饮用水三种消毒剂亚慢性毒性反应的比较

Comparative Subchronic Toxicity Studies of Three Disinfectants

何　玲　译　　王宝林　校

　　给水消毒的主要目的是去除能带来水传播疾病的病原体，氯化是达到这一目的成功的方法，并且一直是美国70多年来饮用水消毒的主要方法。氯气并不昂贵且便于生产、贮存、运输以及使用。氯水（即HOCI和OCI-的混合物，取决于pH值）的毒性始终未作深入研究，但由于经常使用而把它归为安全消毒剂范围内。然而近几年来人们已经开始注意到在水氯化过程中，当氯与地表水中所含有机物（包括天然产物）发生反应时所生成的三卤甲烷(THMs)和其他副产物。
　　1980年，美国环保局评价了可能减少THMs含量的几种能替换的消毒方法。安全饮用水委员会考虑到毒理学以及工艺标准。认为三种化学药剂，即二氧化氯、氯胺、和臭氧，可能适合代替氯，而作为饮用水主要的或辅助的消毒剂。本文对这些替换消毒剂其中的两种（一氯胺和二氧化氯）与氯作了毒性比较。
　　二氧化氯(CIO2)主要用途是工业漂白剂，用于造纸、纺织业等。同时还广泛地用于饮用水处理厂中嗅、味和藻类的控制；除铁、除锰；以及水消毒（欧洲以之为主）。因为CIO2不稳定，对温度压力及光线敏感，在空气中氯含量达40%或以上时易爆炸。因此CIO2一般都是现场生产和使用，以避免大容量贮存和分配的不安全因素。对二氧化氯及其伴生的产物，氯酸盐(CIO-3)亚氯酸盐(CIO-2)在近年来一直作着研究并发现有一定的毒性。在自然条件下，二种化合物都可导致过氧化氢(H2O2)的产生。这种物质可通过氧化血红蛋白成为无作用的颜色正铁血红蛋白，而使引起溶血性贫血。
　　氯胺法也是通过游离氯消毒的。它作为饮用水消毒的替换方法已在许多给水企业中使用。该方法是通过氯和氨的结合，主要生成一氯胺(NH2 CL)。它与水中剩余有机物几乎不发生反应，因而产生的THMs以及其他卤化副产物较低。尽管有报导说NH2 CL比起游离氯来说是低效消毒剂。但是它在配水管网中形成更加稳定的剩余物。可减少经加氯处理后水中经常存在的氯代芳烃引起的不良嗅与味。尽管在饮用水消毒方法中一氯胺的使用一直认为与做透析治疗病人的变性血红素的产生有关，但从实验室的动物试验研究中始终未能证实这一结果。另一种影响健康的考虑是NH2 CL可能对生殖能力有毒性作用(geno-toxic)，引起细菌突变并在鼠的肝部出现异常分裂象。
　　本文所讲的毒性研究目的是对三种消毒剂的亚慢性毒性作用提供一直接的比较数据。这项研究将有助于对氯的相对危害和益处，饮用水消毒剂的更换作出合理的决定。本文未考虑臭氧，因至用户使用时已不再有剩余臭氧存在了。
　　（试验方法与研究结果略）

　　讨论
　　本文对氯、一氯胺以及二氧化氯这三种消毒剂的毒性作了详细地比较研究。这些化学药剂在连续90天内通过饮水方式进入雌雄鼠机体内。试验过程中详细作了血液、化学药剂性质、以及病理组织学的检验。可以看出几种消毒剂的毒性作用存在明显差异。例如：氯的剂量即使高达250mg/l，对鼠也不会有影响。相反，在一氯胺200mg/l的最高浓度下，所有鼠的器官重量都会引起显著变化。二氧化氯的毒性最大。浓度稍高既可引起机体和器官重量下降，即使在25mg/l的最低浓度时，也会明显地影响到病理组织检验值。
　　氯气
　　在水媒介中，氯与水反应，除了还原的氯离子外，生成次氯酸(HOCL)。次氯酸是一种弱酸，并能随PH值的增高而分解成次氯酸盐离子(OCI-)。在这90天的研究中，对氯水的摄入并未产生逻辑上的毒性反应，试验与对比两组鼠的机体和器官重量都相同，血液与临床化学性质鉴定表明与投氯是大小无关。病理组织检验也未能发现器官出现异常。
　　在本项研究所得出的“不存在毒性作用”这一结果，尽管不太详细。但还是证实了先前的有关“在水媒介中氯的施用方法（如次氯酸或次氯酸钠）对实验动物的研究结论。例如：Hasegawa等人报导的对344只费希尔鼠(Fischer rats)（雌雄皆有）施用500～2000mg/l的次氯酸钠（有效氯为240～960mg/l）104周，并用500～4000mg/l剂量作了90天实验。仅能从体重增加率的多少这一点看出毒剂。未见明显的血液与病理组织的不良反应（相对于饮用蒸馏水的对比组来讲）。而据本文报导的结果来看，值得注意的倒是动物对饮用这样浓度含量的水是有感觉的。
　　对雌雄鼠连续106周施用500～1000mg/l剂量的次氯酸钠，其结果未发现有与投药有关的癌或其他毒性反应。后来对小白鼠的研究试验表明，在50天的用药期间饮用每升100或200毫克游离有效氯(PH5.9～6.2之间)的水也未引起毒性反应。
　　但是另一方面，某些调查人员已发现在经过14天用HOCI250mg/kg/d的剂量饲养的鼠的肝脏内血液中谷胱甘肽和下丘脑去肾上腺素含量有瞬时降低。以及形态与生物化学的变化。另外有证据说明饮用水中2～15mg/L的氯含量（例如HOCL或OCL）可能引起家兔和鸽子血清胆固醇增高以及心肌肥大和动脉硬化。但后面这项研究还需进一步证实。
　　总之，根据本项研究，对于90天250mg/L浓度（即雌雄鼠分别使用24.9和16.7mg/kg/d的剂量被认为是“未测出有害影响量”(NOAEF)。该值与Blabaum和Nichols做的200mg/L氯为“未发现影响量”(NOEF)相一致（大约25mg/kg/d，假定体重为0.02公斤，饮用水量为0.0025L/d）。

　　一氯胺
　　历时90天的一氯胺的毒性研究中已观察到最显著的毒性反应是体重增长率和器官重量的下降。在剂量为50mg/l或更高时雄性鼠体重减慢；而雌性鼠仅在最大剂量时体重增长才会显著减慢。对200mg/l剂量的试验组，无论雄鼠还是雌鼠，平均体重增长数均约为对比组的51%。
　　在使用最大剂量时，对雌雄鼠都可观察到器官重量下降。（绝对，相对或两者皆有）以及肝脏和脾脏的重量减轻。虽然雄鼠重量的减轻看起来与投氯量有关。但是病理组织检验并未发现任何器官有问题和任何与加药有关的变化。另一方面，在早期的一项研究中，让鼠饮用高浓度NH2CL的水(200～400mg/l)，结果也出现相同的毒性反应（即体重减轻，肝脏的变化）。
　　另外，雌雄鼠都明显地出现血红细胞计数的减少(100和200mg/l)和由药剂投量引起的血清钙含量的降低。而这些临床反应却被认为是无生物学意义，与投药量无关，或说是在鼠的该龄期内或疲劳状态下的正常值域之内。

　　二氧化氯
　　在90天的研究中，高剂量(200mg/l，100mg/l，和50mg/l)的CLO2，使雌、雄鼠的饮水量和饮食量均减少。饮水量的减少大概是由于药剂使水的气味改变。而食量的减少可能为这种饮用水消毒剂引起的影响全身的毒性反应的征兆。在CLO2　200mg/l剂量时，雌雄鼠都会出现体重以及体重增长率的明显下降（分别在10%和26%以上）。雌雄鼠的肝脏的绝对重量和相对重量以及雌鼠的脾脏重量都有所下降。虽然血液与临床化验未显示出与剂量有关的影响，但从雄鼠某些酶(AST、LDH)的变化来看还是认为对肝脏有毒性作用。（部分略）

　　结论
　　该研究证实上述三种饮用水消毒剂对实验鼠的亚慢性毒性反应为二氧化氯>>氯胺>氯。有二点必须记住：(1)对某种供水水体消毒所需药剂的实际浓度取决于其杀菌效力，但对灭菌能力强的药剂，象二氧化氯，以较低浓度使用还是允许的。(2)在消毒期间本文所提到的几种强氯化剂与水中外源的天然生成物（如腐植到）发生反应时，必然生成副产物，对于这些副产物的毒性必须给予适当的考虑。而与这三种药剂直接有关的毒性并不是影响饮用水消毒剂选择的唯一因素。

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译自AWWA，1990年第10期

天津市自来水公司科学技术情报站
一九九一年十二月