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中南大学李海普团队JHM|游泳池中消毒副产物控制策略的研究进展和研究需求

2026-02-09
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河南禹晟水处理设备有限公司

  随着游泳活动越来越受欢迎,游泳池环境有关的卫生健康问题值得引起重视。游泳者及泳池工作人员面临的潜在健康风险主要包括微生物暴露风险和化学暴露风险。微生物暴露风险可以被消毒工艺有效控制。然而,消毒剂会与水体中的有机物和无机物发生一系列化学反应,形成有毒的消毒副产物(Disinfection byproducts,DBPs)。一些DBPs具有潜在的遗传毒性、神经毒性和细胞毒性,会引起过敏反应、代谢变化、呼吸系统疾病,甚至增加癌症患病风险。游泳者主要通过呼吸、皮肤渗透和意外吞咽等方式接触到这些有毒的DBPs。因此,DBPs所造成的化学暴露风险增加是游泳池卫生健康中引发关注的重点问题之一。 

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游泳池水体是一种独特的水环境,与其他消毒水环境存在显著不同。具体来看,由于频繁更换整个泳池水的时间成本和经济成本很高,泳池水通常在经过一些简单的工艺处理后被循环和再利用(图1)。泳池工作人员每天添加新鲜水来填补因挥发和溅出等方式所消耗的池水,以保证泳池水体的水量相对恒定。补充的新鲜水在整池水中的占比非常小,因此,池水被放置很长时间,导致水力滞留时间增加。游泳者会通过体液(如唾液、汗液和尿液)向泳池中释放溶解性有机氮、溶解性有机碳和药物等有机物,还会因使用个人护理品和防晒用品而向泳池中释放一系列有机化合物。同时,为了控制游泳池水体的微生物风险,泳池水需反复引入消毒剂并保证一定浓度游离余氯的存在,以确保水体具有持续杀菌能力。持续引入的有机物和消毒剂意味着泳池水中消毒剂与有机物的反应在持续不断地进行,DBPs亦在不断生成,这增加了控制泳池水体中DBPs的复杂性。泳池水的再循环更是进一步加深了反应的复杂程度,并导致非挥发性DBPs在池水中的持续积累。因此,泳池水体中的DBPs浓度通常远远高于饮用水中DBPs的浓度。此外,对于公共泳池而言,在运营成本和水质安全之间建立平衡尤为关键。鉴于泳池水体具有以上特性,在其他消毒水体上取得的研究结果可能难以被轻易应用于泳池水体中。游泳池水体环境值得被单独分析讨论。

国内外关于游泳池水体中DBPs污染状况的相关研究结果显示,游泳池水体中DBPs具有高检出率、高浓度和多种类的特性,这表明目前的游泳池环境管理技术不能有效控制DBPs污染。虽然国内外研究人员已经对泳池中DBPs的控制展开了一系列的相关研究,但现有理论研究和实际应用之间的差距仍然很大。系统性的综述论文有望拓宽对DBPs控制策略的理解,为未来的研究趋势提供指向,以尽快缩小理论研究与实际应用之间的差距。该研究基于泳池中DBPs控制策略的角度,将主要的关注点聚焦在过去五年内的最新研究进展,总结了泳池中DBPs的去除和监管方面的重要研究工作,并进一步提出了目前的研究需求(图2),旨在对游泳池中DBPs的控制提供指导意见。该研究共囊括了209篇已发表的研究(含128篇五年内的最新研究)。

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具体来说,该研究将泳池中DBPs控制策略划分为DBPs监管策略和DBPs去除策略,从这两个层面归纳总结了当前的研究进展。

DBPs监管:DBPs的监管主要依托于泳池中DBPs相关标准的实施。在管理指南中建立DBPs的浓度限值对于DBPs的监管十分必要。然而,游泳池中DBPs的相关标准在世界范围内并不普遍。为数不多的标准也亟需进一步完善。该研究阐述了泳池中DBPs的分布、毒性和检测技术的研究现状,建议在未来的研究中收集更多关于空气中DBPs的污染数据、更多种类DBPs(特别是芳香族DBPs)的污染数据、以及暴露于DBPs的急性和慢性毒性风险数据。这些数据将有利于识别出对游泳者健康构成最大威胁的关键DBPs指标,并能够为制定相应指标的限值和开发相应指标的在线监测技术提供数据支持,进而为优化DBPs的监管方案提供理论支撑。值得重点关注的是,DBPs在线监测技术与DBPs的监管效率密切相关,因此,开发针对DBPs的实时监测技术具有重要的应用前景。

DBPs去除:DBPs的去除分为直接去除已经生成的DBPs和通过抑制DBPs的形成来间接去除DBPs两个方面。DBPs的直接去除主要涵盖规范化通风系统及改进DBPs处理技术两方面的内容;DBPs处理技术涉及活性炭吸附、膜技术、高级氧化工艺以及它们的组合工艺,该研究提供了这些处理技术的原理、影响因素及优劣势分析。有趣的是,虽然处理技术能够有效地去除部分DBPs,但泳池水中DBPs的浓度并不一定能够被有效降低。这很可能是因为泳池水中DBPs的生成速率高于循环水处理工艺中DBPs的去除速率。因此,抑制泳池中DBPs的形成似乎比通过水处理过程直接去除DBPs更有效。DBPs的形成主要受反应物(前体物及消毒剂)和反应条件(特别是水质条件)的影响。因此,该研究将抑制DBPs的形成细分为减少前体物、改进消毒技术和优化水质参数三个方面。值得重点注意的是,寻找具有经济效益和不产生大量DBPs的新兴消毒技术来替代传统的单一氯消毒法是所有消毒水体的需求,然而,考虑到泳池水体对于持续消毒能力的必备需求,新兴消毒技术在泳池水体的适用性需要被仔细考量。

总体来看,目前关于泳池中DBPs的研究通常是在远离实际水池环境的特定基质条件下进行的,这可能导致实验结果与实际结果之间出现矛盾点。借助于先进的机器学习算法,复杂的趋势变化和内在反应机理将有望被阐明。此外,芳香族DBPs作为整体毒性的驱动因素,可能是评价DBPs控制策略的重要指标之一。然而,以前的控制策略主要是基于脂肪族DBPs而制定的。未来的研究需要进一步证明这些控制策略是否适用于芳香族DBPs。




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