8-羟基喹啉作为消毒剂副产物的生成风险与控制策略

8-羟基喹啉（8-HQ）是一种含氮杂环化合物，传统被视为人工合成螯合剂与杀菌剂，近年来在饮用水、污水处理的消毒环节中，被证实可作为消毒剂副产物（DBP） 生成，其前体物多为水体中的喹啉类污染物、氨基酸及腐殖质等，经氯系、臭氧等消毒工艺氧化或卤化反应生成。该物质具有一定的生物毒性（如潜在致畸、致突变风险），且在水体中难降解，其生成与控制已成为水处理领域的新关注点。

一、8-羟基喹啉作为消毒剂副产物的生成风险

1. 生成途径与影响因素

8-羟基喹啉的生成并非单一反应路径，而是与消毒方式、水体基质及工艺参数密切相关，核心生成途径及影响因素如下：

氯系消毒主导生成：在饮用水氯消毒（液氯、次氯酸钠）或污水氯化消毒过程中，水体中的喹啉、异喹啉等杂环前体物，会与次氯酸（HOCl）发生亲电取代反应，在喹啉环的8位引入羟基，生成8-羟基喹啉；同时，水体中的色氨酸、酪氨酸等含氮氨基酸，经氯氧化分解后也会转化为喹啉类中间体，进一步生成8-羟基喹啉。反应受pH影响显著：中性至弱碱性条件（pH6.5-8.0） 下，HOCl占比高，亲电取代反应速率快，8-羟基喹啉生成量可达μg/L级别；酸性条件下反应被抑制，生成量降低30%~50%。

臭氧消毒的辅助生成：臭氧消毒虽以氧化分解污染物为主，但对含氮杂环前体物的氧化具有选择性 —— 部分喹啉类物质经臭氧氧化后，会在环上引入羟基官能团，直接生成8-羟基喹啉；同时，臭氧氧化产生的羟基自由基（・OH），会加速腐殖质中芳香环的裂解，间接提供其生成的前体物。不过臭氧消毒生成的8-羟基喹啉浓度通常低于氯消毒，多在 ng/L 至低 μg/L 范围。

水体基质的促进作用：水体中高浓度的腐殖质、富里酸会作为“反应载体”，吸附前体物与消毒剂分子，提升局部反应浓度，促进8-羟基喹啉生成；而高浓度的溴离子（Br⁻）会与氯竞争反应位点，生成溴代8-羟基喹啉衍生物，毒性更强且更难降解。

2. 环境与健康风险

生态风险：8-羟基喹啉具有强螯合性，可与水体中的Cu²⁺、Zn²⁺等重金属离子形成稳定络合物，影响水生生物对微量元素的吸收；同时，其对藻类、浮游动物具有急性毒性，实验显示，当水体中它的浓度＞50μg/L时，绿藻的光合作用效率下降40%，斑马鱼幼鱼的存活率降低 25%。此外，8-羟基喹啉在水体中半衰期长（自然条件下可达20~30天），易在底泥中富集，通过食物链放大生态危害。

健康风险：8-羟基喹啉对人体的潜在危害主要体现在细胞毒性与遗传毒性—— 体外细胞实验证实，它可诱导肝细胞、肾细胞的氧化应激反应，造成DNA损伤；动物实验显示，长期暴露于含8-羟基喹啉的饮用水中，会增加肝脏、肾脏的病理损伤风险。目前，国内外尚未针对饮用水中其制定明确限值标准，但基于风险评估，建议饮用水中8-羟基喹啉的浓度控制在1μg/L以下。

二、8-羟基喹啉生成的控制策略

控制8-羟基喹啉生成需遵循“源头削减前体物+过程优化消毒工艺+末端深度去除”的三级防控思路，具体措施如下：

1. 源头削减：降低前体物浓度

前体物的存在是8-羟基喹啉生成的前提，通过预处理工艺减少水体中喹啉类物质、含氮有机物，可从根本上降低生成风险。

强化混凝沉淀：选用聚合氯化铝（PAC）、聚合硫酸铁（PFS）等高效混凝剂，优化混凝pH（5.5-6.5），利用絮体的吸附架桥作用，去除水体中60%~70%的腐殖质、富里酸，同时吸附喹啉类前体物；对于工业废水汇入的水体，可在混凝阶段投加粉末活性炭（PAC），其比表面积大，对喹啉的吸附率可达85%以上，进一步削减前体物负荷。

高级氧化预处理：针对前体物浓度高的水体，采用UV/H₂O₂、臭氧/过氧化氢等高级氧化工艺，利用羟基自由基的强氧化性，将喹啉类杂环化合物分解为小分子有机酸（如乙酸、草酸），破坏其环结构，使其无法在后续消毒中生成8-羟基喹啉。实验数据显示，UV/H₂O₂预处理可使后续氯消毒过程中它的生成量降低 75%~80%。

截流污染源头：严格管控含喹啉类化工废水、制药废水的排放，要求企业对废水进行深度处理，确保出水喹啉类物质浓度＜0.1mg/L；同时，加强污水处理厂的进水水质监测，避免高浓度前体物进入处理系统。

2. 过程优化：调整消毒工艺参数

通过优化消毒方式与运行参数，减少消毒过程中8-羟基喹啉的生成。

优化氯系消毒工艺

采用低氯剂量+分段投加：降低初始投氯量，将总投氯量分为2~3次投加，避免局部消毒剂浓度过高；同时控制消毒接触时间（≤30min），减少消毒剂与前体物的反应时长，可使8-羟基喹啉生成量降低25%~35%。

调节消毒pH至弱酸性：将消毒阶段水体pH控制在5.5-6.0，降低HOCl占比，抑制亲电取代反应；但需注意，弱酸性条件下消毒副产物三卤甲烷的生成量可能上升，需协同权衡。

替代消毒剂联用：采用二氧化氯（ClO₂）替代部分液氯，ClO₂以氧化作用为主，不易与含氮前体物发生取代反应，联用后8-羟基喹啉生成量可降低 40%~50%，且不会增加三卤甲烷等传统副产物的浓度。

推广低副产物消毒技术

优先选用紫外线消毒：UV消毒通过破坏微生物DNA实现杀菌，不与水体中有机物发生化学反应，从根本上避免8-羟基喹啉生成，适合前体物浓度高的饮用水或污水回用处理；但需注意，UV消毒无持续杀菌能力，需搭配少量氯胺维持管网内余氯。

采用氯胺消毒：氯胺（NH₂Cl）的反应活性低于液氯，与含氮前体物的反应速率慢，生成的8-羟基喹啉量仅为液氯消毒的10%~20%；但氯胺消毒杀菌效率较低，需适当延长接触时间。

3. 末端深度去除：净化消毒后水体

针对消毒后已生成的8-羟基喹啉，通过深度处理工艺实现高效去除。

活性炭吸附：采用颗粒活性炭（GAC）或活性炭纤维（ACF）进行深度过滤，活性炭的多孔结构可通过范德华力吸附8-羟基喹啉分子，吸附率可达 90% 以上；对于溴代8-羟基喹啉衍生物，ACF的吸附效果优于GAC，去除率提升15%~20%。需定期对活性炭进行再生或更换，避免吸附饱和后释放污染物。

膜分离技术：采用纳滤（NF）或反渗透（RO）膜处理，NF膜可截留分子量＞200Da的有机物，对8-羟基喹啉的去除率＞95%；RO膜去除率接近100%，但运行成本较高，适合高品质饮用水处理。

生物降解处理：在深度处理单元构建固定化微生物反应器，接种可降解喹啉类物质的菌株（如假单胞菌、芽孢杆菌），利用微生物的代谢作用，将8-羟基喹啉分解为二氧化碳和水。该方法运行成本低，且无二次污染，适合污水处理厂的尾水深度处理。

三、控制策略的应用注意事项

协同控制传统副产物：在优化工艺控制8-羟基喹啉时，需避免传统消毒副产物（如三卤甲烷、卤乙酸）浓度上升，例如弱酸性消毒虽抑制其生成，但可能增加三卤甲烷，需通过分段投氯、联用二氧化氯等方式平衡。

因地制宜选择工艺：对于饮用水处理，优先采用“高级氧化预处理+UV消毒+活性炭吸附”组合工艺；对于污水处理厂尾水，可采用“混凝沉淀+氯胺消毒+生物降解”工艺，兼顾成本与效果。

加强监测与标准制定：建立水体中8-羟基喹啉及前体物的常态化监测体系，采用液相色谱-质谱联用（LC-MS）技术实现痕量检测；推动制定饮用水、污水回用中它的限值标准，为风险管控提供依据。

本文来源于黄骅市信诺立兴精细化工股份有限公司官网 http://www.xnlxgroup.com/