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地球[1].gif自來水中可能致癌物

 

三鹵甲烷是什麼?

環境污染已是全球性問題,而新聞媒體與報章雜誌經常出現一些與環境問題有關的專有名詞。其中與飲用水水質有密切關係,且又見報率較高者,莫過於「三鹵甲烷」一詞。但「三鹵甲烷」究為何物?恐非一般大眾所了解,故本文特針對此名詞,分別就其成因、可能影響及如何加以控制防治,逐項介紹,以供關心飲用水水質的各界人士參考。

三鹵甲烷為致癌物

1974年美國環境保護署(US EPA),發表從紐奧良巿三個淨水廠的淨水中,發現含三鹵甲烷(trihalomethanes,簡稱THMs)在內之66種有機化合物。同年Rook公布了一項研究,認為原水經加氯消毒後,氯仿會大量增加,且隨後證明其形成原因乃氯氣與原水中有機物質反應而生成。1975年,NORS(National Organics Reconnaissance Survey)受美國環保署委託,調查美國80個城巿自來水及原水中六種有機物(CHCl3、CHBrCl2、CHClBr2、CHBr3、CCl4、CH2Cl2)。發現前四種的形成(即THM)和氯氣消毒有密切關係。

1976年,美國國家癌症研究所(NCI)更公布了氯仿會使老鼠致癌,故食品藥物管理局(FDA)發布禁令,禁止將氯仿當做食品、藥物添加劑。既然THM證明為一致癌性物質,且存在於自來水中,雖然其含量不高,然而考慮生物累積影響人類健康,故世界各國紛紛訂定了最大容許標準。美國於1978年訂定飲用水總三鹵甲烷最高許可量為0.1mg/l,日本亦繼其後訂定同樣標準,加拿大亦設定了0.35mg/l。

近年來,台灣地區由於工商業發達,人口聚居由都巿而擴至郊區,甚至河川上游,導致自來水水源受工業廢水、都巿污水及畜牧廢水的污染,日益嚴重,原水中的有機物及氨氮含量日益增多;將增加原水預氯處理的加氯量,致使三鹵甲烷等可能致癌物的生成潛能(formation potential)大增,故對本省自來水而言,是一件重要且不可忽視的問題。

根據過去的給水系統水質調查資料顯示,本省一些污染嚴重地區自來水中三鹵甲烷含量已偏高,如岡山大約0.07~0.08mg/l,新營亦曾有高達0.14mg/l的紀錄。此外黃金旺教授曾針對本省自來水廠,選擇出水量大、供應人口多的水廠,分成夏天及冬天兩個季節做三鹵甲烷分析。結果顯示新營、東港、烏山頭、白河等水廠,於冬季時三鹵甲烷皆超過0.1mg/l,而超過0.054mg/l的淨水廠約占飲用水人口10%。

由於三鹵甲烷的問題受到重視,本省於民國七十四年修定自來水水質標準時,將總三鹵甲烷標準訂為0.2mg/l,後於七十六年續修正為0.15mg/l,而台北巿則維持為0.1mg/l。目前環保署為統一全國飲用水水質標準,在修正草案中將總三鹵甲烷標準建議為0.1mg/l,以促使各自來水事業機構重視此問題。雖然至目前為止,大多數的調查結果顯示,本省淨水廠三鹵甲烷含量雖無超過目前標準者,然而已有數處淨水廠的總三鹵甲烷含量超過美、日及我國未來的飲用水水質標準。故今後三鹵甲烷的問題對本省而言,實不容忽視,且如何防止及降低三鹵甲烷含量,更是當今應努力的課題。

有鑑於三鹵甲烷問題的重要,以下將就三鹵甲烷的成因、可能對健康的影響及控制技術,分別做更進一步的介紹,以供大家參考。

三鹵甲烷的成因

三鹵甲烷是指甲烷(CH4)中的三個氫原子,為鹵族元素所取代,一般很少自然存在於水體中,但在淨水廠加氯去除臭味及消毒過程中,水中有機物和氯反應所形成;而主要的生成物包括CHCl3(氯仿)、CHBrCl2(一溴二氯甲烷)、CHBr2Cl(二溴一氯甲烷)、CHBr3(溴仿)等,此四者合稱總三鹵甲烷 (TTHM),其中以氯仿的出現頻率及濃度較高。

淨水程序中形成三鹵甲烷的簡單反應如下:氯+(溴離子或碘離子)+有機前質(precursors)-→三鹵甲烷(THMs)+其他鹵化有機物。

如此形成THMs的反應並非瞬間的,而是在加氯一段時間後,仍持續進行反應。故許多調查顯示,THMs在水中的濃度往往在配水池或配水系統中,較水廠出水的濃度來得高。

影響三鹵甲烷生成的主要因素如下:

一、有機前質:所謂有機前質乃是,原水中的腐植質和一些具有乙醯基團(acetyl group)的低分子量有機物,又根據許多學者的

研究,有機前質包括如下:腐植酸(humic acid)、腐植質、黃酸(fulvic acids)、乙醇、乙醛、丙酮、三氯丙酮、苯丙酮 、乙醯乙酮單寧素、木質黃酸鹽、酚類胺基酸、脂肪酸、藻類的葉綠素及外細胞質產物、酚、鄰苯二酚、對苯二酚、1,3,5苯 三酚等。

二、加氯濃度:在加氯反應中,水中無機物如Fe2+、Mn2+、H2S、NH3等,會很快消耗所加入的氯,當無機物的耗氯量達飽和時,多餘的氯才會與有機物反應,此時所加入的氯量與THMs生成量成正比。而在有機物消耗掉氯後,須加入足夠的氯量來飽和瞬時及短期的有機耗氯量後,多餘的氯才能產生長期性的有效餘氯,此時再多加氯也不會增加THMs的生成。

三、pH值:一般pH值愈高,生成THMs量愈多,因此若想減少THMs產生,在消毒時應將水的pH值保持在中性,或是微酸性較佳。

四、溫度:通常溫度愈高反應愈快,故在一定的加氯量情況下,當溫度愈高,THMs的生成量愈大

五、反應時間:THMs的生成量會隨著反應時間的增加而增大,此亦即自來水配水系統的THMs濃度會比水廠出水較高的原因。

六、其他作用:如溴離子存在則會促進CHCl3以外其他三鹵甲烷生成,NH3-N存在會與氯結合為結合餘氯,而影響THMs 的生成。


三鹵甲烷對健康的影響

三鹵甲烷對健康的影響,主要是針對氯仿而言,因為它是在飲用水中出現頻率最高且影響最大者。

氯仿可使中樞神經系統衰退,並且還會影響肝、腎的功能。氯仿的立即毒性往往是失去知覺,然後可能會隨著昏迷而造成死亡。暴露在氯仿24~48小時後,腎即受傷害,經過2~5天後可發現肝受損;而因氯仿所造成的昏迷症狀,則須經好幾天才會復原。

針對致癌性來說,美國國家癌症研究所以氯仿摻入食物中餵食Osborne-Mendel大白鼠與B6C3-F1小白鼠,劑量為90或180mg / kg。結果在111星期後,發現雄大白鼠因明顯肝惡性腫瘤而大部分死去,雌大白鼠卻不曾死亡,但發現有甲狀腺腫瘤。至於含溴三鹵甲烷,雖然有關它的毒性資料較少,但在有些研究中,證實它的致突變性和致癌性;它在生理化學活性上較氯仿為強。

目前為止,在流行病學的研究上,尚沒有充分的證據顯示,飲用水中的污染物與癌症的死亡率有直接關係,但已有些研究多少顯示,癌症的死亡率與罹病率與飲用水的水質有某種程度上的關連。

氯仿在人類或動物身上,有好幾種不良的影響,對健康潛在的風險,以可能會致癌的影響最大。基於此種考慮,對於飲用水中含氯仿的標準值,世界衛生組織(WHO)依每人平均每天飲用2公升的水,終身致癌風險為10-5時,訂出氯仿之標準值為0.03mg/l。美國環保署目前訂定總三鹵甲烷的最大污染物限值為0.10mg/l,此與終身致癌風險(每天飲用2公升0.10mg/lCHC13,連續70年)為3.4×10-4的數值有關。

控制三鹵甲烷的技術

根據前面形成三鹵甲烷的簡單反應式,可引導出三個基本原則來控制三鹵甲烷:

一.在加氯之前,去除三鹵甲烷前驅物質;

二.在THM形成後去除之;

三.使用另一種不會形成三鹵甲烷的消毒劑。

目前文獻中考慮用來去除三鹵甲烷和三鹵甲烷先驅物質的技術,計有:氧化、暴氣(aeration)、吸附、樹脂、澄清(如混凝、直接過濾等)、原水控制、pH調整、降低加氯量、改變加氯點(changing the point of chlorination)、逆滲透(RO)、生物處理、替代消毒劑(如臭氧、氯胺、二氧化氯、高錳酸鉀、紫外光)等(見表二)。

對去除已生成的三鹵甲烷,一般可行方法為曝氣或活性碳吸附,但水中三鹵甲烷之濃度不高,氣-液間的質量傳送效率有限,必須長時間的暴氣。另外,活性碳對三鹵甲烷的吸附能力欠佳,就經濟上考慮,去除已生成的三鹵甲烷,在實用上顯然有困難。

改變消毒劑方面,使用臭氧、二氧化氯等與水中有機物質的反應產物,目前尚無法完全了解,恐怕將來亦可能面臨如今日三鹵甲烷所帶來的問題,在改變消毒劑方面不得不十分慎重地再多加檢討。

混凝沈澱處理,在去除分子量較大的三鹵甲烷前驅物質上,有良好的效果,可令三鹵甲烷的生成量減低至相當程度。同時,因為混凝沈澱處理是一般工作人員所熟習的技術,而且,對三鹵甲烷前驅物質的混凝沈澱處理,不必另外變更水廠原有的加藥設備或藥品種類,也不用更改水廠原有的淨水處理程序。因此,就現階段而言,美國及日本皆認為採用較完善的混凝沈澱,在加氯之前先將水中之有機物質(亦即三鹵甲烷的前驅物質)減低至相當程度,是一項最為有效而可行的技術。

喚起大家維護水源水質的共識

飲用水中三鹵甲烷的形成,與水源水質及淨水廠的操作技術有密切的關係:一般當水源水質條件惡化時,例如:有臭與味、藻類繁殖、高濃度氨氮、有機物等,傳統上,本省淨水廠往往以最低成本的方法來改善其操作,即在預氯處理時,提高加氯量;此種結果將導致自來水中三鹵甲烷的形成潛能提高很多,而對消費者的健康造成莫大的威脅。

近些年來,台灣地區水污染情況嚴重,淨水廠取水口的河川或湖泊水質,常不符合水體分類及水質標準,加之水資源的分配不均與開發困難,使得乾淨水源不易取得,在這兩種情況下,使得自來水原水水質日益惡化。

此外,我國自來水水價低廉,水費收入不敷成本,使得自來水廠無法提升淨水處理技術並做好配水管線維護的工作,以致不可能百分之百確保可提供絕對「安全」的飲用水。故在今日一般民眾不斷抱怨抗議我們飲用水水質不佳,懷疑水中可能含有致癌物之時,當你已了解何謂三鹵甲烷時,是否能與我們共同呼籲,大家一起來保護我們共有的水源水質,以免有一天危害到全民的健康。
 

參考資料

1. 曾迪華、應堅聖〈自來水中三鹵甲烷處理技術之回顧與評估〉《自來水會刊雜誌》第23期58~75頁民國七十六年八月
2. 蔣本基等人〈飲用水水質標準研究〉行政院環保署委託研究報告EPA-77-005-20-120民國七十九年二月
3. 曾迪華〈活性碳處理自來水原水中有機物之研究〉台灣省自來水公司委託研究報告民國七十七年四月
4. Faust S.D. and O. M. Aly, 1983, "Chemistry of water treatment", Ann Arbor Science, Ann Arbor, MI.

  ( 文章資料來源:科學月刊 期號:0260 )

 

 

 

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