饮用水消毒研究进展：从氯消毒到新型技术的应用

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@小白创作中心

饮用水消毒研究进展：从氯消毒到新型技术的应用

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饮用水消毒是保障水质安全和公众健康的重要手段，在应对介水疾病传播和消毒衍生水质风险的过程中，消毒技术也在不断更新与进步。系统总结了主流消毒技术的发展历程与应用现状，着重讨论了当前研究对传统消毒过程的再认识与创新利用，详细梳理了基于传统氧化剂、新型紫外光源、新型（纳米）材料、生物自身或代谢产物及其组合形式的多种新型消毒技术的研究进展，分析了其作用机制、协同效应和适宜应用场景。针对未来饮用水消毒的发展趋势，提出了“理想”消毒技术开发、新型材料装备创新利用以及因地制宜的消毒策略优化等方向，为饮用水消毒技术发展提供参考。

饮用水消毒是保障水质安全和公众健康的重要手段，自氯、臭氧等化学消毒剂首次应用于饮用水消毒后，在应对介水疾病传播和识别消毒衍生风险的过程中，消毒技术也在不断更新与进步。综述了主流消毒技术的发展与应用概况，包括氯、臭氧、紫外消毒技术的发展历程、应用比例与利弊分析；并详细讨论了当下消毒技术的最新研究进展，包括对传统消毒过程的再认识与创新利用和基于传统氧化剂、新型紫外光源、新型（纳米）材料、生物自身或代谢产物及其组合形式的多种新型消毒技术，如折点氯消毒技术、臭氧微纳米气泡消毒技术、基于新型（复合）波长或发光方式的紫外消毒技术、纳米线改性电极消毒技术、抗菌水凝胶消毒技术、基于噬菌体的消毒技术等。这些技术通过自由基氧化、光化学破坏、物理作用及生物机制等多种反应机制耦合互补，实现微生物高效灭活与消毒副产物等衍生风险的有效控制。为满足日益严格的水质安全标准，未来将聚焦于“理想”消毒技术的开发、新型材料/装备的创新利用、因地制宜的消毒方法选择，推动饮用水消毒技术向高效、环保、低成本的方向发展，进一步提升饮用水的质量和安全。

研究背景

为防止介水疾病传播，消毒是生活饮用水处理工艺中不可或缺的重要环节，也是确保公共健康与用水安全的关键措施之一。在当前全球水资源短缺和环境污染问题日益加剧的背景下，饮用水质量安全已成为公众广泛关注的焦点问题。随着我国工业化和城市化进程的加快，地表水和地下水中的污染物种类与数量不断增加，不仅检出农药、内分泌干扰物、药物及个人护理品（PPCPs）残留，耐药细菌及抗性基因等新兴微生物污染物的传播也成为令人担忧的问题。为应对日益复杂的水质污染、保障人群饮水安全，我国自来水处理工艺逐渐趋向标准化和严格化，逐步实现传统工艺向深度处理工艺的改造升级。有关部门亦不断地优化调整饮用水卫生标准。2022年3月15日新版《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）发布，其中与消毒相关的水质指标共19项，检出率较高的一氯二溴甲烷等6项消毒副产物（DBPs）从非常规指标调整到了常规指标以加强管控，出厂水及末梢余氯上限由4mg/L调整为2mg/L。我国饮用水标准与发达国家或地区基本持平，美国现行国家饮用水水质标准EPA 816-F-09-004中包含的DBPs指标有三卤甲烷（TTHMs）和 5种卤乙酸（HAA5）、溴酸盐和亚氯酸盐；欧盟饮用水指令EU2020/2184与美国类似，但对氯酸盐、亚氯酸盐的限值更低，并且对军团菌做出了规定。近年来，上海、深圳等地也相继发布了地方标准，对国标内原有DBPs提出更严格的要求，并更加关注新兴或地区性高风险消毒副产物，如N-亚硝基二甲胺（NDMA）、碘乙酸（IAA）和二氯一碘甲烷（DCIM）等高毒性碘代DBPs。

主流消毒方法包括氯及氯化物消毒、臭氧消毒、紫外线消毒等，也是如今我国及世界范围大部分自来水厂采用的消毒工艺。传统单一消毒方法在面对复杂水质处理场景时，往往难以同时满足微生物有效灭活、DBPs生成控制、消毒剂余量保证的多重要求。国内外都在不断探索更加高效、环保且可持续的新型消毒技术或组合方式以应对现有消毒工艺的局限性。本综述调研了传统和新型消毒技术在饮用水处理中的最新研究进展，重点关注这些技术对微生物的灭活效率及DBPs生成方面的衍生风险，以及部分技术对生物膜的控制效果，探讨它们在饮用水处理及供水输配系统中的应用前景及潜在改进方向。

图1 饮用水消毒技术发展历程