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【科学讲座】魏东斌:水消毒与消毒副产物研究进展

       2019年9月5日晚七点,科学前沿进展系列讲座Ⅲ第214讲在玉泉路校区阶一4开讲。国际标准化组织水回用技术委员会ISO/TC282水质安全评价项目负责人、中国环境科学学会水处理与再生利用专业委员会副主任委员、中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学国家重点实验室魏东斌研究员,为同学们介绍了我国饮用水消毒与消毒副产物的研究进展,以及该领域未来的发展趋势展望。

       魏老师首先从我们生活中常见的“消毒”“灭菌”等名词引入讲座内容,并介绍消毒的主要原理是破坏有害微生物中的蛋白质等,即杀死病原微生物,但不一定杀死细菌芽孢。又可分为疫源性消毒,即针对某种疾病或传染病带病源进行消毒;预防性消毒,即对日常生活中的物品进行消毒。而灭菌是杀死所有的微生物,包括细菌芽孢在内。

      不同病原体的耐受性不同,针对不同病原体的耐受性与敏感性,可以选择不同的消毒方法。消毒方法主要可分为物理消毒和化学消毒。“为什么要进行消毒?”魏老师向同学们提问。水源中含有各种各样的病原微生物,会给人们的健康带来危害,因此消毒是从水处理到水利用中的一个必然环节。魏老师随后介绍了一些常见的水中病原微生物,可分为病毒、细菌与原生动物。生活中的主要消毒场景有饮用水、游泳池水,使用后的水也要进行消毒。使用后的水被再生利用,称为再生水,由于再生中会接触人及病原微生物,所以要对再生水进行消毒。

       魏老师提到古代人们使用水时的净水方法。远古时期,人们认为清澈的水即为干净的水,而由于当时几乎没有人类活动产生水污染,所以人们采用简单的明矾、沉降等净水方式即能满足需求。古罗马时期,人们开始采用静水渠等净水方式。工业革命开始后,人口增长、人类活动频繁、工业发展等均产生了大量污水,由于没有成熟的净水手段,致使1830-1850年间英国发生了多次大规模瘟疫。英国麻醉师John Snow受命调查原因,发现正是水中的病菌导致了大规模瘟疫,在他的建议下,英国政府修建下水道、在供水系统中加漂白粉进行消毒。1912年,美国也开始对供水进行消毒,此后瘟疫、伤寒发病情况大规模减少。

       自此以后,消毒剂成为净水的主要方式,魏老师介绍到消毒剂的选择需要考虑以下几个方面:通用性、作用速度、稳定性等。

       现今应用最为广泛的是氯消毒,在各国水厂的应用都高达90%。但是魏老师提到,氯消毒是一把“双刃剑”,尽管它能消灭大部分水中的病原微生物,但1970年,美国科学家首次在氯消毒的水中发现了三氯甲烷,这是一种致癌的消毒副产物。

       魏老师从氯的消毒副产物三氯甲烷引入到了对消毒副产物的介绍。消毒副产物的主要问题在于致癌性、生殖与发育毒性等。自1970年开始对消毒副产物的研究,世界上的研究者们共发现了近700种消毒副产物。在寻找氯的消毒代替品的过程中,研究者们虽然找到了溴作为替代品,但同样会产生有危害的消毒副产物溴酸盐。

       随后,魏老师介绍了世界及我国在水消毒与消毒副产物领域的研究进展,该领域世界发表文章数共9000余篇,中国有1000余篇,发表文章数仅次于美国,为世界第二。研究的主要过程就是消毒剂与水中的化学物质(前驱物)发生反应,生成消毒副产物。主要研究方向有消毒副产物的前驱物;对消毒副产物进行识别,并研究其毒理性、生物学影响;对消毒过程进行优化,减少消毒副产物。在降低消毒副产物的领域,有英国学者研究得出,分次加入氯,能有效减少消毒副产物,除此之外,在日常生活中,可以通过烧水等方式减少具有挥发性的三氯甲烷及受热易分解的卤乙酸。

       魏老师同时也提出了一些我国在该研究领域的问题,如研究较为零散,缺少整体的分析检测方法;调查类的研究缺乏全面性,大部分仅选取少数城市进行调查;前驱物的类型较多,缺少对其的分类等。

       讲座结束后,也有同学提出问题:听了魏老师对副产物的介绍,感到这一问题非常严峻,并提问是否真的会对我们的健康产生影响。魏老师表示是否产生影响取决于消毒副产物的剂量,而这一方面的研究尚在进行中,并无定论。(文/赵睿 作者系国科大记者团成员)

主讲人介绍:

       魏东斌,中国科学院生态环境研究中心研究员,博士生导师。研究方向:毒性引导的污染物环境过程机制与风险评价研究。科学贡献:建立了基于成组生物毒性测试的水质安全评价方法;评价了多种新型污染物的生物毒性效应及其潜在风险;揭示了典型污染物在氯化消毒处理过程中的转化机制,识别了多种高毒性副产物。先后承担十余项国家自然科学基金课题,国家863计划课题,国家重大科技专项科技支撑课题等科任务,在国内外学术期刊上发表论文100多篇,其中SCI收录60余篇。现任国际标准化组织水回用技术委员会ISO/TC282水质安全评价项目负责人、中国环境科学学会水处理与再生利用专业委员会副主任委员等。

延伸阅读:

      “科学前沿进展名家系列讲座”创办于2014年9月,是中国科学院大学为本科生开设的必修课程,同时欢迎研究生与教职工参加,由中国科学院大学本科部主办,讲座召集人为徐涛院士。该课程按照数学、物理、化学等13个专业,邀请相关科学领域的院士等知名专家开展专题讲座。通过讲述科学故事、介绍相关学科方向的科学前沿进展,让学生在本科阶段了解不同学科的科研方向与主要进展,拓宽学生的学术视野,为他们最终选择学科专业与专业方向提供丰富的判断依据。