20081205

三鹵甲烷環境暴露之探討

◆ 環境檢驗所 副所長 王正雄
一、前言
台灣地區自來水普及率至民國九十年已達90.4 %，為國民最重要的飲用水。
各縣市自來水淨水廠均採用加氯消毒法，以防水媒傳染病之發生。惟原水中若含有有機物污染，加氯消毒後，可能衍生鹵乙酸類（haloacetic acids,HAAs）、鹵乙類（haloacetonnitriles, HANs）、鹵化酮類（haloketones,HKs）、氯化苦味素（chloropicrin,CP）、三鹵甲烷（trihalomethanes,THMs）等消毒副產物（disinfection by products,DBP）。據Shin等（1999）之報告，THMs佔DBP 60%以上，為最重要的自來水消毒副產物，亦為自來水最常見之污染物。
據Keegan等（1998）報告，THMs具有肝毒、腎毒，更為致癌物。除了口服飲食外，亦可能因淋浴、游泳經由空氣、皮膚暴露吸收，進入人體。為了消滅可能存在飲用水中之病原微生物，自來水採用最經濟、有效的加氯方法消毒，但卻衍生三鹵甲烷等致癌性副產物，遂使人類陷於兩難。
二、三鹵甲烷之種類及形成
三鹵甲烷為自來水消毒最重要之副產物，其前驅物質主要為腐植酸（humic acid）。亦即原水中如含有腐植酸等有機污染物，當加氯消毒時，即會衍生三鹵甲烷副產物。三鹵甲烷包括三氯甲烷（氯仿，chloroform, CHCl3）、二氯一溴甲烷（bromodichloromethane, CHCl2Br）、一氯二溴甲烷（dibromochloromethane, CHCl2Br）、三溴甲烷（溴仿，bromoform, CHBr3）等四種混合物，通稱為總三鹵甲烷（total trihalomethanes,TTHMs）。本所2002年調查檢測各縣市自來水之TTHMs，陽性率86.1%，總平均濃度為15.9 ug/L(0.41-131 ug/L)。只有一個樣品超過我國飲用水的水質標準100 ug/L。有77.2% 之樣品低於美國環保署飲用水第三階段水質標準40 ug/L。再進一步統計分析臺灣自來水中THMs各組成分之濃度，結果三氯甲烷檢出率75 %最高，陽性樣品平均濃度10.5 μg/L（0.41-43.9 μg/L），其次依序為二氯一溴甲烷檢出率73 %，平均濃度4.60 μg/L（0.40- 40.4 μg/L）；一氯二溴甲烷檢出率64.5 %，平均濃度2.84 μg/L（0.42- 46.1 μg/L）；、三溴甲烷檢出率18 %，平均濃度3.85μg/L（0.46- 54.5 μg/L）。自來水之水源取水口接近海邊時，THMs濃度較高、溴化三鹵甲烷之比例亦較氯化三鹵甲烷為高。此外，THMs之濃度及組成比例亦受季節之影響，春季THMs濃度較低，以氯化物為主；秋季THMs濃度則甚高，以溴化三鹵甲烷為主。據Rodriguez 和Serodes（2001）的實驗報告稱，水溫對THMs形成之影響要高於氯離子之劑量；在相同的餘氯之下，THMs之濃度及組成比例隨季節而變化。Golfinopoulos（2000）長期的調查公共給水之THMs，亦報告稱夏秋之THMs要高於冬春。Nieuwenhuijsen等（2000）亦稱THMs為原水加氯消毒最主要之副產物，其形成且受加氯量、自由餘氯接觸時間、水質（尤其是有機物之含量）、溴化物、溫度以及pH值等諸多因素之影響。
三、三鹵甲烷對健康之影響
Rook於1974年首先證實自來水加氯消毒會產生多種的致癌性消毒副產物。其後，Cantor(1977)報告稱，飲用水中氯仿濃度與直腸癌、膀胱癌、大腸癌有直線相關。Hogan(1978)亦發現飲用水中THMs濃度越高，飲用者罹患膀胱癌之機率越大。據Shin等（1999）在韓國之調查，THMs佔60 %、HAAs佔20 %、 HANs佔12 %、HKs佔5 %、CP佔3 %，以THMs為最大宗。
THMs對供試老鼠具致癌性，其中CHCl3、CHCl２Br尚具肝毒及腎毒。Keegan等（1998）報告對肝、腎之口服無明顯影響濃度（no-observed-adverse-effect level, NOAEL）及明顯影響最低濃度（lowest-observed-adverse-effect level, LOAEL）分別為0.25及0.5 mMol/kg。美國環保署於1994年將飲用水中總三鹵甲烷之最大容許量，分三階段，分別訂定為100 ug/l、80 ug/l、40 ug/l。
日本、比利時及我國飲用水之總三鹵甲烷水質標準皆訂為100 ug/l。
King等（2000）分析五萬個嬰兒死胎案例，報告稱THMs與孕婦之流產有關；且可能造成先天性畸嬰、嬰兒體重不足等現象；所幸，Mandhare等（1991）在母奶中檢測不出THMs，證實THMs不會經由母奶轉移給嬰兒。
Chang等（2001）曾報告在氯化消毒自來水過程中，溴的濃度為THMs及組成之重要影響因素。Keegan等（2001）則稱，溴化三鹵甲烷比氯化三鹵甲烷對肝臟之毒害更嚴重。另據Beliveau（1998）等之報告，血液與空氣中THMs 各成份的濃度比，CHCl3 為21.3、CHCl２Br為41.8 、CHCl２Br為97.5、 CHBr3為187，亦即溴化三鹵甲烷比氯化三鹵甲烷更容易積存於血液內。Pegram等（2001）亦稱溴化三鹵甲烷比氯化三鹵甲烷具更強之致突變性；Nobukawa (2001) 則以S. typhimurium 進行Ames test，發現三鹵甲烷之Br_ /Cl_越高，突變性越強。Landi等（1997）更具體證實暴露於溴化三鹵甲烷中，對結腸癌、膀胱癌更具有基因毒之風險。
四、三鹵甲烷之環境暴露
THMs 之暴露途徑，過去多認為係由飲用食入，但據Nieuwenhuijsen等（2000）之報告，自來水飲用、沐浴、淋浴、游泳、燒開水以及洗滌餐具，均有可能造成THMs之暴露。據Lin和Hoang（2000）之實驗報告，在淋浴、烹調前後及烹調過程中，THMs每天之暴露量分別為26.4、1.56、3.29 mg/day。Kerger等（2000）則報告，THMs 具揮發性，淋浴比沐浴THMs之暴露量高。而Backer等（2000）從血液樣品中檢測THMs 之濃度，亦發現淋浴、沐浴為居家THMs 暴露最重要之來源，飲水暴露反而相形偏低。
另據Fantuzzi等（2001）測定以氯氣消毒之游泳池水，THMs 濃度為17.8-70.8 mg/L，而空氣中亦達25.6 mg/m3。Aggazzotti等（1998）檢測室內游泳池空氣中之THMs 為200 μg/m3時，泳客游泳一小時，由肺泡共吸入221 μg/h的THMs（CHCl3:177 μg/h、CHCl２Br:26 μg/h、CHClBr２:18 μg/h）。而Lindstrom等（1997）則證實在室內游泳池游泳，THMs 可由皮膚途徑快速被吸收，其重要性較空氣吸入猶有過之，彼等甚至於推斷泳客血液中80 %之THMs係經由皮膚吸入。Batterman等(2002)更具體的統計出水中與血液中THMs之濃度比值（partition coefficient），blood/water=2.92-4.14；而乳質與血液比值milk/blood= 1.54-2.85；血液與尿液比值blood/urine=3.41-4.93。氯仿比值最低，溴仿比值最高；亦即溴化三鹵甲烷比氯化三鹵甲烷更容易進入血液中。三鹵甲烷從呼吸道、皮膚進入人體，為過去常被忽略的重要暴露途徑。
五、三鹵甲烷之防範與處理
自來水為了消滅可能存在水中之病原菌，而採用最經濟有效的加氯消毒，卻衍生出消毒副產物，危害人體健康。由於三鹵甲烷之前驅物質，為原水中既存之腐植酸及一些有機污染物，所以防範自來水產生三鹵甲烷之最根本方法，即要慎選水源，或保護水源免受有機物污染。『飲用水管理條例』、『自來水法』均有劃定水源水量保護區之規定，其因在此。但近些年來，由於水資源之匱乏，難以覓得理想水源；尤其是當颱風豪雨之後。於是許多學者建議改採更安全的消毒方法；諸如臭氧、二氧化氯（ClO2）等。
Lin等（1999）嘗試以超薄膜（ultrafiktration, UF）過濾去除原水中之THMs前驅物質，但成效不佳。Chang等（1995、2001）曾研究以二氧化氯取代氯氣消毒或以前臭氧（preozonated）及粒狀活性炭處理自來水原水。Gallard 與Gu(2002) 證實以臭氧進行前氧化處理（preoxidation）可降低三鹵甲烷之形成，但無法減少所需之加氯量；但以二氧化氯行前氧化處理，不但可降低三鹵甲烷之形成，且可減少所需之加氯量。
三鹵甲烷一旦形成，即難以破壞分解。Kitis等（2000）建議以逆滲透膜（reverse osmosis, RO）濾除，江木泳等（1994）稱煮沸法可去除自來水中之三鹵甲烷；Kuo等（1997）則報告稱自來水煮沸，THMs去除率可達61-82 %。由於三鹵甲烷為揮發性有機物質，因此Thacker (2002) 等建議氣曝法（aeration）為三鹵甲烷有效的去除方法。
[資料來源網頁]