水看世界 | 新的污染物：自來水中的甜味和咸味

導語

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本期摘要

新污染物家族新添兩個熟悉又陌生的名字：人工甜味劑和鹽！這篇文章從一個非常“清奇”的角度帶給了關注飲用水水質的從業人員一個全新的視角：因人類日常生活需要排放到天然水體中的人工甜味劑和鹽。文章指出，這些物質因為難以天然降解，會逐漸在天然水體中富集，且因為當前水處理工藝缺少對其的有效去除能力，終將導致自來水全新的感官問題。因此，當“可甜可咸”成為一種新的污染形式，水質人新的工作方向將被開啟。

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作為飲用水來源的全球水體被迫越來越多地“儲存”人類生活排放的人工甜味劑，導致未來自來水可能會嘗起來很甜。美國環境保護署（EPA）將人造甜味劑確定為新興的水污染物，特別是三氯蔗糖（一種合成的人造糖替代品）被監測為人類對流域污染的指標，因為它在體內代謝不良，而在環境中化學穩定。氯化鈉，通常被稱為食鹽，幾十年來一直被認為會導致自來水發咸，特別是在冬季，當氯化鈉用于道路除冰雪時。人工甜味劑和鹽將繼續進入水體。因此，供水行業應該為自來水口味的變化做好準備。

人工甜味劑

全球的人工甜味劑市場在21世紀經歷了快速增長，到2028年預計將達到年產309400噸，價值338億美元。主要的人工甜味劑包括乙酰磺胺酸、糖精、甜蜜素、紐甜、糖精和三氯半乳蔗糖，其中三氯半乳蔗糖具有增長最快的市場份額。人工甜味劑比蔗糖（蔗糖）甜10000倍，廣泛用于人類食品和動物飼料中，主要作用是產生非營養性甜味（表1）。

表1 純凈水中蔗糖和人造甜味劑的特性和味覺閾值

所有的人工甜味劑都是高度水溶性的，進入人體后主要通過尿液排出。三氯蔗糖和乙酰磺胺酸在人類和動物體內的代謝率很低。因此，幾乎100%的攝入量都被排泄到人類的生活污水收集系統或動物的飼養場、牧場、田地和溪流中。許多人工甜味劑通過常規水處理、一級和二級污水處理以及活性炭吸附后去除效果很差。乙酰舒泛和三氯蔗糖也能抵抗生物降解和高級氧化，因此它們會被排放到水環境中，而不是在污水處理過程中被降解。

一項關于三氯蔗糖在無意間接再利用的城市水系統中的歸宿和運輸的研究表明，進入污水處理廠的三氯蔗糖中有15%通過流域和飲用水處理廠循環，返回到消費者的自來水。人工甜味劑同時存在于流域和自來水中，通常濃度為每升納克，但也有每升毫克的濃度。大多數人工甜味劑的味覺閾值發生在每升毫克以下到每升毫克的濃度。

自來水的有限數據表明，這些味道閾值濃度當前尚未超出，但由于數據有限，因此人工甜味劑對自來水水質的真實的影響尚不清楚。此外，人工甜味劑因對健康的不利影響，已經受到相關重視和審查，2023年，世界衛生組織建議人類不要使用它們來控制體重。難怪EPA將人造甜味劑指定為一種新出現的污染物。

咸味水

咸味是由溶解在水中的離子產生的，統稱為總溶解固體（TDS）。TDS包括溶解在水中的所有有機和無機成分，這些成分小到足以通過0.45微米的過濾器。EPA已將TDS的二級最大污染物水平（SMCL）設定為500 mg/L，這意味著高于500 mg/L，消費者可能會發現水的味道令人反感。某些州，包括北達科他州、南達科他州、德克薩斯州、猶他州和懷俄明州，允許公用事業具有更高濃度的TDS（例如，1000 mg/L），高于聯邦SMCL允許的水平。自來水公司通過標準方法2540 C（水和廢水檢驗標準方法）定期監測TDS。TDS的主要成分之一是氯化鈉（表2）。

表2 純凈水中咸味成分的特性和味覺閾值

天然水體的鹽堿化是一個全球趨勢，已經持續了幾十年。從20世紀中葉開始，汽車的普及和道路的鋪設創造了除冰行業。現在，在整個美國，冬季大約有2700萬噸氯化鈉被應用于道路，以防止結冰和事故。雖然在道路上撒鹽可以提高人類的安全和生存，但缺點是道路排水中的鹽分會侵入地表并滲入地下，最終會進入天然水體，影響飲用水的味道、人類健康和生態系統健康。

氯化鈉的另一個幾乎相當于道路除冰的主要用戶是化學制造業。此外，氯化鈉對環境的其他貢獻者是食品工業，農業，非化學制造業以及水和污水處理。水處理工藝廣泛使用氫氧化鈉、還原為氯化物的氯以及碳酸鈉鹽和硫。鈉和氯化物在水和污水處理中的使用對于從事間接或直接飲用水再利用的流域特別令人關切。家用水軟化器使用氯化鈉，再生陽離子交換樹脂并產生鹽水廢棄物。加州的許多社區，如2003年的圣克拉里塔山谷，禁止使用氯化鈉為基礎的家用水軟化劑，以防止鹽（TDS）釋放到河流和地下水含水層。

鈉和氯是大多數淡水的天然成分。那么，是什么讓消費者抱怨他們的飲用水太咸呢？鈉離子Na+是咸味的主要原因。有趣的是，在美國，鈉沒有被設置限值（SMCL），盡管佛羅里達的Na+基于健康的MCL為160 mg/L。2003年EPA飲用水鈉建議“飲用水中的鈉濃度不得超過30至60 mg/L Na+的范圍，因為在較高濃度下可能對味道產生不利影響”（EPA 822-R-03-006）。《澳大利亞飲用水指南》（Australian Drinking Water Guidelines）將Na+的感官標準設定為180 mg/L，以避免水的咸味。

從30-60到180 mg/L Na+作為感官準則的范圍似乎很寬。原因既有人為因素，也有化學因素。

人為因素。人類感知鈉鹽味的能力和對太咸的鈉鹽味的反應能力存在差異。有些人對鈉的味道比其他人更敏感。人的味覺與唾液中的礦物質含量有關，因此唾液中礦物質的個體差異和個體內的差異將影響對鈉的咸味感知。一個人嘴里的礦物質含量受他們所吃的東西的影響，所以喝了蒸餾水后再喝微咸的水，味道會很咸。水合作用也會影響唾液含量和咸味；一個人脫水越多，他們就越能嘗到咸味。

化學因素。與Na+同時存在于口腔中的反離子會顯著影響鈉的咸味。NaCl是鈉鹽中最咸的。碳酸氫鈉，或小蘇打，嘗起來不那么咸。很多人都知道這一點，他們用不同的鹽做飯或使用含有小蘇打的牙膏。作為鈉的抗衡離子的硫酸鹽的存在也減輕了咸味。對于咸味，EPA的氯化物和硫酸鹽的SMCL均為250 mg/L。這些水平遠遠高于可產生咸味的濃度（30-60至180 mg/L Na+）。

氯化鈉在口腔中的存在也增加了天然和人造糖的甜度。這就是為什么像咸焦糖和咸巧克力這樣的糖果很受歡迎的原因食鹽可以增強甜食的美味。

但是當供水企業意識到自來水中含有的人工甜味劑或鹽的水平會導致人類的味覺感受到時，有必要對社會公開進行通知。

下一步是什么

首先，意識到人工甜味劑和氯化鈉會以超過味覺閾值的水平侵入飲用水這一客觀現實至關重要，理解到它們一起可以增強飲用水味道的強度。其次，監測原水和成品自來水中的人工甜味劑、TDS、鈉、氯化物是必不可少的，目的是了解污染的程度和未來的趨勢。第三，監測消費者的反饋和投訴也是必不可少的，因為消費者在龐大的輸配系統中無處不在，他們就是評估水質的“早期預警傳感器”，及時反饋包括味道，氣味和其他感官的問題。

不可生物降解的人工甜味劑（如三氯蔗糖）的持久性問題可能也是再生水間接和直接飲用再利用實踐中的潛在問題。例如，污水處理廠的三級出水通常含有50至100 μg/L的三氯蔗糖，僅比最低味覺閾值低2至4倍（表1）。由于傳統的污水和水處理不能有效地去除這種化合物，因此它可能會在沒有反滲透（RO）等高級處理的情況下在供水系統中積累和濃縮。敏感的人可能很快就會開始品嘗到自來水沖泡的一杯茶或咖啡中的甜味，而不是通過加糖。

當供水企業意識到自來水中人工甜味劑或鹽的濃度水平已經開始導致人類味覺可以感知到時，有必要向社會公開通知。去除人工甜味劑的處理將是化合物特異性的。去除鈉和氯化物的處理，像大多數溶解的陽離子和陰離子一樣，需要納濾，RO或離子交換。應當鼓勵供水企業與污水處理設施合作，因為在排放到飲用水供應的接收水體之前進行有效處理可以最大限度地減少這些新興物質對自來水的影響。

原文：OPERATORS KEEP PACE WITH INDUSTRY CHANGES

出處：J Opflow

作者：NICK PIZZI

翻譯：《凈水技術》實習編輯 張龍龍

排版： 《凈水技術》編輯 李濱妤

審核： 《凈水技術》社長/執行主編 阮辰旼

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