自来水厂不同水处理工艺各单元水有机物致突变性变化规律

环境与健康杂志2010年7月第27卷第7期JEnvironHealth,July2010,Vol．27,No．7

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【论著】

文章编号：1001-5914（2010）07-0587-04

自来水厂不同水处理工艺各单元水有机物致突变性变化规律

余淑苑1，张振1，张隽2，周国洪1，李思果1，吴辉1，翟卉2，唐非2

摘要：目的

研究某市三家自来水厂不同水处理工艺各处理单元水中有机物致突变性强弱的变化规律，以此探讨相

对科学的水处理工艺。方法于2008年5—6月，采集某市3家自来水厂（A、B、C）各水处理单元出水水样。通过鼠伤寒沙门菌致突变（Ames）试验（设0、0.25、0.50、1.00L/皿4个浓度）检测水样中有机物的致突变性，采用比活性的参数方法比较不同来源水样的致突变性强弱。结果

除A自来水厂活性炭过滤水无致突变性外，其他各水处理工艺各单元水中有机物

致移码突变性强弱比较如下，A自来水厂：水源水>后加氯消的致突变性均为阳性，致突变类型以直接型致移码突变为主。毒水>混凝沉淀过滤水>出厂水>管网末梢水>活性炭过滤水；B自来水厂：后加氯消毒水>混凝沉淀过滤水>水源水>出厂C自来水厂：出厂水>预氯消毒水>管网末梢水>混凝沉淀过滤水>后加氯消毒水>水源水。结论水>管网末梢水；

水厂水处理工艺中，预臭氧—臭氧—活性炭二次过滤深度处理工艺可有效降低出厂水中有机物的致突变性。

关键词：水处理工艺；有机物；致突变性；Ames试验R996.4中图分类号：

文献标识码：A

在自来

MutagenicityofOrganicExtractsofWaterfromDifferentUnitsofWaterTreatmentProcessinWaterworksYUShu-yuan，ZHANGZhen，ZHANGJun，etal.ShenzhenCentersforDiseasesControlandPrevention，Shenzhen，Guangdong518020，China

Abstract：ObjectiveTostudythechangesofthemutagenicityoforganicextractsofwaterfromdifferentunitsofthewatertreatmentprocessinwaterworks.MethodsTheSalmonellamutagenicitytest(Amestest)wasusedtodetectthemutagenicityofwatersamplescollectedinMaytoJune,2008.Theexposuredoseswere0,0.25,0.50,1.00L/plate.ResultsExceptforthewatersamplefromactivatedcarbonpoolofAwaterworks，thewatersamplesfromtheotherunitsofsixwaterworksshowedpositiveresultsinAmestest，andthetypeofmutagenicitywasmainlycode-shifting.Theintensityofmutagencityofwatersamplesrankedas:forAwaterworks,sourcewater>secondarychlorinatedwater>precipitated-filtratedwater>tapwater>finishedwater>activecarbonfiltratedwater;forBwaterworks,secondarychlorinatedwater>precipitated-filtratedwater>sourcewater>finishedwater>tapwater;forCwaterworks,finishedwater>pre-chlorinatedwater>tapwater>precipitated-filtratedwater>secondarychlorinatedwater>sourcewater.ConclusionTheuseofwatertreatmentprocessofO3-O3-activedcarbonfiltrationcanefficientlyreducethemutagenicorganicsofwater.

Keywords：Watertreatmenttechnics；Organics；Mutagenicity；Amestest氯化消毒是我国及世界上许多国家沿用多年并至今仍被普遍采用的自来水消毒方法，但氯化消毒副产物会对人体健康造成潜在危害，包括致突变和致癌作用[1-4]。笔者于2008年5—6月调查了某市3家自来水厂不同水处理工艺各单元水中有机物致突变性强弱的变化规律，对相关自来水厂改进处理工艺、提高饮用水的质量具有十分重要的意义。1材料与方法

1.1大孔树脂纯化与水样中有机物的浓缩1.1.1

树脂的活化

将XAD-7型大孔吸附树脂至于索氏提取

器中，用甲醇（分析纯，水浴75～80℃）、丙酮（分析纯，水浴65～70℃）、乙腈（分析纯，水浴92～95℃）分别依次处理树脂8h，将处理后的树脂放入纯化后的甲醇溶液，常温密封保存、备用。1.1.2

水样中有机物的浓缩

各自来水厂水处理工艺流程及各

单元水样名称为：（1）A自来水厂:水源水(A1)→预氯(A2)→混凝沉淀过滤水(A3)→活性炭过滤水(A4)→后加氯消毒水(A5)→出厂水(A6)→管网末梢水(A7)；（2）B自来水厂：水源水(B1)→混凝沉淀过滤水(B3)→后加氯消毒水(B5)→出厂水(B6)→管网末

基金项目：深圳市科技计划项目（200703079）

作者单位：1.深圳市疾病预防控制中心环境卫生科(广东深圳518020)；武汉作者简介：余淑苑(1963-)，女，主任医师，从事环境和人类健康研究。

（3）C自来水厂:水源水(C1)→预氯消毒水(C2)→混凝梢水(B7)；

沉淀水过滤水(C3)→后加氯消毒水(C5)→出厂水(C6)→管网末梢水(C7)。

于2008年5—6月，采集某市3家自来水厂（A、B、C）各水处理单元出水水样150L，加盐酸调节pH=2.0。水样经过滤去除水中悬浮物和大颗粒物后，以30ml/min的流速通过预先净化的XAD-7树脂柱。吸附水中微量有机物的树脂柱经冷冻真空干燥机抽干水分后，用750ml洗脱液[乙酸乙酯-甲醇（4+1）]分5次进行洗脱，每次浸泡时间为10min，缓缓滴流，收集合并5次洗脱液。洗脱液液经旋转蒸发仪于30℃条件下浓缩至小体积，氮气吹干，制得干品，所获干燥有机质密封低温保存，尽快进行测定。不同自来水厂各水处理单元出水中CODMn值及加氯量分别见表1、2。1.2

鼠伤寒沙门菌致突变（Ames）试验

Ames致突变试验采用平板掺入法[5]，测试菌株为TA98和TA100（美国Ames实验室赠予），试验在加S9和不加S9混合液条件下进行，每次试验设阴性对照与阳性对照。TA98阳性对照选用已知致癌物2，7-二氨基芴，TA100阳性对照选用已知致癌物叠氮化钠。各水样设1.00、0.50、0.25L/皿3个浓度梯度，各浓度设置3个平行皿。计数回变菌落数，取均值。试验结果以诱变/）。若MR≥2且呈剂量反应关系，则可认为具有致突变作用。

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表1不同自来水厂各水处理单元出水中CODMn值

自来水厂

AB

水源水1.501.50

预加氯水

*

#

(mg/L)

出厂水0.640.760.64

管网末梢水

0.450.600.72

混凝沉淀过滤

0.800.720.64

活性炭过滤水

0.88

##

后加氯消毒

0.560.880.72

C1.101.00

#

注：*为数据缺失；为水厂无此工艺出水。自来水厂

ABC

预加氯8.0*1.0

后加氯1.01.00.6

表2不同自来水厂各水处理单元出水中的加氯量(mg/L)

合计9.01.01.6

2.2B自来水厂水处理工艺流程中有机物致突变的变化

B自来水厂各处理单元出水中有机物的诱变率见表4。表4

B自来水厂各处理单元出水中有机物的诱变率

水样水源水

剂量（L/皿）0.250.501.00

混凝沉淀过滤水

0.250.501.00

后加氯消毒水

0.250.501.00

出厂水

0.250.501.00

管网末梢水

0.250.501.00

TA98

+S9-S91.853.325.122.032.885.761.602.615.791.992.604.531.391.912.98

1.081.192.321.241.803.041.321.752.241.511.582.751.381.381.69

（n=3）

TA100

+S9-S90.971.201.431.341.492.401.381.662.571.351.672.611.251.522.06

1.231.111.301.141.171.421.141.101.741.041.181.640.961.081.09

注：*为水厂无此工艺出水。

采用比活性的参数方法比较不同来源水样的致突变性强弱，计算方法为：将各水样剂量下Ames试验回变菌落数MN值作剂量-回变反应曲线，斜率即为水样比活性。

Ames试验选用TA98和TA100两种菌株，分别在不加S9（-S9）和加S9(+S9)条件下进行。TA98用于检测水样中是否具有移码型致突变物，而TA100用于检测水样中是否具有碱基置换型致突变物，不加S9或加S9的目的在于检测水样的直接或间接型致突变性。

不同水处理单元水样中有机物致突变强度按照其1.00L/皿的诱变率结果进行评价。1.3统计学方法

采用SPSS13.0进行统计学分析。以P

结果

表3可知，A自来水厂水处理工艺流程中各单元出水除活Ames试验结果均为阳性，致突变类型以直接性炭过滤水以外，

型致移码突变为主，其中，以水源水的致突变性最高。致移码突变的强度依次为水源水(A1)>后加氯消毒(A5)>混凝沉淀过滤水(A3)>出厂水(A6)>管网末梢水(A7)>活性炭过滤水(A4)。表3

A自来水厂各水处理单元出水中有机物的诱变率（n=3）

水样水源水

剂量（L/皿）0.250.501.00

混凝沉淀过滤水

0.250.501.00

活性炭过滤水

0.250.501.00

后加氯消毒

0.250.501.00

出厂水

0.250.501.00

管网末梢水

0.251.00

-S91.853.325.121.312.134.490.880.891.002.723.474.511.772.453.791.653.07

TA98

+S91.081.192.321.041.482.070.991.131.171.071.292.170.931.391.831.231.51

TA100-S90.971.201.431.602.334.050.870.911.031.281.592.401.151.291.880.961.56

+S91.231.111.301.121.341.621.111.301.191.171.131.361.241.251.261.141.17

管网末梢水出厂水后加氯消毒水混凝沉淀过滤水预氯消毒水

表4可知，B自来水厂水处理工艺流程中各单元出水Ames试验结果均为阳性，致突变类型以直接型致移码突变为主，其致移码突变的强度依次为中，以后加氯消毒水的致突变性最高。后加氯消毒水(B5)>混凝沉淀过滤水(B3)>水源水(B1)>出厂水(B6)>管网末梢水(B7)。

2.3C自来水厂水处理工艺流程中有机物致突变的变化

C自来水厂各处理单元出水中有机物的诱变率见表5。表5

C自来水厂各处理单元出水中有机物的诱变率

水样水源水

剂量（L/皿）0.250.501.000.250.501.000.250.501.000.250.501.000.250.501.000.251.00

-S92.122.403.963.185.627.592.763.806.031.812.594.762.824.639.022.824.136.23

TA98

+S91.030.991.692.132.904.740.991.483.071.271.442.551.731.953.261.453.13

-S91.151.101.311.551.581.581.651.732.431.772.453.851.792.573.471.642.50

2.1A自来水厂水处理工艺流程中有机物致突变的变化规律

（n=3）

+S91.051.161.331.151.141.681.191.472.621.101.242.131.131.472.771.091.442.09

TA100

环境与健康杂志2010年7月第27卷第7期JEnvironHealth,July2010,Vol．27,No．7

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表5可知，C自来水厂水处理工艺流程中各单元出水Ames试验结果均为阳性，致突变类型以直接型致移码突变为主，其中，以出厂水的致突变性最高。致移码突变的强度依次为出厂水(C6)>预氯消毒水(C2)>管网末梢水(C7)>混凝沉淀过滤水(C3)>后加氯消毒水(C5)>水源水(C1)。

2.4各自来水厂出厂水中有机物致移码突变性的比较

表6、7可见，A自来水厂出厂水的比活性均低于B、C自来TA98(+S9)和TA100(+S9)为阴性。水厂，其中，

表6不同自来水厂出厂水中有机物对TA98的致突变比活性

自来水厂

ABC注：*P＜0.05。

-S9

斜率65.2*104.3*241.3*

R20.9990.9950.997

斜率22.947.4*61.2*

+S9

R20.9050.9530.980

然而，如果臭氧添加量不足或水源水污染严重，可导致臭氧氧化产生大量中间产物的致突变性反而提高，有的还产生亚硝酸盐。本工艺中出水的臭氧浓度保持在0.3mg/L时，结果表明，出水的致突变性不会提高[9]。活性炭单元出水经后加氯消毒后，TA98（±S9）及TA100（±S9）均由阴性变为阳性，说明活性炭出水中仍有一定量的氯化致突变前体物[10]，即经氯化后产生了移码突变的直接与间接突变物及碱基置换的直接突变物。出厂水和管网（±S9）及TA100（±S9）的MR值逐渐降低，最终仅有末梢水TA98

TA98（-S9）为阳性，说明管网末稍水中仅含有移码突变的直接突变物。

3.2常规水处理工艺各单元出水中有机物致突变性强度的变化

由表3可知，B自来水厂水源水经混凝沉淀过滤工艺单元后，TA98（±S9）的MR值均有所升高，说明该处理增加致移码突TA100（-S9）由阴性变为阳性，说明产变的直接与间接突变物；

生了致碱基置换的直接突变物。有报道认为，混凝沉淀过滤主要去除相对分子质量>10000D的有机物，对于那些Ames试验呈阳性结果的小分子物质(相对分子质量

表7不同自来水厂出厂水中有机物对TA100的致突变比活性

-S9

斜率128.1*313.2*474.7*

R

2

自来水厂

ABC注：*P＜0.05。

+S9斜率46.493.0*253.9*

R20.5340.9360.931

0.9660.9910.997

33.1

讨论

预臭氧—臭氧—生物活性炭过滤水处理工艺各单元出水中有机物的致突变性强度的变化A自来水厂的水处理工艺流程见图1。

前加氯

源水

臭氧预氧

石灰絮凝剂、絮凝→沉淀→滤池过滤

液氯

配水管

配水泵

清水池

活性炭滤

主臭氧

所降低，其中，TA98（+S9）与TA100（+S9）呈现阴性，表明B自来水厂末稍水中不含有移码突变与碱基置换的间接致突变物，而TA98（-S9）、TA100（-S9）的致突变性降低，说明在管网输送过程中，一部分致突变物会被去除。上述水中有机物致突变作用强弱以及类型的变化原因还有待于进一步研究证实。3.3

两次加氯水处理工艺各单元出水中有机物的致突变性强度的变化

由表4可知，C自来水厂水源水中有机物的致突变试验结果显示，TA98（-S9）的致突变性为阳性，说明水源水中含有移码水中有机物的TA98型的直接致突变物。水源水经过预加氯后，

（±S9）的MR值均大幅升高，说明预加氯增加了移码型的直接和间接致突变物，这与以往报道一致[12]。经过混凝沉淀过滤工艺单（±S9）的MR值有所下降，而TA100元后，出水中有机物的TA98（±S9）的致突变性则由阴性变为阳性，说明生成致碱基置换的直接与间接致突变物，这与B自来水厂混凝沉淀过滤单元出水中有机物的致突变性结果一致。但同时，移码型的直接与间接突变物有所减少，与B自来水厂混凝沉淀过滤工艺增加了移码型直接与间接致突变物的结果相反，其可能原因为C自来水厂与B自来水厂水源水的不同，也可能是混凝沉淀过滤工艺的差异。此外，C自来水厂对水源水的预氯化处理可能生成部分相对分子质量>10000D的致突变物，这些物质又可以被混凝沉淀过滤工艺很好地去除，从而使得C自来水厂混凝沉淀过滤工艺减少。水中有机物的

图1A自来水厂深度处理工艺流程图

由表2可知，A自来水厂水源水中有机物的致突变试验结果TA98（±S9）为阳性，说明水源水中含有移码型的直接与间接致突变物。水源水经预加氯与混凝沉淀过滤处理单元后，水中有机物TA98（±S9）的MR值有所下降，而TA100（-S9）的致突变性则由阴性变为阳性，说明混凝沉淀过滤处理减少了移码突变的直接与间接突变物，但新产生了碱基置换的直接致突变物。经过预臭氧—臭氧—生物活性炭工艺后CODMn值略有升高，说明预臭氧—臭氧—生物活性炭工艺并不是总能够降低水中有机物含量，这可能是由于经臭氧处理后一些不能降解的有机物被转变为生物可降解物质，使得活性炭过滤水中的有机物含量略有升高。二次加氯后，水中的CODMn值降低，可能是由于可降解物质被降解的原因。但经预臭氧—臭氧—生物活性炭处理后，水中有机物的TA98（±S9）及TA100（+S9）的MR值均小于2，致突变性为阴性，说明其能够有效去除水中的致突变物质，这个结果与以往文献的报道基本一致[6]。

生物活性炭处理是指利用活性炭表面上生长微生物的分解长[7]，使用寿命大大延长[8]，并且能更有效地去除水中的有机物。

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环境与健康杂志2010年7月第27卷第7期JEnvironHealth,July2010,Vol．27,No．7

［2］MarkJN，MireilleBT，NaomiEE.Chlorinationdisinfectionbyproducts

TA98（±S9）及TA100（+S9）的MR值均有所降低，而TA100（-S9）的MR值进一步升高，这可能由于二次加氯后，水中具有致突变作用的有机物经氯化作用被分解或转变为新类型的有机致突变（±S9）及TA100物所致。经过清水池后出厂水中有机物的TA98

（+S9）的MR值均有所升高，原因可能是水中有机物加氯后需要一定的反应时间才能转变为致突变物质。C自来水厂管网水中有机物TA98（±S9）、TA100（±S9）的MR值均有所降低，但致突变性均为阳性，说明自来水在管网输送过程中，一部分致突变物会被吸附或分解去除，但最终还是有移码与碱基置换型的直接与间接致突变物存在。

由各自来水厂出厂水中有机物致突变性强弱比较结果可知，虽然3家自来水厂中，A自来水厂的加氯量远高于B、C自来水厂，但其出厂水中有机物的致突变性最低。其根本原因在于A自来水厂采用预臭氧—臭氧—生物活性炭工艺的深度水净化处理工艺，有效降低了自来水出厂水中有机物的致突变性。但由于深度水净化处理工艺所需费用相对较高，目前尚未被普遍应用，所以还需进一步加强研究，以探讨科学合理且经济可行的水处理工艺。参考文献：

［1］NissinenM，MiettinenIT，MartikaainenPT，etal.Disinfectionby-

productsinfinishdrinkingwater〔J〕.Chemosphere，2002，48：9-20.

inwaterandtheirassociationwithadversereproductive:areview〔J〕.

OccupEnvironMed，2000，57：73-85.［3］周文珊，李雅琳，谢少华，等.妊娠期氯化消毒副产物暴露与足月儿

〔J〕.环境与健康杂志，2010，27(1):17-20.出生体重的关系

［4］刘爱林，吴建军，鲁文清.彗星试验检测武汉市氯化饮水有机提取

.华中科技大学学报医学版，2003，物对HepG2DNA的损伤〔J〕

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［6］李灵芝，罗晓鸿，张淑琪.某市饮用水处理试验工艺各单元对水的

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［7］张金松.臭氧化-生物活性炭除污染工艺过程研究〔D〕.哈尔滨：哈

尔滨建筑大学，1995.［8］王占生，刘文君.微污染水源水饮用水处理〔M〕.北京：中国建筑工

业出版社，1999：61-62.［9］杨柳燕，马文漪，邹惠仙.臭氧-生物活性炭净化工艺对饮用水有机

物致突变性影响的研究〔J〕.癌变·畸变·突变，2001，13(4):254.［10］邱瑞骥，高健力，哀宝珊，等.自来水不同处理单元出水中有机污染

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［12］张永吉.自来水中致突变的有机活性物〔J〕.上海环境科学，1990，

9(2)：18.

（收稿日期：2010-01-26修回日期：2010-05-20）

（本文编辑：韩威）

【监督监测】

文章编号：1001-5914（2010）07-0590-01

天祝藏族自治县农村生活饮用水水质监测

张聘年，吴寿青，王战民

关键词：水；农村；卫生调查

中图分类号：R123.6

文献标识码：E

检测结果显示，水样色度、浑浊度、pH值、臭和味、肉眼可见物、氟化物、硫酸盐、耗氧量、六价铬、铅、铁、砷、镉、亚硝酸盐（以氮计）、菌落总数、总大肠菌群均合格。总硬度、锰、溶解性总固氯化物、汞的合格率分别为65.79%（25/38），92.11%（35/38），体、

84.21%（32/38），94.74%（36/38），89.47%（34/38）。

锰超标可能是由于天祝县位于高锰地区，岩石和土壤中富含锰元素所致。毒理学指标中的汞超标主要是由于：（1）天祝是产煤大县，附近的冶炼企业排放燃煤汞。（2）降雨冲刷将土壤中的汞元素等带入水体。（3）废旧电池随意丢弃造成的污染。

不同类型水样合格率由高至低依次为泉水[83.33%（10/12）]>河水[55.56%（10/18）]>浅井水[37.50%（3/8）]。

祁连乡臭牛沟泉水、西大滩乡马场村浅井水、松山镇囊锁村浅井水多项指标超标，为苦咸水，且臭牛沟泉水锰超标，又属高锰水。大红沟乡大沟村浅井水总硬度超标，为苦咸水。华藏镇边古城河水汞超标，为高汞水。建议对水质超标的地墙沟浅井水、

区加强水源防护和水质监测，采取适宜的饮水处理技术，确保居民的饮水安全。

作者单位：天祝藏族自治县疾病预防控制中心检验检测科（甘肃天祝

733200）

（收稿日期：2010-01-11修回日期：2010-03-10）

（本文编辑：韩威）

天祝藏族自治县（以下简称天祝县）地处青藏、黄土、内蒙古三大高原交汇地带，海拔在2040~4874m之间，年平均气温在0℃左右，山大沟深，气温寒冷。笔者分别于2005和2008年对天祝县的农村生活饮用水进行了检测和分析。按照国家GB5750—1985、GB/T5750—2006《生活饮用水标准检验方法》进行检测，检测项目包括色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、pH值、氯化物、氟化物、硫酸盐、总硬度（以CaCO3计）、溶解性总固体、耗氧量、六价铬、铅、铁、锰、砷、镉、汞、亚硝酸盐（以氮计）、菌落总数、总大肠菌群；检测结果分别按照GB5749—1985、GB5749—2006《生活饮用水卫生标准》进行评价，其中有1项指标不合格即为该指标不合格。

本次天祝县农村生活饮用水水质调查，共采集水样38件（2005年14件，2008年24件），合格23件，合格率为60.53%。其中，金强河、哈溪河等河水18件，松山镇阿岗湾村等浅井水8件，祁连乡臭牛沟等泉水12件。涉及全县所有乡镇，覆盖全县85%的人口（参照2008年《天祝县统计年鉴》）。