淡化海水与人体健康研究进展

【综述】

淡化海水与人体健康研究进展

李阳

张荣

特别是海岛、沿海和苦咸水地区的淡水供需矛盾突出，利用淡化海水的方式摘要：面对全球水资源短缺，缓解缺水的问题具有深远战略意义，由此引发的饮用淡化海水与人群健康间的关系也越来越受到重视。针对淡化海水水质特点，从可能的健康风险及其水质稳定性、淡化海水掺混、健康相关研究方法等方面进行了综合分析。同时为了更好利用淡化海水，提出了淡化海水健康风险研究应关注和需要研究的问题。

关键词：海水淡化；健康风险；水稳定性

中图分类号：Ｒ123.5

DOI：10.13421/j．cnki．hjwsxzz．2019.04.018

AGeneralＲeviewofSeaWaterDesalinationandHumanHealth

LIYang，ZHANGＲong

Abstract：Withtheproblemofglobalwatershortage，thecontradictionbetweensupplyanddemandoffreshwaterhavebeenmoreserious，especiallyintheisland，coastal，andbrackishwaterareas．Desalinationhasthepro-foundstrategicsignificancetoalleviatewatershortageissuesintheseareas．Besides，therelationshipbetweendrinkingdesalinatedwaterandhumanhealthhasalsogainedincreasingattention．Aimingatthewaterqualitychar-acteristicsofdesalinatedseawater，thisarticlecarriedoutacomprehensiveanalysisfromtheperspectivesofhealthriskandwaterqualitystability，desalinatedwaterblending，andhealthrelatedmethod．Inordertobetterutilizede-salinatedseawater，issuesthatshouldbeconcernedandinvestigatedinfurtherstudiesofseawaterdesalinationhealthriskwereproposed．

Keywords：seawaterdesalination，humanhealthrisk，waterstability据世界资源研究所2014年数据显示

［1］

，2030—

2050年间全球需水量日益增多，发展中国家水需求

带来健康安全问题。因此需要对长期饮用淡化海水

的安全性进行评价，本文就淡化海水的水质特点，对供水管网及人体健康的影响和研究方法进行了回顾和分析，并提出了开展淡化海水健康风险研究应考虑的问题和可能的研究方向。11.1

海水水质与淡化海水水质海水水质特点

海水中的化学元素绝大多数以盐类离子的形式存在，其中以氯化钠为主

［7］

将大幅度增加。相比水的供应量却逐年减少，全球可利用的淡水资源仅占2.5%，其中可供直接使用

的不足0.3%。随着淡水资源的日益匮乏，利用脱除海水中的盐分从而生产淡水的技术越来越受到各国的重视，合理开发海水资源已经成为解决全球水资源短缺的重要途径。从现有水质检测资料以及国内外相关报道来看

［2－5］

，反渗透淡化海水尽管在一

（GB定程度上满足现有《生活饮用水卫生标准》5749－2006）［6］，但其作为饮用水长期使用，可能会

作者简介：李阳，硕士，从事环境医学研究

作者单位：中国疾病预防控制中心农村改水技术指导中心

。受工业污染，生活污

染以及综合排污口等直排海污染源影响，我国近岸

联系方式：北京市昌平区政府街13号；邮编：102200；Email：liyang1941@126．com通信作者：张荣，研究员，从事环境医学方向研究；Email：zhangrong@chinacdc．cn

·391·

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海域水质级别为一般，按照《海水水质标准》

（GB3097－1997）［8］评价，仅32.4%达第一类海水标准，主要污染指标为无机氮、活性磷酸盐

［9］

。以生活饮

用水为淡化海水主要用途的浙江等地区，近岸第一

类海水比例为12.4%，其中杭州湾污染较重。春夏季，海水温度逐渐升高，

（4—8）月平均水温可达（17.1℃～28.5℃），

为某些藻类繁殖提供了有利环境，

我国海域赤潮高发集中在（4—8）月，以东海次数最多。藻类生长过程中所产生的藻毒素可能经贝类、鱼类等富集，对人类健康具有潜在危害

［10］

。据资料显示，我国重度富营养化海域主要集

中在杭州湾、珠江口等近岸海域［9］

。

1.2

海水淡化处理

不同于传统工艺的制水特点，海水淡化多采用反渗透法淡化海水，我国海水淡化工程中68.4%采用的是反渗透技术

［11］

，涉及几乎所有市政供水的海

水淡化工程。反渗透海水淡化一般包括取水、预处

理、保安过滤、反渗透和后处理等工艺流程。通常情况下，视取水工艺和海水水质的不同而采用不同的预处理方式，此过程主要用于去除海水原水中悬浮物、胶体及藻类等大分子物质，再经反渗透膜淡化过程实现对海水中盐分、大部分离子及有机物的有效去除。

1.3淡化海水水质特点

反渗透淡化工艺具有极高的脱盐率，同时，反渗透膜对糖类、氨基酸、细菌等也具有截留作用。参考生活饮用水卫生标准》（GB5749－2006）［6］对淡化海水进行水质评价，除硼超标外，其余指标均符合标

准，其中感官性状指标优于当地水库水［5，12－14］

。同时，苯、苯乙烯及丙烷等与反渗透膜材料老化、

合成不完全等相关指标也在检出限以下［13］

。但鉴于目前海水淡化工艺的局限和技术瓶颈，反渗透过程对物质并无选择性，淡化后水中某些离子的去除或保留程度尚未达到理想水平。

反渗透后的出厂水硬度普遍偏低，在（1～99）mg/L（以CaCO3计）范围［3，12，15］，在脱盐过程中，对人体有益矿物质元素，尤其是二价离子的脱除率极高，如，钙、镁和氯化物等的脱除率通常能达到95%

以上［16］

。淡化海水中钙、

镁离子含量多在（0.5～20.3）mg/L、（0.2～1.05）mg/L范围

［17］

，氟化物含

量低于0.01mg/L［18］

，

与世界卫生组织（WHO）《饮用水水质准则》［19］

要求相比，

均处于较低水平。部分淡化海水偏酸性，具有轻微腐蚀性，倾向于·392·

溶解所接触的金属以达到自身的稳定，表现在管网

水水质明显次于出厂水，浑浊度与重金属含量显著上升，尤其是铁离子，出厂水中铁离子含量一般来说低于限值（0.3mg/L），但在管网中含量可高达0.38mg/L。

海水中硼含量较高，在pH＜9.3的条件下，硼主

要以B（OH）－

4离子的形式存在，

反渗透法对其脱除率较低，通常在75%，海水中硼含量在4.6mg/L左

右［19］

，

经淡化处理后出厂水的硼浓度一般在（0.74～1.5）mg/L范围［4－5，14］，我国现行《生活饮用水卫生标准》

（GB5749－2006）［6］限值为0.5mg/L，超出（0.5～2.0）倍，但低于WHO推荐2.4mg/L的标准

［19］

。淡化海水中硼的健康作用，更多考虑的是对

植物生长及农作物灌溉产生的影响［21］

，较高浓度的

硼具有除草作用，部分植物在0.5mg/L时敏感。有

研究表明，硼作为一种微量元素，低剂量摄入有利于镁的吸收

［22－23］

。

由于我国目前缺乏淡化海水水质标准，仍沿用

以地表水或地下水为水源的《生活饮用水卫生标

准》

（GB5749－2006）［6］进行水质评价，对制水过程中加入的物质以及原水中可能的污染物经工艺处理

后的残留情况等尚不了解，

WHO在《海水淡化海水饮用安全》［7］

中提出，

由于淡化海水的特殊性，需要关注可能的微生物及化学性污染情况。针对淡化海水矿化度较低等现象，欧盟［24］、以色列［25］

等地区也补充了钙、镁等必需营养物质的最低含量，我国现暂

未制定相关标准。

在淡化处理过程中，根据工艺，需添加部分化学制剂对原水或产品水进行处理。反渗透过程多加入NaHSO3、

FeCl3等阻垢剂和还原剂使海水达到相应的原水指标

［26］

，考虑到反渗透膜的维护与清洗，常

利用甲醛、

亚硫酸氢钠、乙二氨四乙酸（EDTA）等螯合剂去除膜表面的沉积物，虽然经反复冲洗，其可能

残留含量仅为10－6～10－9

级，

但是这些清洗、消毒剂化学性质稳定，不易分解，可通过接触或饮用途径进

入人体，长期饮用可能产生健康风险［27］

。

2淡化海水水质稳定性对管网的影响及调节2.1

稳定性对管网的影响

由于淡化海水水质偏软，缓冲能力有限，

pH值在供水管网近端与远端的变化幅度较大，弱酸性对管道内壁垢层具有溶解倾向，析出物易污染水质。

目前饮用水供水管网以铸铁和镀锌钢管类为主［28］

，

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若在供应淡化海水时沿用现有管网，可能存在如下影响：①管道的腐蚀：金属管道内壁发生电化学反

应，铁、锌等重金属析出物溶入水中造成污染，尤其

对无内衬防腐的金属管道锈蚀现象更为严重；②内垢的脱落：淡化海水对老旧管道内壁结垢物的溶解，聚集物会随着水流脱落至水中，造成了二次污染；③微生物的污染：配水管网中pH值波动较大，同时管道内容物的析出或溶入对水质pH值也会造成影响，特别是在消毒剂残留量较低的情况下，

pH值的变化有利于一些微生物的生长繁殖。2.2

淡化海水掺混

在调节淡化海水pH、矿物质含量的均衡性与提高水质稳定性方面，主要有淡化海水与其他原水掺混、石灰法、石灰石溶解法以及投加化学制剂等四种方法

［29］

。其中越来越多地采用与其他水源混合的

方式来对淡化海水进行后处理［30］

，用于混合的源水

质量对混合水水质尤为重要。①与自来水掺混：将

自来水直接与淡化海水按照（1～5∶1）比例掺混，对

掺混后的成品水pH值改变并不明显，水质稳定性依然处于低水平状态，具有较强溶解性

［31］

。②与海

水掺混：以海水原水作为掺混水源时，在考虑口感等

情况下，混合比例通常不超过1%，此时钙含量增加（4～5）mg/L，镁增加（12～17）mg/L；将淡化海水与部分处理后的海水进行掺混时，后者水量可以从小于1%到10%变化

［30］

，同时钠、钾、氯化物和其他盐类含量也相应增加。③与地表水或地下水掺混：将未处理过的地下水或地表水与淡化海水混合时，采用（3～5∶1）的比例能较好满足水质稳定性，实验室模拟配水实验结果显示淡水与淡化海水掺混比为（3～3.5∶1）时［31－32］，水浊度及配水管材铁释放率较小，水质较好。在实际情况中，由于地表水水质受季节温度的变化影响，采用淡水与淡化海水单纯混合的方式无法保证全年水质均处于稳定状态，可以考虑对淡化海水进行前期矿化后再与淡水按一定比例混合，以改善其稳定性，同时，掺混后的成品水应关注微生物污染风险，进一步保障进入管网后的水质安全。3健康方法研究现状3.1

动物实验

在研究低矿化度水对健康影响的方法中，最常利用动物实验来探究其中关联。通过对SD或Wistar大鼠持续喂养纯净水或低矿化度水（3～6）个

月后，观察外观行为、血象、生化及病理等指标来推测对健康可能的影响［33

－35］

。对比反渗透水、低矿化

度水以及自来水对实验动物健康的影响发现，饮用

反渗透水可能降低乳酸脱氧酶活性，增高血脂、丙二醛（MDA）含量，同时增加心血管系统损伤的风险

［36－37］

。另有研究表明，长期饮用矿化度低的水较

自来水更易造成心肾功能的损伤［34］

。但由于物种

差异，实验结果外推至人仍需谨慎。

3.2

生态比较研究

以不同种类饮用水人群为研究对象，主要收集人群消化系统疾病和冠心病等心血管系统疾病发病、患病率资料，根据各组（群）疾病分布的差异，并结合行为、饮食习惯提出淡化海水对健康影响的假设，研究结果提示饮用水中缺乏矿物质会对人群健康产生直接或间接影响，如水镁与心血管疾病发生相关，水钙与骨质疏松发生相关［38－40］

。但由于缺乏人群通过淡化海水途径，摄入某元素具体含量的数

据，现有文献在分析两者关联的过程中，鲜从水质的

角度探讨某元素含量对差异的贡献程度，故而从理论层面讲，无法准确评价二者的关联。3.3

生态趋势研究

受人群长期饮水习惯及水源条件限制，较少研究采用生态趋势研究方法来估计长期饮用淡化海水可能带来的健康风险。Huang等

［41］

研究者对

25所学校的学生饮用低矿化度水前后5年的生长情况进行观测后提出饮用淡化海水可能会延缓生

长，增加龋齿患病率。由于低矿化度水偏酸性，对管道可能有腐蚀作用，在未对末梢水做水质检测的情况下，难以判断饮用水的真实情况，可能会使研究结果出现偏倚。3.4

模型评估

较动物实验及开展现场流行病学研究来说，利用模型评估健康风险更省时间、人力和物力。目前有两种评估模式被广泛采用：①1983年美国国家科学院（NAS）提出“四步法”健康风险评估程序：危害

识别、剂量—反应评估、暴露评估及风险表征［42］

，该方法是进行健康风险评估比较常见的传统方法。②

1989年USEPA提出的风险评估法在原“四步法”

的基础上，增加了对暴露参数、人体参数等的收集，强调环境中某一种元素对人体的健康风险，相比而言，模型操作性可能更强

［43］

。尽管采用模型评估健

康风险时，可以定量评估不同特征人群，在淡化海水不同接触途径、时间长短等条件下可能的健康风险，

·393·

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但模型仅输出存在致癌或非致癌的可能性大小，难

以将风险具体化。同时我国在进行饮用水健康风险

评估时，对于模型中某些关键系数（如胃肠吸收系

数ABS、皮肤渗透系数Kp）依然沿用美国风险评估信息系统（ＲAIS）提供的数值［44－45］

，其是否符合我

国人群特征有待进一步研究。4

小结与展望

随着社会经济发展，对水资源的需求将越来越

大，淡化海水作为水资源的重要补充，其矿化度低，稳定性较差等水质特点对供水管网的影响，掺混后的水质情况以及长期饮用后，对敏感人群如孕产妇、青少年、老年人等的健康风险还需要进一步研究，同时应加强对人群淡化海水饮用量的调查研究，以减少评估结果的不确定性。

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