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(guò)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，尤其是醫療污水確應加強殺菌消毒。據新聞報道，自1月29日武漢市全力開(kāi)展排水設施和污水處理設施消殺工作以來(lái)，截至2月18日，全市各區、各單位累計出動(dòng)6520人次，累計投放消毒藥劑1963.58噸。全市26座污水處理廠(chǎng)均采用次氯酸鈉24小時(shí)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(huì )導致污水余氯含量過(guò)高，其排入城鎮污水處理廠(chǎng)可能影響污水廠(chǎng)生化處理單元的正常運行，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，人們對消毒劑的過(guò)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(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(lèi)型及其特征
常見(jiàn)的環(huán)境消毒劑種類(lèi)繁多, 按其化學(xué)組成可以分為以下幾類(lèi)：
(1)酚類(lèi)：常用的有來(lái)蘇兒、菌毒敵(復合酚) 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(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, 對細菌、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(lèi)：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(lèi)：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(lèi)：主要有過(guò)氧乙酸, 廣譜殺菌, 作用快而強, 對細菌、病毒、霉菌和芽孢均有效, 但性質(zhì)不穩定, 易分解, 作用時(shí)間短, 易受環(huán)境中有機物影響, 對金屬具有腐蝕性,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(lèi)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)復合型消毒劑：有衛康 (過(guò)硫酸氫鉀+雙鏈季銨鹽+有機酸+緩釋劑等)、農福(幾種酚類(lèi)+表面活性劑+有機酸), 廣譜殺菌藥, 對細菌、病毒、霉菌和芽孢均有效, 刺激性較小, 作用時(shí)間較長(cháng), 低溫仍有效,不受有機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(lèi)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(zhù)重要作用。例如84消毒液，具有消毒、漂白、驅病蟲(chóng)等作用，但同時(shí)也有刺激難聞的氣味，過(guò)量使用含氯消毒劑會(huì )引起很多負面影響;
含氯消毒劑溶于水中均能產(chǎn)生次氯酸。次氯酸不僅可與細胞壁作用，且因分子小，不帶電荷，故易侵入細胞內與蛋白質(zhì)發(fā)生氧化作用，或破壞細胞內磷酸脫氫酶，使醣代謝失調，而致細菌死亡。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(guò)電鏡觀(guān)察發(fā)現，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(zhù)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、次氯酸鈣被納入國家《危險化學(xué)品名錄》規定的危險化學(xué)品。次氯酸作為一種化學(xué)氣體，屬于危險品類(lèi)別中腐蝕品。含氯消毒劑相對毒性較低，含氯消毒劑的健康危害都是發(fā)生在高濃度的條件下。次氯酸可以通過(guò)吸入、食入、經(jīng)皮吸收等途徑危害人體或其他動(dòng)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(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。衛生部制定的《含氯消毒劑衛生標準》(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。
余氯是指在水中投加含氯消毒劑后，除了與水中細菌、微生物、有機物、無(wú)機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。
當過(guò)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(guò)程中可能會(huì )和自然環(huán)境，尤其是水體中的有機物等發(fā)生反應，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(cháng)遠的生態(tài)影響。
污水處理廠(chǎng)出水保持有一定量的余氯，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余氯過(guò)高，會(huì )導致進(jìn)入城鎮污水處理廠(chǎng)的污水余氯量偏高，可能對生化處理產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響城鎮污水處理廠(chǎng)的出水效果;同時(shí)，水廠(chǎng)出水余氯過(guò)高也可導致受納水體的生態(tài)風(fēng)險，并可能影響地表水、地下水和生活飲用水水源地，對生態(tài)環(huán)境和飲用水水源造成影響。因此，監測水中余氯含量和存在狀態(tài)，對消毒設施運行狀態(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)期更應該重視和加更強對水中余氯濃度的監測，保障水質(zhì)安全。
03 過(guò)度使用對水環(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(guò)地表徑流。疫情期間，對道路、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(guò)度消毒，臺灣淡水河及支流被倒入大量漂白水，導致含氯量過(guò)高，魚(yú)群大量死亡，直到半年后才恢復正常。
(2)通過(guò)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)而影響城鎮生活污水處理廠(chǎng)的處理運行效果。過(guò)量的余氯會(huì )對活性污泥產(chǎn)生抑制作用，影響污水生化處理系統無(wú)法正常運行。污水廠(chǎng)處理能力有限，若污水中消毒劑含量過(guò)高，污水廠(chǎng)可能不能完全去除消毒劑。另外，消毒劑在污水處理過(guò)程中也可能發(fā)生化學(xué)反應生成副產(chǎn)品，其進(jìn)入水體后對水生態(tài)健康也會(huì )產(chǎn)生不利影響。
3.2 消毒劑對水域環(huán)境和生態(tài)的影響
健康的自然水體孕育著(zhù)各類(lèi)動(dòng)物、植物、微生物，這些生物的生命活動(dòng)驅動(dòng)著(zhù)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)系統是保障流域經(jīng)濟社會(huì )可持續發(fā)展的基礎。水環(huán)境中很多微生物是有益微生物，對促進(jìn)水生態(tài)系統中物質(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，對水生生物的生長(cháng)、發(fā)育和繁殖構成危害，破壞水生生態(tài)系統平衡，降低了水體自?xún)裟芰?，尤其是含氯消毒劑和氯酚?lèi)消毒劑的危害性最大。
有學(xué)者進(jìn)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)對浮游藻類(lèi)、浮游動(dòng)物、魚(yú)類(lèi)及底棲動(dòng)物共計8種不同淡水水生物種的毒性實(shí)驗。結果表明，隨著(zhù)暴露時(shí)間的延長(cháng)，受試生物的死亡率或抑制率成增長(cháng)趨勢。根據生物的EC50(72小時(shí)半數效應濃度)和LC50(72小時(shí)半數致死濃度)計算得出兩種消毒劑的預測無(wú)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(jìn)入水環(huán)境中后，水解生成的次氯酸會(huì )和水中的各種有機質(zhì)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(jìn)而生成溴代的、碘代的有機物。在水處理領(lǐng)域，這些鹵代有機物被稱(chēng)為消毒副產(chǎn)物。已有很多研究和流行病學(xué)調研發(fā)現多種消毒副產(chǎn)物具有明確的細胞毒性和基因毒性、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，既有小分子的三鹵甲烷和鹵代乙酸，也有很多具有更復雜分子結構的鹵代芳香族消毒副產(chǎn)物，例如鹵代苯醌、鹵代苯甲酸等。對這些鹵代有機物的生態(tài)危害研究比較少。但有研究表明，鹵代芳香族消毒副產(chǎn)物對海洋藻類(lèi)、海生沙蠶的生長(cháng)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)物的毒性遠大于淡水中的消毒副產(chǎn)物，并容易在生物體內富集、放大，通過(guò)食物鏈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(huán)境質(zhì)量發(fā)揮著(zhù)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(chǎng)，過(guò)高的消毒液可能對污水廠(chǎng)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(jìn)而影響污水廠(chǎng)尾水水質(zhì)的穩定達標，最終必然會(huì )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(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)醫療機構(醫院、衛生院等)、及相關(guān)臨時(shí)隔離場(chǎng)所及研究機構，需執行6.5 mg/L以上或10 mg/L以上的余氯濃度控制。隨著(zhù)家庭、企業(yè)的消毒意識增強，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。最終可能導致城鎮污水廠(chǎng)進(jìn)水余氯偏高，對污水處理廠(chǎng)的生化系統造成沖擊，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法所檢出的養殖水體水樣中主要有機物種類(lèi)發(fā)現，從消毒前后的水體中共鑒定出72種有機物，主要為鹵代烴、酮、烷基苯等。對照消毒前后的有機物，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。對鹵代烴和氯酚進(jìn)行氣相色譜定量分析，發(fā)現氯酚含量很低 (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3.45 μg/L，而其他幾種鹵代烴加起來(lái)也不超過(guò)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(wú)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、完善消毒制度。部分地區室外公共環(huán)境無(wú)需進(jìn)行大范圍的消毒，如有需要也僅對局部污染處進(jìn)行一次性消毒即可，避免無(wú)差別化過(guò)度消毒。家庭和個(gè)人應建立和增強科學(xué)防疫的意識，少出門(mén)、戴口罩、勤洗手，防止病毒進(jìn)入家門(mén)是最簡(jiǎn)單、最有效的防范方法。在疫情期間，應采取勤通風(fēng)、多晾曬與局部針對性消毒相結合的方式，按產(chǎn)品說(shuō)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，以避免對室內人員造成傷害。小區物業(yè)和組織機構也需合理使用消毒劑。對沒(méi)有病人或密切接觸者出現的場(chǎng)所，通常以清潔衛生為主，預防性消毒為輔。重點(diǎn)對電梯樓梯、門(mén)鈴按鈕等易接觸或較封閉的區域進(jìn)行消毒，對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(lèi)消毒劑，減少對水環(huán)境和水生態(tài)的危害。
4.2 過(guò)程控制
在消毒劑廢水產(chǎn)生后，通過(guò)地表徑流調蓄、攔截和凈化，對含消毒劑廢水進(jìn)行一次處理。通過(guò)多級過(guò)濾緩沖凈化系統，對收集的地表徑流雨水進(jìn)行層層過(guò)濾凈化，避免對城市水質(zhì)的影響;在上游與消毒劑廢水交匯處設置多級過(guò)濾緩沖凈化系統，對消毒劑面源污染引起的水質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行處理，確保上游入水水質(zhì)，降低消毒活動(dòng)對水質(zhì)的影響。
進(jìn)入污水廠(chǎng)后，強化處理流程，要密切關(guān)注進(jìn)水水質(zhì)余氯指標的變化情況，及時(shí)采取有針對性的應對措施。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回流減少沖擊以及投加營(yíng)養物質(zhì)加快微生物生長(cháng)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)系統平衡。
城鎮污水處理廠(chǎng)應確?，F有消毒單元穩定運行。對于未建消毒單元的污水處理廠(chǎng)，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(shí)間;對于采用紫外線(xiàn)消毒的，建議要加大紫外線(xiàn)輻照強度，或出水端臨時(shí)增加含氯消毒設施;確保出水糞大腸菌群數指標達到《城鎮污水處理廠(chǎng)污染物排放標準》(GB 18918-2002)要求。
4.3 末端治理
在廢水處理排放后，也可以通過(guò)水力調控、曝氣復氧，并結合水生植物生態(tài)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(lèi)、膠體等污染物質(zhì)進(jìn)行清除，對水體中的各個(gè)污染指標進(jìn)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(zhì)進(jìn)行吸附，使渾濁的水體得到有效降低;水體曝氣復氧技術(shù)是湖泊、河道污染治理的一項有效技術(shù)，通過(guò)增強水體自?xún)裟芰?，改善水環(huán)境質(zhì)量。
4.4 全過(guò)程監管
增加污水廠(chǎng)進(jìn)水、出水以及水體中消毒劑及副產(chǎn)物的含量監測，從廠(chǎng)(污水廠(chǎng))—網(wǎng)(污水和雨水管網(wǎng))—河湖(受納水體)全流程加強消毒劑的監管。針對相關(guān)管理部門(mén)，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(huà)可以增加相關(guān)指標的監測，如有濃度升高的趨勢，可在供水廠(chǎng)深度處理單元強化活性炭吸附，保障自來(lái)水出水水質(zhì)。另一方面，也要關(guān)注城區內流動(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污染指標的動(dòng)態(tài)變化，保障城市水體的水質(zhì)穩定和水生態(tài)健康。
