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飲用水中的新興消毒副產物

天然水體中有許多背景有機物,主要由疏水性的腐植質及較親水性的非腐植質所組成,來源包括動植物遺體經細菌分解後的殘體,以及各種廢汙水。
 
 
 
天然水體中有許多背景有機物,主要由疏水性的腐植質及較親水性的非腐植質所組成,來源包括動植物遺體經細菌分解後的殘體,以及人為活動產生的各種廢汙水,常因未能完善處理而混入淨水廠原水中造成問題。

另一方面,淨水廠為達到政府所訂的配水系統自由餘氯必須介於 0.2~1.0 mg/L之間的要求,多使用氯氣或次氯酸鹽做為消毒劑。由於水中有機物的組成與濃度不同,會因與氯消毒劑的反應而產生各種對健康可能造成危害的消毒副產物。

1970年代,科學家發現加氯消毒會產生氯仿,隨後陸續發現其他三鹵甲烷物種及含鹵乙酸等含碳消毒副產物。所幸在臺灣的飲用水中,這些含碳消毒副產物的含量一般都遠低於可能危害人體健康的劑量。

隨著新儀器開發與分析極限的提高,臺灣的飲用水中也陸續發現了一些含氮消毒副產物。飲用水中含氮消毒副產物的濃度雖然比含碳消毒副產物低,但因對人體健康的危害較高,特別是屬於亞硝胺類化合物的N-亞硝基二甲胺(N-nitrosodimethylamine, NDMA,化學式:C2H6N2O)具有高致癌風險,目前已逐漸成為飲用水水質安全所熱中探討的課題。面對這樣的新興汙染物,人們不禁好奇NDMA是從哪些前驅物來的?這些前驅物又為何出現在水中?

臺灣大學公共衛生學系王根樹教授發現,清潔劑中的成分–氯化苯二甲烴銨(benzalkonium chloride, BKC)–與NDMA的形成脫離不了關係。王教授說,天然水體中含氮的有機物質包括胺基酸、蛋白質、核苷酸、核酸等,與消毒劑反應就可能產生NDMA。但水體中有機氮的比率並非與NDMA的生成呈線性關係,有機氮的含量高並不代表足以生成與其對應的NDMA。

因此,有機氮濃度的高低並無法做為NDMA生成量的預測指標,這讓科學家轉而朝向生活汙水中的化學工業原料,來探討民生用品中含氮物種成為前驅物的可能性。研究結果經多位學者驗證後,終於確立了氯胺消毒劑的濃度及前驅物質中有機氮結構特性是NDMA生成的關鍵。特別是生活汙水有較高的NDMA生成潛能,其中一些個人照護用品及醫藥類的新興汙染物,因其結構中含有三級胺或四級胺,成為重要的NDMA生成前驅物。

而天然水源中的胺基酸多是一級胺,且是直鏈狀或較簡單的結構,因此經消毒劑氧化後含氮部分被礦化為無機氮,無法與氯胺形成NDMA。王教授依這項前人研究的成果,進一步搜尋其他潛在的前驅物。他的研究顯示,三聚氰胺與咖啡因也是生成NDMA的前驅物,但含量很少且遠低於危害標準。但多數民生用品中所含的BKC,卻是NDMA生成的主要元兇之一。BKC本身具有消毒殺菌的功效,並能消除水池中過多的藻類,不僅可做為多種清潔劑的重要成分,也是水產業常用的藥劑之一。

因此,只要類似BKC這種化學物質有存在的一天,環境水體中汙染物質的變化就必須嚴密監控。

王教授認為,雖然很多消毒副產物因為濃度低而不致有明顯的健康危害,但就水質管理及民眾飲用水安全的角度而言,了解它們的生成與流布調查有助於從汙染的源頭加以管控,或降低有機氮濃度,以避免加氯後在配水系統中持續反應,使水質不斷惡化。此外,對於人為活動引起的地球環境破壞,也能提供一個深刻反省的機會。
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