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    新冠肺炎疫情下消毒劑的使用對水環境的影響

    更新時間:2020-03-19 點擊數:2933

    01

    前言

      2019年12月,武漢市發生聚集性不明原因肺炎病例,之後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)接觸進行傳播。因此,在生活中采取消毒措施,尤其是醫療污水确應加強殺菌消毒。據新聞報道,自1月29日武漢市全力開展排水設施和污水處理設施消殺工作以來,截至2月18日,全市各區、各單位累計出動6520人次,累計投放消毒藥劑1963.58噸。全市26座污水處理廠均采用次氯酸鈉24小時連續滴加消毒,累計尾水強化。消毒用量共計1777.36噸,污泥消毒用量共計33.69噸。 

      但消毒劑使用并非多多益善。如疫情期間各大醫療機構采用的含氯消毒劑,大量排放會導緻污水餘氯含量過高,其排入城鎮污水處理廠可能影響污水廠生化處理單元的正常運行,排放至地表水體則可能會破壞水體環境,威脅水生動植物生存與健康。然而,人們對消毒劑的過量使用、危害還缺乏了解,在此背景下,研究消毒劑的大量使用對水環境及水生态的影響就顯得十分關鍵和必要。

    02

    主要消毒劑類型及其特征

    常見的環境消毒劑種類繁多, 按其化學組成可以分為以下幾類:
    1)酚類:常用的有來蘇兒、菌毒敵(複合酚) 等, 對細菌、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)揮發性烷化劑:常用的有福爾馬林( 40% 甲醛)、百疫滅( 戊二醛 - 癸甲氯铵溶液)、環氧乙烷, 殺菌力強, 對細菌、芽孢、病毒、黴菌等均有殺滅能力, 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, 對病毒、細菌有強大的殺滅作用;
    (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, 對細菌、病毒、黴菌和芽孢均有效, 但性質不穩定, 易分解, 作用時間短, 易受環境中有機物影響, 對金屬具有腐蝕性,可用于皮膚、黏膜創面的消毒;
    (6)表面活性劑:包括新潔爾滅、洗必泰、百毒殺等季铵鹽類消毒劑, 有廣譜抑菌、殺菌作用, 作用快, 毒性和刺激性小, 對病毒和芽孢作用弱, 其中百毒殺對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)複合型消毒劑:有衛康 (過硫酸氫鉀+雙鍊季铵鹽+有機酸+緩釋劑等)、農福(幾種酚類+表面活性劑+有機酸), 廣譜殺菌藥, 對細菌、病毒、黴菌和芽孢均有效, 刺激性較小, 作用時間較長, 低溫仍有效,不受有機物和水中金屬離子影響, 可進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着重要作用。例如84消毒液,具有消毒、漂白、驅病蟲等作用,但同時也有刺激難聞的氣味,過量使用含氯消毒劑會引起很多負面影響 
      含氯消毒劑溶于水中均能産生次氯酸。次氯酸不僅可與細胞壁作用,且因分子小,不帶電荷,故易侵入細胞内與蛋白質發生氧化作用,或破壞細胞内磷酸脫氫酶,使醣代謝失調,而緻細菌死亡。次氯酸還可分解形成新生态氧,将菌體蛋白質氧化。Kulikovsky等通過電鏡觀察發現,蠟狀芽孢杆菌在含氯消毒劑作用下殼質層與皮質層明顯分離而逐層溶解,通透性增加,核心吡啶羧酸漏出。Jean 等認為較高濃度的次氯酸鈉溶液可使腸球菌的蛋白質合成顯著減少而緻其死亡。 
      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、次氯酸鈣被納入國家《危險化學品名錄》規定的危險化學品。次氯酸作為一種化學氣體,屬于危險品類别中腐蝕品。含氯消毒劑相對毒性較低,含氯消毒劑的健康危害都是發生在高濃度的條件下。次氯酸可以通過吸入、食入、經皮吸收等途徑危害人體或其他動物,對皮膚、粘膜有較強的刺激作用。吸入次氯酸氣霧可引起呼吸道反應,甚至發生肺水腫。大量口服會腐蝕消化道,可産生高鐵血紅蛋白血症。衛生部制定的《含氯消毒劑衛生标準》(GB/T36758—2018)規定,含氯消毒劑對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。 
      餘氯是指在水中投加含氯消毒劑後,除了與水中細菌、微生物、有機物、無機物等作用消耗一部分氯量外,水中所餘留的有效氯叫做餘氯(具有殺菌效用)。水中的餘氯形态包括遊離餘氯和化合氯。遊離餘氯包括的形式有氯氣,次氯酸,次氯酸根離子。化合氯包括一氯胺,二氯胺和三氯胺。

    1 主要含氯消毒劑的健康危害,毒性數據

      當過量的消毒劑洩露到自然環境、尤其是接觸到野生動植物的時候,可能造成急性、慢性毒性。另外,當消毒劑進入自然環境時,需要一定時間才能降解。在這個過程中可能會和自然環境,尤其是水體中的有機物等發生反應,生成具有緻癌等潛在生态毒性的含氯消毒副産物,可能會産生長遠的生态影響 
      污水處理廠出水保持有一定量的餘氯,能夠防止細菌、微生物再繁殖,防止水中殘存微生物、細菌的繁殖,從而防止以水為媒介的傳染病的傳播和流行。如果醫療污水等出水餘氯過高,會導緻進入城鎮污水處理廠的污水餘氯量偏高,可能對生化處理産生影響,進而影響城鎮污水處理廠的出水效果;同時,水廠出水餘氯過高也可導緻受納水體的生态風險,并可能影響地表水、地下水和生活飲用水水源地,對生态環境和飲用水水源造成影響。因此,監測水中餘氯含量和存在狀态,對消毒設施運行狀态、環境水質質量和保證飲用水安全極為重要。特殊時期更應該重視和加更強對水中餘氯濃度的監測,保障水質安全
    03

    過度使用對水環境的影響

    3.1消毒劑進入水環境的主要途徑
    1)通過地表徑流。疫情期間,對道路、綠化等進行大面積的室外噴灑消毒會造成大量消毒劑殘留,消毒劑滲透到地下,或直接随地表徑流排放至河湖中,污染水源,并會對水體中微生物和水生生态造成不利影響。例如非典期間,由于過度消毒,台灣淡水河及支流被倒入大量漂白水,導緻含氯量過高,魚群大量死亡,直到半年後才恢複正常。
    (2)通過市政污水管網。消毒劑高濃度使用、高劑量使用會造成市政污水進水餘氯含量較高,進而影響城鎮生活污水處理廠的處理運行效果。過量的餘氯會對活性污泥産生抑制作用,影響污水生化處理系統無法正常運行。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生化學反應生成副産品,其進入水體後對水生态健康也會産生不利影響。
    3.2消毒劑對水域環境和生态的影響

      健康的自然水體孕育着各類動物、植物、微生物,這些生物的生命活動驅動着水、底泥、大氣之間的物質循環,形成自我淨化能力。健康的流域水生态系統是保障流域經濟社會可持續發展的基礎。水環境中很多微生物是有益微生物,對促進水生态系統中物質循環和污染物降解起到關鍵作用。大量消毒劑進入水中後,對水生生物的生長、發育和繁殖構成危害,破壞水生生态系統平衡,降低了水體自淨能力,尤其是含氯消毒劑和氯酚類消毒劑的危害性最大。 

      有學者進行了消毒劑對不同水生生物的毒性試驗研究,探究氯間二甲苯酚(A)和次氯酸鈉(B)對浮遊藻類、浮遊動物、魚類及底栖動物共計8種不同淡水水生物種的毒性實驗。結果表明,随着暴露時間的延長,受試生物的死亡率或抑制率成增長趨勢。根據生物的EC5072小時半數效應濃度)和LC5072小時半數緻死濃度)計算得出兩種消毒劑的預測無效應濃度(PNEC)值為13.16 mg/L和0.71 mg/L。這證明了含氯消毒劑對水生生物的毒性危害很大。

      含氯消毒劑進入水環境中後,水解生成的次氯酸會和水中的各種有機質反應生成一系列氯代有機物。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,進而生成溴代的、碘代的有機物。在水處理領域,這些鹵代有機物被稱為消毒副産物。已有很多研究和流行病學調研發現多種消毒副産物具有明确的細胞毒性和基因毒性、以及潛在緻癌作用等健康危害。迄今為止約有 600 多種鹵代消毒副産物被先後發現,既有小分子的三鹵甲烷和鹵代乙酸,也有很多具有更複雜分子結構的鹵代芳香族消毒副産物,例如鹵代苯醌、鹵代苯甲酸等。對這些鹵代有機物的生态危害研究比較少。但有研究表明,鹵代芳香族消毒副産物對海洋藻類、海生沙蠶的生長發育具有明顯的毒性。這些消毒副産物可能進入底泥,在生物體中富集。海産養殖水中含有較高的鹵素離子,其中的消毒副産物的毒性遠大于淡水中的消毒副産物,并容易在生物體内富集、放大,通過食物鍊的傳遞影響人們的健康

    3.3.對污水處理穩定運行的影響
      城鎮污水設施在削減入河(湖)污染負荷,改善城市水環境質量發揮着重要作用。大量消毒劑可能會進入下水道,進入污水處理廠,過高的消毒液可能對污水廠生化處理段造成不利影響,如對硝化/反硝化細菌和聚磷菌的影響等,從而影響脫氮除磷效果,進而影響污水廠尾水水質的穩定達标,最終必然會對受納水體造成不利影響。
      應急方案的執行下醫院等公共場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醫療機構(醫院、衛生院等)、及相關臨時隔離場所及研究機構,需執行6.5 mg/L以上或10 mg/L以上的餘氯濃度控制。随着家庭、企業的消毒意識增強,消毒的頻率提高,進入管網的生活污水氯含量也在增加。最終可能導緻城鎮污水廠進水餘氯偏高,對污水處理廠的生化系統造成沖擊,産生滅菌、抑制等破壞性影響,進而影響出水水質。
      此外,消毒劑可能在水環境中産生次生産物。本課題研究顯示,在加氯消毒前後,用 GC-MS法所檢出的養殖水體水樣中主要有機物種類發現,從消毒前後的水體中共鑒定出72種有機物,主要為鹵代烴、酮、烷基苯等。對照消毒前後的有機物,除了鹵代烴和氯酚主要存在于消毒後水體中,其他幾乎完全一緻。對鹵代烴和氯酚進行氣相色譜定量分析,發現氯酚含量很低 (質量濃度<0.1µg/L,下同) ,而鹵代烴中隻有三氯甲烷含量較高達3.45 µg/L,而其他幾種鹵代烴加起來也不超過1µg/L,因此可以初步确定,含氯消毒劑在水環境中的次生産物主要為三氯甲烷,這種次生産物具有緻突變活性,可引起 TA 98、 TA100 菌株發生突變。研究顯示,含氯消毒劑在養殖水環境中具有一定的潛在毒性,因此,在生産中必須嚴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,加強消毒管理,建立、完善消毒制。部分地區室外公共環境無需進行大範圍的消毒,如有需要也僅對局部污染處進行一次性消毒即可,避免無差别化過度消毒。家庭和個人應建立和增強科學防疫的意識,少出門、戴口罩、勤洗手,防止病毒進入家門是最簡單、最有效的防範方法。在疫情期間,應采取勤通風、多晾曬與局部針對性消毒相結合的方式,按産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,以避免對室内人員造成傷害。小區物業和組織機構也需合理使用消毒劑。對沒有病人或密切接觸者出現的場所,通常以清潔衛生為主,預防性消毒為輔。重點對電梯樓梯、門鈴按鈕等易接觸或較封閉的區域進行消毒,對于人體很少直接觸及的室外場所及物品則不需要大面積消毒。 

      其次,可以篩選對水生态健康影響較小的消毒劑産品,如優先采用酒精類消毒劑,減少對水環境和水生态的危害。

    4.2過程控制

      在消毒劑廢水産生後,通過地表徑流調蓄、攔截和淨化,對含消毒劑廢水進行一次處理。通過多級過濾緩沖淨化系統,對收集的地表徑流雨水進行層層過濾淨化,避免對城市水質的影響;在上遊與消毒劑廢水交彙處設置多級過濾緩沖淨化系統,對消毒劑面源污染引起的水質問題進行處理,确保上遊入水水質,降低消毒活動對水質的影響。

      進入污水廠後,強化處理流程,要密切關注進水水質餘氯指标的變化情況,及時采取有針對性的應對措施。需特别注意餘氯的瞬時波動以及活性污泥性狀,在不利情景下可采用增強回流減少沖擊以及投加營養物質加快微生物生長等措施,防止或減輕其對污水生化處理單元的影響,降低消毒劑及副産品随尾水排入水體,将餘氯濃度控制在0.5mg/L以下,确保排放到地表的水不影響生态系統平衡
      城鎮污水處理廠應确保現有消毒單元穩定運行。對于未建消毒單元的污水處理廠,因地制宜增加應急消毒裝置,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間;對于采用紫外線消毒的,建議要加大紫外線輻照強度,或出水端臨時增加含氯消毒設施;确保出水糞大腸菌群數指标達到《城鎮污水處理廠污染物排放标準》(GB 18918-2002)要求。
    4.3末端治理
      在廢水處理排放後,也可以通過水力調控、曝氣複氧,并結合水生植物生态系統構建,強化消毒劑在水體中降解和脫毒,降低其對水體生物健康的影響。例如,采取超微淨化水處理技術,可以把水質中的殘留消毒産物、氮磷、藻類、膠體等污染物質進行清除,對水體中的各個污染指标進行消除和分解。微米級氣泡其本身具有一定的正電荷,應用正負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進行吸附,使渾濁的水體得到有效降低;水體曝氣複氧技術是湖泊、河道污染治理的一項有效技術,通過增強水體自淨能力,改善水環境質量。

    4.4全過程監管
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