行也比較嚴重,1959~1984年傳染性肝炎的介水傳染病的爆發流行141起,發病率為12~24%,累計發病9548例。近年來,我國深圳、天津等地的飲用水源中也發現紅蟲、蚤類浮游生物等污染。 藻類污染不僅有藻毒素的產生,也出現一些藻類產生嗅味對水質的影響。在世界范圍內,飲用水源中有多種藻毒素被發現。第一個有記錄的藻肝毒素致死案是發生在1996年,巴西Caruaru城131個飲用藻毒素超標的飲用水中52人死亡。在我國的某大型水庫中,發現5種藻毒素,其中三種毒素分別是較常見的Microcystin-RR, Microcystin-YR和Microcystin-LR,另外兩種分別是常見的Microcystin-YY(MW 1052)和 Mglu-LR(MW 1009)。研究證實,產生嗅味的藻類物質主要是 Geosmin和MIB。對我國某有嗅味污染的水庫水進行研究,發現水中含有Geosmin和MIB 分別為30-100ng/l和5-10ng/l,其濃度隨季節變化明顯,如圖4所示。

4 納米污染物及健康影響

      環境納米污染物是環境中尺度處于納米級別而有強烈尺度效應及結構效應的污染物。在飲用水中的納米污染物,可以包括有機有毒物(POPs,PTS,內分泌干擾物等), 重金屬水合氧化物(Pb,Cd,Cu,稀土等), 多形態化合物無機物(氮,磷,鐵,鋁,砷等),微生物及生物分泌物(細菌,藻類,病毒,藻毒素,激素,信息素)等,具有明顯的健康效應。研究發現,納米污染物可能進入人體中大顆粒材料所不能抵達的區域和健康細胞。吸入的納米顆粒物可以穿透細胞壁,進入人體組織,深入到人體防衛系統、神經和血管中,造成疾病。很多污染物在飲用水中以納米形態存在,成為飲用水安全的重要風險因子,對飲用者的身體健康具有現實和潛在危害。

5 水質毒理學

      以往評價飲用水的指標主要是化學和生物學要素,但研究發現,即使在所有化學和生物學指標合格的情況下,飲用水有時還具有毒性。因此,研究飲用水的毒理效應成為重要內容。飲用水的毒理學不僅涉及污染化學物質對生物的毒性影響,而且涉及對整個生態系統生命過程的毒性效應。在水體中化學物質的毒性與生物間的、生物內的和水環境的因素相互作用有關。認識DNA損傷和生物效應、個體效應、種群效應、群落效應乃至整個系統生態效應,明確污染物的生物可利用性、吸收代謝與蓄積特征乃至最終對人體健康的影響,是從本質上評價飲用水質健康影響的重要方面,涉及復合污染的過程與作用機制等科學問題。事實上,目前的水質評價指標基本是單一的化學或微生物濃度值,并沒有從毒性的角度綜合評價水處理方法的安全性,技術組合和工藝設計也不是基于以復合毒性指標為依據的健康安全水平,因此處理后的飲用水質無法保證健康安全。應用復合污染研究成果,采用化學、生物學和毒理學方法綜合評估水質,對保障飲用水安全具有重要意義。

      毒理實驗已經證明許多污染物和消毒副產物具有致癌性、內分泌干擾作用等毒性,但是這些物質因為具有較高的親水性,用通常的水處理技術去除率較低,通過飲用水對人的暴露的可能性較高。為了確保飲用水的安全性,在掌握飲用水中此類物質的暴露水平和毒性的基礎上,開展與工藝過程相適應的水質毒性變化研究十分迫切。對某自來水廠原水和各處理段出水的細胞毒性檢驗表明,水源水和各處理段出水均未顯示急性細胞毒性,在加氯處理后顯示出一定程度的刺激生長作用,如圖5所示。

6、飲用水安全保障關鍵技術

      發達國家的經驗和教訓表明,水源保護與水質改善最關鍵的措施是加強立法、嚴格執法,防止污染物進入水體。就技術層面而言,有些國家嘗試利用濕地生態系統進行水源保護與水質改善,并取得了寶貴的經驗。此外,一些在線生物、化學監測技術手段逐漸應用于水源地水質監測與預警,為應對突發性污染事件、建立完善的供水安全保障體系提供了重要的技術支撐。

水廠水質凈化技術是飲用水質安全保障體系的核心。水廠水質凈化的目標是通過多級屏障和處理單元去除水中濁度、藻類、各種有機和無機污染物以及微生物等,并通過合理的水質調節手段提高出廠水的化學與生物穩定性,保障輸配水過程水質穩定。在預氧化、混凝、沉淀、過濾、消毒等常規工藝的基礎上,活性炭吸附、臭氧/生物活性炭等深度處理工藝也逐漸得到推廣運用。

      水質凈化技術選擇的關鍵在于在保證污染物最大去除效率的同時控制有害物質的輸入或生成。目前,國內外重點關注消毒副產物(如三鹵甲烷、鹵乙酸等)、各種有害元素或化合物、致病微生物、微量人工或天然活性化學品、以及容易給人感觀帶來損害的異嗅異味異色類物質等。在消毒副產物生成控制方面,主要采取如下控制措施[3]:采用二氧化氯、臭氧、高錳酸鉀等氧化劑取代預氯化,強化去除水中消毒副產物前驅物;采用組合消毒技術取消氯的投加或降低氯使用量;采用多級加氯消毒等。在致病微生物強化去除方面,采取了包括使用紫外、臭氧等新型消毒方法,使用膜過濾技術,改善過濾效率,優化消毒方式等措施。在微量污染物去除與控制方面,粉末活性炭吸附、臭氧氧化、納濾或反滲透過濾等技術得到廣泛關注。在有毒有害元素及其化合物去除方面,砷、氟去除技術的核心是開發高效吸附劑,而硝酸鹽則主要是建立基于生化或物化過程的還原去除技術。

      當水源污染嚴重或存在異嗅異味時,常規處理工藝難以保障飲用水安全,此時往往需要增加深度處理以去除常規工藝難以去除的污染物,如酚類物質、表面活性劑、農藥類、異嗅異色物質等微量污染物以及用總有機碳(TOC)或化學需氧量(COD)表征的污染指標。TOC的去除主要是著眼于控制消毒副產物生成,農藥類有機污染物的去除重點在于控制飲用水的各種慢性生物效應,而表面活性劑、色度和異嗅味物質的去除主要是為了改善飲用水的感觀特性。

      飲用水出廠后流入地下供水管網,經過數小時至數十小時到達用戶末端。在這漫長復雜的輸配過程中,除了流量、壓力的調配外,人們很難對飲用水水質再進行有效的凈化、調節與改善。因此可以認為,飲用水輸配過程是水質安全保障體系中的薄弱環節。近年來的研究表明,長達數千公里甚至上萬公里的地下輸配水管網就像一個巨型的反應器,在物理、化學與生物等多種作用下,飲用水質和輸配水管材都會發生消毒劑衰減與消毒副產物生成、腐蝕與金屬溶出、微生物與生物膜生長等一系列復雜的變化,從而產生潛在的水質安全風險[7]。出廠水的水質調節與穩定化是保持輸配水水質的關鍵,而管網系統的科學運行與維護對保障用戶末端水質安全具有重要意義。此外,管網水質在線監控、輸配過程水力與水質建模并在此基礎上進行管網優化調度等也是保障飲用水質的重要途徑。

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