01 前言
2019年12月，武漢市發(fā)生聚集性不明原因肺炎病例，之后定名為新型冠狀病毒感染肺炎，該病毒可以通過人體直接接觸、飛沫接觸、人和被污染的物品(也包括水體、土壤等)接觸進(jìn)行傳播。因此，在生活中采取消毒措施，尤其是醫(yī)療污水確應(yīng)加強(qiáng)殺菌消毒。據(jù)新聞報(bào)道，自1月29日武漢市全力開展排水設(shè)施和污水處理設(shè)施消殺工作以來，截至2月18日，全市各區(qū)、各單位累計(jì)出動(dòng)6520人次，累計(jì)投放消毒藥劑1963.58噸。全市26座污水處理廠均采用次氯酸鈉24小時(shí)連續(xù)滴加消毒，累計(jì)尾水強(qiáng)化。消毒用量共計(jì)1777.36噸，污泥消毒用量共計(jì)33.69噸。
但消毒劑使用并非多多益善。如疫情期間各大醫(yī)療機(jī)構(gòu)采用的含氯消毒劑，大量排放會(huì)導(dǎo)致污水余氯含量過高，其排入城鎮(zhèn)污水處理廠可能影響污水廠生化處理單元的正常運(yùn)行，排放至地表水體則可能會(huì)破壞水體環(huán)境，威脅水生動(dòng)植物生存與健康。然而，人們對(duì)消毒劑的過量使用、危害還缺乏了解，在此背景下，研究消毒劑的大量使用對(duì)水環(huán)境及水生態(tài)的影響就顯得十分關(guān)鍵和必要。
02 主要消毒劑類型及其特征
常見的環(huán)境消毒劑種類繁多, 按其化學(xué)組成可以分為以下幾類：
(1)酚類：常用的有來蘇兒、菌毒敵(復(fù)合酚) 等, 對(duì)細(xì)菌、病毒均有較好的殺滅作用, 低溫仍有效, 但有一定的腐蝕性;
(2)揮發(fā)性烷化劑：常用的有福爾馬林( 40% 甲醛)、百疫滅( 戊二醛 - 癸甲氯銨溶液)、環(huán)氧乙烷, 殺菌力強(qiáng), 對(duì)細(xì)菌、芽孢、病毒、霉菌等均有殺滅能力, 有一定的毒性和刺激性;
(3)堿類：有氫氧化鈉、生石灰、草木灰水, 對(duì)病毒、細(xì)菌有強(qiáng)大的殺滅作用;
(4)酸類：有乳酸、醋酸, 毒性低, 殺菌力弱, 常以蒸氣用作空氣的消毒;
(5)氧化劑類：主要有過氧乙酸, 廣譜殺菌, 作用快而強(qiáng), 對(duì)細(xì)菌、病毒、霉菌和芽孢均有效, 但性質(zhì)不穩(wěn)定, 易分解, 作用時(shí)間短, 易受環(huán)境中有機(jī)物影響, 對(duì)金屬具有腐蝕性,可用于皮膚、黏膜創(chuàng)面的消毒;
(6)表面活性劑：包括新潔爾滅、洗必泰、百毒殺等季銨鹽類消毒劑, 有廣譜抑菌、殺菌作用, 作用快, 毒性和刺激性小, 對(duì)病毒和芽孢作用弱, 其中百毒殺對(duì)病毒和真菌也有殺滅作用。新潔爾滅常用作皮膚和器械的消毒;
(7)復(fù)合型消毒劑：有衛(wèi)康 (過硫酸氫鉀+雙鏈季銨鹽+有機(jī)酸+緩釋劑等)、農(nóng)福(幾種酚類+表面活性劑+有機(jī)酸), 廣譜殺菌藥, 對(duì)細(xì)菌、病毒、霉菌和芽孢均有效, 刺激性較小, 作用時(shí)間較長(zhǎng), 低溫仍有效,不受有機(jī)物和水中金屬離子影響, 可進(jìn)入多孔表面的孔隙中;
(8)含氯消毒劑：含氯消毒劑是一類毒性低、殺菌效率高、價(jià)格低、被廣泛使用的高效殺毒劑，在控制病原微生物污染和傳播等方面有著重要作用。例如84消毒液，具有消毒、漂白、驅(qū)病蟲等作用，但同時(shí)也有刺激難聞的氣味，過量使用含氯消毒劑會(huì)引起很多負(fù)面影響;
含氯消毒劑溶于水中均能產(chǎn)生次氯酸。次氯酸不僅可與細(xì)胞壁作用，且因分子小，不帶電荷，故易侵入細(xì)胞內(nèi)與蛋白質(zhì)發(fā)生氧化作用，或破壞細(xì)胞內(nèi)磷酸脫氫酶，使醣代謝失調(diào)，而致細(xì)菌死亡。次氯酸還可分解形成新生態(tài)氧，將菌體蛋白質(zhì)氧化。Kulikovsky等通過電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，蠟狀芽孢桿菌在含氯消毒劑作用下殼質(zhì)層與皮質(zhì)層明顯分離而逐層溶解，通透性增加，核心吡啶羧酸漏出。Jean 等認(rèn)為較高濃度的次氯酸鈉溶液可使腸球菌的蛋白質(zhì)合成顯著減少而致其死亡。
作為一種廣譜的高效氧化劑，含氯消毒劑具有腐蝕性和漂白作用。含有效氯>5%的次氯酸鈉溶液、次氯酸鈣被納入國(guó)家《危險(xiǎn)化學(xué)品名錄》規(guī)定的危險(xiǎn)化學(xué)品。次氯酸作為一種化學(xué)氣體，屬于危險(xiǎn)品類別中腐蝕品。含氯消毒劑相對(duì)毒性較低，含氯消毒劑的健康危害都是發(fā)生在高濃度的條件下。次氯酸可以通過吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑危害人體或其他動(dòng)物，對(duì)皮膚、粘膜有較強(qiáng)的刺激作用。吸入次氯酸氣霧可引起呼吸道反應(yīng)，甚至發(fā)生肺水腫。大量口服會(huì)腐蝕消化道，可產(chǎn)生高鐵血紅蛋白血癥。衛(wèi)生部制定的《含氯消毒劑衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T36758—2018)規(guī)定，含氯消毒劑對(duì)金屬和有色織物慎用，避免接觸皮膚和眼睛，不得與易燃物接觸。
余氯是指在水中投加含氯消毒劑后，除了與水中細(xì)菌、微生物、有機(jī)物、無機(jī)物等作用消耗一部分氯量外，水中所余留的有效氯叫做余氯(具有殺菌效用)。水中的余氯形態(tài)包括游離余氯和化合氯。游離余氯包括的形式有氯氣，次氯酸，次氯酸根離子?；下劝ㄒ宦劝?，二氯胺和三氯胺。
當(dāng)過量的消毒劑泄露到自然環(huán)境、尤其是接觸到野生動(dòng)植物的時(shí)候，可能造成急性、慢性毒性。另外，當(dāng)消毒劑進(jìn)入自然環(huán)境時(shí)，需要一定時(shí)間才能降解。在這個(gè)過程中可能會(huì)和自然環(huán)境，尤其是水體中的有機(jī)物等發(fā)生反應(yīng)，生成具有致癌等潛在生態(tài)毒性的含氯消毒副產(chǎn)物，可能會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)遠(yuǎn)的生態(tài)影響。
污水處理廠出水保持有一定量的余氯，能夠防止細(xì)菌、微生物再繁殖，防止水中殘存微生物、細(xì)菌的繁殖，從而防止以水為媒介的傳染病的傳播和流行。如果醫(yī)療污水等出水余氯過高，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)入城鎮(zhèn)污水處理廠的污水余氯量偏高，可能對(duì)生化處理產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響城鎮(zhèn)污水處理廠的出水效果;同時(shí)，水廠出水余氯過高也可導(dǎo)致受納水體的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，并可能影響地表水、地下水和生活飲用水水源地，對(duì)生態(tài)環(huán)境和飲用水水源造成影響。因此，監(jiān)測(cè)水中余氯含量和存在狀態(tài)，對(duì)消毒設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、環(huán)境水質(zhì)質(zhì)量和保證飲用水安全極為重要。特殊時(shí)期更應(yīng)該重視和加更強(qiáng)對(duì)水中余氯濃度的監(jiān)測(cè)，保障水質(zhì)安全。
03 過度使用對(duì)水環(huán)境的影響
3.1 消毒劑進(jìn)入水環(huán)境的主要途徑
(1)通過地表徑流。疫情期間，對(duì)道路、綠化等進(jìn)行大面積的室外噴灑消毒會(huì)造成大量消毒劑殘留，消毒劑滲透到地下，或直接隨地表徑流排放至河湖中，污染水源，并會(huì)對(duì)水體中微生物和水生生態(tài)造成不利影響。例如非典期間，由于過度消毒，臺(tái)灣淡水河及支流被倒入大量漂白水，導(dǎo)致含氯量過高，魚群大量死亡，直到半年后才恢復(fù)正常。
(2)通過市政污水管網(wǎng)。消毒劑高濃度使用、高劑量使用會(huì)造成市政污水進(jìn)水余氯含量較高，進(jìn)而影響城鎮(zhèn)生活污水處理廠的處理運(yùn)行效果。過量的余氯會(huì)對(duì)活性污泥產(chǎn)生抑制作用，影響污水生化處理系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。污水廠處理能力有限，若污水中消毒劑含量過高，污水廠可能不能完全去除消毒劑。另外，消毒劑在污水處理過程中也可能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成副產(chǎn)品，其進(jìn)入水體后對(duì)水生態(tài)健康也會(huì)產(chǎn)生不利影響。
3.2 消毒劑對(duì)水域環(huán)境和生態(tài)的影響
健康的自然水體孕育著各類動(dòng)物、植物、微生物，這些生物的生命活動(dòng)驅(qū)動(dòng)著水、底泥、大氣之間的物質(zhì)循環(huán)，形成自我凈化能力。健康的流域水生態(tài)系統(tǒng)是保障流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)。水環(huán)境中很多微生物是有益微生物，對(duì)促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)和污染物降解起到關(guān)鍵作用。大量消毒劑進(jìn)入水中后，對(duì)水生生物的生長(zhǎng)、發(fā)育和繁殖構(gòu)成危害，破壞水生生態(tài)系統(tǒng)平衡，降低了水體自凈能力，尤其是含氯消毒劑和氯酚類消毒劑的危害性最大。
有學(xué)者進(jìn)行了消毒劑對(duì)不同水生生物的毒性試驗(yàn)研究，探究氯間二甲苯酚(A)和次氯酸鈉(B)對(duì)浮游藻類、浮游動(dòng)物、魚類及底棲動(dòng)物共計(jì)8種不同淡水水生物種的毒性實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，隨著暴露時(shí)間的延長(zhǎng)，受試生物的死亡率或抑制率成增長(zhǎng)趨勢(shì)。根據(jù)生物的EC50(72小時(shí)半數(shù)效應(yīng)濃度)和LC50(72小時(shí)半數(shù)致死濃度)計(jì)算得出兩種消毒劑的預(yù)測(cè)無效應(yīng)濃度(PNEC)值為13.16 mg/L和0.71 mg/L。這證明了含氯消毒劑對(duì)水生生物的毒性危害很大。
含氯消毒劑進(jìn)入水環(huán)境中后，水解生成的次氯酸會(huì)和水中的各種有機(jī)質(zhì)反應(yīng)生成一系列氯代有機(jī)物。在很多自然水體中含有的溴離子、碘離子也可以被次氯酸氧化生成次溴酸和次碘酸，進(jìn)而生成溴代的、碘代的有機(jī)物。在水處理領(lǐng)域，這些鹵代有機(jī)物被稱為消毒副產(chǎn)物。已有很多研究和流行病學(xué)調(diào)研發(fā)現(xiàn)多種消毒副產(chǎn)物具有明確的細(xì)胞毒性和基因毒性、以及潛在致癌作用等健康危害。迄今為止約有 600 多種鹵代消毒副產(chǎn)物被先后發(fā)現(xiàn)，既有小分子的三鹵甲烷和鹵代乙酸，也有很多具有更復(fù)雜分子結(jié)構(gòu)的鹵代芳香族消毒副產(chǎn)物，例如鹵代苯醌、鹵代苯甲酸等。對(duì)這些鹵代有機(jī)物的生態(tài)危害研究比較少。但有研究表明，鹵代芳香族消毒副產(chǎn)物對(duì)海洋藻類、海生沙蠶的生長(zhǎng)發(fā)育具有明顯的毒性。這些消毒副產(chǎn)物可能進(jìn)入底泥，在生物體中富集。海產(chǎn)養(yǎng)殖水中含有較高的鹵素離子，其中的消毒副產(chǎn)物的毒性遠(yuǎn)大于淡水中的消毒副產(chǎn)物，并容易在生物體內(nèi)富集、放大，通過食物鏈的傳遞影響人們的健康。
3.3. 對(duì)污水處理穩(wěn)定運(yùn)行的影響
城鎮(zhèn)污水設(shè)施在削減入河(湖)污染負(fù)荷，改善城市水環(huán)境質(zhì)量發(fā)揮著重要作用。大量消毒劑可能會(huì)進(jìn)入下水道，進(jìn)入污水處理廠，過高的消毒液可能對(duì)污水廠生化處理段造成不利影響，如對(duì)硝化/反硝化細(xì)菌和聚磷菌的影響等，從而影響脫氮除磷效果，進(jìn)而影響污水廠尾水水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，最終必然會(huì)對(duì)受納水體造成不利影響。
應(yīng)急方案的執(zhí)行下醫(yī)院等公共場(chǎng)所增加含氯消毒劑的使用量，尤其是新型冠狀病毒感染的肺炎患者或疑似患者診療的定點(diǎn)醫(yī)療機(jī)構(gòu)(醫(yī)院、衛(wèi)生院等)、及相關(guān)臨時(shí)隔離場(chǎng)所及研究機(jī)構(gòu)，需執(zhí)行6.5 mg/L以上或10 mg/L以上的余氯濃度控制。隨著家庭、企業(yè)的消毒意識(shí)增強(qiáng)，消毒的頻率提高，進(jìn)入管網(wǎng)的生活污水氯含量也在增加。最終可能導(dǎo)致城鎮(zhèn)污水廠進(jìn)水余氯偏高，對(duì)污水處理廠的生化系統(tǒng)造成沖擊，產(chǎn)生滅菌、抑制等破壞性影響，進(jìn)而影響出水水質(zhì)。
此外，消毒劑可能在水環(huán)境中產(chǎn)生次生產(chǎn)物。本課題研究顯示，在加氯消毒前后，用 GC-MS法所檢出的養(yǎng)殖水體水樣中主要有機(jī)物種類發(fā)現(xiàn)，從消毒前后的水體中共鑒定出72種有機(jī)物，主要為鹵代烴、酮、烷基苯等。對(duì)照消毒前后的有機(jī)物，除了鹵代烴和氯酚主要存在于消毒后水體中，其他幾乎完全一致。對(duì)鹵代烴和氯酚進(jìn)行氣相色譜定量分析，發(fā)現(xiàn)氯酚含量很低 (質(zhì)量濃度<0.1μg/L,下同) ，而鹵代烴中只有三氯甲烷含量較高達(dá)3.45 μg/L，而其他幾種鹵代烴加起來也不超過1μg/L，因此可以初步確定，含氯消毒劑在水環(huán)境中的次生產(chǎn)物主要為三氯甲烷，這種次生產(chǎn)物具有致突變活性，可引起 TA 98、 TA100 菌株發(fā)生突變。研究顯示，含氯消毒劑在養(yǎng)殖水環(huán)境中具有一定的潛在毒性，因此，在生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制使用量和使用條件，盡可能消除其不利影響，保證使用的安全性，同時(shí)尋求新的無公害消毒劑。
04 防治措施建議
4.1 源頭削減
首先要合理使用消毒劑，加強(qiáng)消毒管理，建立、完善消毒制度。部分地區(qū)室外公共環(huán)境無需進(jìn)行大范圍的消毒，如有需要也僅對(duì)局部污染處進(jìn)行一次性消毒即可，避免無差別化過度消毒。家庭和個(gè)人應(yīng)建立和增強(qiáng)科學(xué)防疫的意識(shí)，少出門、戴口罩、勤洗手，防止病毒進(jìn)入家門是最簡(jiǎn)單、最有效的防范方法。在疫情期間，應(yīng)采取勤通風(fēng)、多晾曬與局部針對(duì)性消毒相結(jié)合的方式，按產(chǎn)品說明劑量配制消毒劑，避免高濃度或高劑量使用。家庭成員都健康的情況下，可減少或放棄大面積消殺，不應(yīng)噴灑式使用，如噴霧或在加濕器中加入含氯消毒劑等，以避免對(duì)室內(nèi)人員造成傷害。小區(qū)物業(yè)和組織機(jī)構(gòu)也需合理使用消毒劑。對(duì)沒有病人或密切接觸者出現(xiàn)的場(chǎng)所，通常以清潔衛(wèi)生為主，預(yù)防性消毒為輔。重點(diǎn)對(duì)電梯樓梯、門鈴按鈕等易接觸或較封閉的區(qū)域進(jìn)行消毒，對(duì)于人體很少直接觸及的室外場(chǎng)所及物品則不需要大面積消毒。
其次，可以篩選對(duì)水生態(tài)健康影響較小的消毒劑產(chǎn)品，如優(yōu)先采用酒精類消毒劑，減少對(duì)水環(huán)境和水生態(tài)的危害。
4.2 過程控制
在消毒劑廢水產(chǎn)生后，通過地表徑流調(diào)蓄、攔截和凈化，對(duì)含消毒劑廢水進(jìn)行一次處理。通過多級(jí)過濾緩沖凈化系統(tǒng)，對(duì)收集的地表徑流雨水進(jìn)行層層過濾凈化，避免對(duì)城市水質(zhì)的影響;在上游與消毒劑廢水交匯處設(shè)置多級(jí)過濾緩沖凈化系統(tǒng)，對(duì)消毒劑面源污染引起的水質(zhì)問題進(jìn)行處理，確保上游入水水質(zhì)，降低消毒活動(dòng)對(duì)水質(zhì)的影響。
進(jìn)入污水廠后，強(qiáng)化處理流程，要密切關(guān)注進(jìn)水水質(zhì)余氯指標(biāo)的變化情況，及時(shí)采取有針對(duì)性的應(yīng)對(duì)措施。需特別注意余氯的瞬時(shí)波動(dòng)以及活性污泥性狀，在不利情景下可采用增強(qiáng)回流減少?zèng)_擊以及投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)加快微生物生長(zhǎng)等措施，防止或減輕其對(duì)污水生化處理單元的影響，降低消毒劑及副產(chǎn)品隨尾水排入水體，將余氯濃度控制在0.5mg/L以下，確保排放到地表的水不影響生態(tài)系統(tǒng)平衡。
城鎮(zhèn)污水處理廠應(yīng)確保現(xiàn)有消毒單元穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于未建消毒單元的污水處理廠，因地制宜增加應(yīng)急消毒裝置，如出水可采取投加含氯消毒劑或臭氧消毒裝置等措施，保障充足消毒接觸時(shí)間;對(duì)于采用紫外線消毒的，建議要加大紫外線輻照強(qiáng)度，或出水端臨時(shí)增加含氯消毒設(shè)施;確保出水糞大腸菌群數(shù)指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)要求。
4.3 末端治理
在廢水處理排放后，也可以通過水力調(diào)控、曝氣復(fù)氧，并結(jié)合水生植物生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建，強(qiáng)化消毒劑在水體中降解和脫毒，降低其對(duì)水體生物健康的影響。例如，采取超微凈化水處理技術(shù)，可以把水質(zhì)中的殘留消毒產(chǎn)物、氮磷、藻類、膠體等污染物質(zhì)進(jìn)行清除，對(duì)水體中的各個(gè)污染指標(biāo)進(jìn)行消除和分解。微米級(jí)氣泡其本身具有一定的正電荷，應(yīng)用正負(fù)電荷之間的吸附作用，把水體中的膠體含量降低，其也能把水體中的雜質(zhì)進(jìn)行吸附，使渾濁的水體得到有效降低;水體曝氣復(fù)氧技術(shù)是湖泊、河道污染治理的一項(xiàng)有效技術(shù)，通過增強(qiáng)水體自凈能力，改善水環(huán)境質(zhì)量。
4.4 全過程監(jiān)管
增加污水廠進(jìn)水、出水以及水體中消毒劑及副產(chǎn)物的含量監(jiān)測(cè)，從廠(污水廠)—網(wǎng)(污水和雨水管網(wǎng))—河湖(受納水體)全流程加強(qiáng)消毒劑的監(jiān)管。針對(duì)相關(guān)管理部門，一方面，要關(guān)注飲用水取水口等敏感點(diǎn)的消毒劑特征污染物，有條件的話可以增加相關(guān)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)，如有濃度升高的趨勢(shì)，可在供水廠深度處理單元強(qiáng)化活性炭吸附，保障自來水出水水質(zhì)。另一方面，也要關(guān)注城區(qū)內(nèi)流動(dòng)性較差的微小湖泊和河涌等受納水體余氯含量和消毒劑特征有機(jī)污染指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化，保障城市水體的水質(zhì)穩(wěn)定和水生態(tài)健康。
