S市飲用水中三鹵甲烷分析及其超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

胡 濤，宋一超

(1.上海城市水資源開發(fā)利用國(guó)家工程中心有限公司，上海 200082；2.上海城投原水有限公司，上海 201204)

隨著分析檢測(cè)技術(shù)和毒性學(xué)研究的進(jìn)步，飲用水中消毒副產(chǎn)物對(duì)人體健康的危害越來越受到重視[1-6]。為全面保障居民公共衛(wèi)生及食品安全，進(jìn)一步提升市民生活質(zhì)量，2017年7月—2018年10月分別對(duì)S市15座水廠出廠水中三鹵甲烷(THMs)進(jìn)行檢測(cè)、分析，檢測(cè)指標(biāo)包括：二氯一溴甲烷(DCBM)、一氯二溴甲烷(CDBM)、三溴甲烷(TBM)、三氯甲烷(TCM)。對(duì)照國(guó)標(biāo)限值，將THMs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行分級(jí)，并對(duì)S市15座主要水廠出廠水中THMs進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判定S市各水廠THMs 超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)應(yīng)級(jí)別，運(yùn)用綜合污染指數(shù)法對(duì)各副產(chǎn)物綜合風(fēng)險(xiǎn)予以評(píng)估。以明確各水廠THMs 整體超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平以及今后的重點(diǎn)控制目標(biāo)，為保障S市飲用水安全指明方向，為進(jìn)一步提高和保障S市飲用水品質(zhì)提供理論依據(jù)和對(duì)策。

1 采樣與評(píng)估方法

1.1 采樣點(diǎn)及采樣時(shí)間

出廠水采樣點(diǎn)：選取S市不同水源、處理工藝水廠15座，分別對(duì)15座水廠的出廠水進(jìn)行檢測(cè)分析，每月采樣1次，具體采樣時(shí)間和采樣點(diǎn)設(shè)置如表1所示。

1.2 檢測(cè)方法

水樣的采集、保存以及檢測(cè)均嚴(yán)格按照《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》(GB/T 5750—2006)操作，主要檢測(cè)指標(biāo)包括TCM、DCBM、CDBM、TBM。

表1 采樣點(diǎn)設(shè)置Tab.1 Setup of Sampling Points

1.3 評(píng)估方法

根據(jù)生活飲用水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中THMs指標(biāo)規(guī)定值，現(xiàn)將THMs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)劃分為4個(gè)等級(jí)。其中，Ⅰ級(jí):≥水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值；Ⅱ級(jí): <水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，但>水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的60%；Ⅲ級(jí): ≤水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的60%，但>水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的30%；≤水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值的30%屬于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)[7]。現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中TCM、DCBM、CDBM、TBM的限制值分別為0.06、0.06、0.10、0.10 mg/L，總THMs各單項(xiàng)測(cè)定值與其限值之比之和≤1。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法得到各THMs的風(fēng)險(xiǎn)控制值，如表2所示。

表2 THMs風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分Tab.2 Risk Rating of THMs

綜合污染指數(shù)法是對(duì)各污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出代表水體污染程度的數(shù)值。該方法可以確定水體的污染程度[8]。綜合污染指數(shù)是在單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算而來，如式(1)。

(1)

其中：P——綜合指數(shù)值；

Pi——i項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)濃度，即DBPs實(shí)際檢出值與現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值的比值；

m——指標(biāo)總數(shù)。

綜合指數(shù)評(píng)價(jià)分為4 級(jí)，分別為：P<0.80表示合格，0.80≤P<1.00表示基本合格，1.00≤P<2.00表示污染，P≥2.00 表示重度污染。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理工藝對(duì)出廠水中THMs生成量的影響

S市10座采用常規(guī)處理工藝和5座采用深度處理工藝(圖1)水廠2017年7月—2018年10月出廠水中平均THMs檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。采用常規(guī)處理工藝的出廠水中CDBM、DCBM、TBM、TCM的平均濃度分別為0.002 1、0.005 2、0.000 8、0.010 3 mg/L，各物質(zhì)濃度均處于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。其中，TCM濃度遠(yuǎn)高于其他3種消毒副物。而采用深度處理工藝的各消毒副產(chǎn)物平均濃度分別為0.000 7、0.001 7、0.000 5、0.002 9 mg/L，經(jīng)深度處理的出廠水中CDBM、DCBM、TBM、TCM的濃度明顯減小，4種物質(zhì)平均濃度分別削減了66.7%、67.3%、37.5%、71.8%。結(jié)果表明，深度處理和常規(guī)處理工藝水廠出廠水中4種THMs濃度關(guān)系均表現(xiàn)為：TCM > DCBM > CDBM > TBM。

YSP水廠同時(shí)包含常規(guī)處理和深度處理2條生產(chǎn)工藝。由圖3可知：2017年7月—2018年10月，常規(guī)處理工藝出廠水中TCM的平均濃度為0.009 7 mg/L；深度處理出廠水中TCM的平均濃度為0.005 3 mg/L，生成量減少了45.4%；同樣，深度處理工藝DCBM的平均濃度由0.005 3 mg/L減少為0.002 6 mg/L，降低了50.9%；CDBM的平均濃度由MH三期水廠和MH四期水廠均采用臭氧-活性炭聯(lián)合深度處理工藝。但工藝設(shè)置方面，MH三期水廠采用的是“臭氧、活性炭+砂濾”的前置式臭氧活性炭深度工藝；MH四期水廠工藝則設(shè)置為砂濾池在臭氧接觸池前、活性炭濾池在臭氧接觸池后。2個(gè)水廠的工藝流程如圖4所示。

圖1 常規(guī)(a)和深度(b)工藝處理流程圖Fig.1 Flow Chart of Conventional (a) and Advanced (b) Treatment Processes

圖2 常規(guī)處理(a)和深度處理(b)工藝出廠水中THMs濃度Fig.2 Concentration of THMs in Conventional (a) and Advanced (b) Treatment Processes

0.001 7 mg/L減小到0.000 9 mg/L，降低了47.1%；TBM的平均濃度由0.000 9 mg/減小為0.000 6 mg/L，降低了33.33%。

圖3 YSP水廠不同處理工藝出廠水中THMs平均含量Fig.3 Average Content of THMs with Different Processes in YSP WTP

由圖5可知，雖然MH三期、四期水廠在工藝上只是將砂濾池和活性炭濾池做了前后調(diào)整，但出廠水中平均THMs含量卻存在顯著差異，MH三期出廠水中THMs明顯要低于MH四期出廠水。MH三期、四期出廠水中CDBM平均含量分別為0.000 5、0.0008 5 mg/L，四期出廠水CDBM平均濃度高出三期75.0%；MH三期出廠水中DCBM平均含量為0.000 9 mg/L，MH四期濃度為0.001 4 mg/L，四期高出三期55.6%；TCM平均含量分別為0.000 7 mg/L和0.001 1 mg/L，四期高出三期57.1%。總體而言，MH三期水廠出廠水中THMs平均含量明顯低于MH四期水廠，這與活性炭濾池前置有較大關(guān)聯(lián)。分析認(rèn)為，前置的活性炭濾池能夠去除水體中大量的消毒副產(chǎn)物前體物，從而降低氯消毒工藝過程中THMs的產(chǎn)生。

圖4 MH三期水廠(a)、MH四期水廠(b)工藝處理流程圖Fig.4 Process Flow Chart of 3rd Phase Project (a) and 4th Phase Project (b) of MH WTP

圖5 MH三期水廠、MH四期水廠出廠水中THMs含量Fig.5 Concentration of THMs in 3rd Phase Project and 4th Phase Project of MH WTP

綜上分析，認(rèn)為各水廠出廠水中THMs含量存在較大差異，與各水廠采用不同處理工藝緊密相關(guān)，不同的處理工藝對(duì)出廠水中THMs生成存在較大影響。

2.2 不同水源對(duì)THMs生成量的影響

2017年7月—2018年10月，對(duì)4大水庫(kù)輸水常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)分析，各指標(biāo)平均值如表3所示。由表3可知，QCS水庫(kù)輸水區(qū)耗氧量平均值最低，為2.38 mg/L，低于JZ水庫(kù)的4.16 mg/L，說明QCS水庫(kù)輸水中有機(jī)物濃度較低。QCS、CH、DFXS這3大水庫(kù)水源均來自長(zhǎng)江，由于受庫(kù)容大小影響及水庫(kù)凈化效果不同，各水庫(kù)出水水質(zhì)也存在較大差異，QCS水庫(kù)出水渾濁度、耗氧量、電導(dǎo)率、氨氮、硝酸鹽氮等均明顯低于CH水庫(kù)和DFXS水庫(kù)，整體水質(zhì)優(yōu)于其他3個(gè)水庫(kù)。

表3 各水庫(kù)輸水區(qū)常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)Tab.3 Water Quality Indicators in Each Reservoir Service Areas

10座采用常規(guī)處理的自來水廠原水分別來自QCS水庫(kù)、CH水庫(kù)、DFXS水庫(kù)，不同水庫(kù)水源出廠水中消毒副產(chǎn)物生成量存在明顯差異。現(xiàn)將2017年7月—2018年10月各水廠出廠水中THMs平均檢測(cè)值按水源地不同進(jìn)行劃分。由圖6可知，各水庫(kù)水廠出廠水中 THMs濃度較高的是CH水庫(kù)和DFXS水庫(kù)，THMs濃度較低的是QCS水庫(kù)。4種消毒副產(chǎn)物中，濃度最高的是TCM，CH水庫(kù)和DFXS水庫(kù)作為原水時(shí)其生成量相當(dāng)，濃度為0.012 mg/L；QCS水庫(kù)作為原水時(shí)，濃度僅為0.007 mg/L，只有CH水庫(kù)和DFXS水庫(kù)的58.3%。出廠水THMs中DCBM濃度相對(duì)較高，CH水庫(kù)作為原水時(shí)，DCBM生成濃度最高，為0.006 mg/L；DFXS水庫(kù)作為原水時(shí)，DCBM生成濃度為0.005 mg/L；QCS水庫(kù)作為原水時(shí)，DCBM生成濃度最低，僅為0.003 5 mg/L。CDBM在出廠水THMs中所占組分相對(duì)較低，DFXS水庫(kù)作為原水時(shí)，CDBM生成濃度最高，為0.001 8 mg/L；CH水庫(kù)作為原水時(shí)，CDBM生成濃度為0.001 6 mg/L；QCS水庫(kù)作為原水時(shí)，CDBM生成濃度為0.001 3 mg/L。針對(duì)不同的原水，TBM生成含量最低的是CH水源，QCS水源和DFXS水源的TBM生成量相當(dāng)。

圖6 不同水源對(duì)THMs的影響Fig.6 Influence of Different Water Sources on THMs

總體而言，在相同的處理工藝下，出廠水中消毒副產(chǎn)物含量受水源水質(zhì)影響較為明顯，QCS水庫(kù)水源出廠水THMs顯著低于其他水庫(kù)水源水廠，這與QCS水庫(kù)水力停留時(shí)間長(zhǎng)，水質(zhì)凈化能力較強(qiáng)，水庫(kù)出水水質(zhì)明顯優(yōu)于其他水庫(kù)出水水質(zhì)有關(guān)。

2.3 出廠水中THMs的風(fēng)險(xiǎn)性評(píng)估

將S市10座常規(guī)處理的水廠和5座深度處理的水廠16個(gè)月連續(xù)監(jiān)測(cè)的消毒副產(chǎn)物THMs數(shù)據(jù)進(jìn)行平均數(shù)統(tǒng)計(jì)，如表4所示。CX水廠、WS水廠、YP水廠、LJ水廠以及CZ水廠可能出現(xiàn)THMs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。目前，以上各水廠出廠水中消毒副產(chǎn)物總THMs存在Ⅲ級(jí)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。TCM、DCBM、CDBM、TBM等指標(biāo)的生成濃度均普遍較低，這可能與S市水源水中溴離子濃度較低有關(guān)。

由表4可知，CX水廠、WS水廠、YP水廠、LJ水廠以及CZ水廠的出廠水THMs存在Ⅲ級(jí)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。由圖7可知：在2017年7月—10月，以上5座水廠的THMs含量均達(dá)到了Ⅲ級(jí)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；次年的6月—10月，THMs含量雖低于上一年的THMs含量，但多數(shù)測(cè)量值也達(dá)到了Ⅲ級(jí)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)；然而，在2017年11月—2018年5月，5座水廠的THMs含量均低于0.3，不存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)或者風(fēng)險(xiǎn)較小。這說明季節(jié)變化對(duì)消毒副產(chǎn)物生成的影響較大[9-11]，高溫季節(jié)各水廠的THMs生成量會(huì)有所升高，達(dá)到Ⅲ級(jí)超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)，冬春季氣溫較低，不會(huì)導(dǎo)致THMs含量超標(biāo)。

對(duì)THMs進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，YSP水廠、CQ水廠、XJ水廠、CX水廠、NS水廠、JS水廠等15個(gè)主要水廠(常規(guī)處理及深度處理)2017年7月—2018年10月出廠水中各THMs的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值如表5所示。各水廠出廠水中THMs的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在0.015～0.131，遠(yuǎn)小于0.8(合格)，這說明S市THMs整體超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)處于較低水平。

表4 各水廠出廠水中THMs產(chǎn)物含量Tab.4 Concentration of THMs in Finished Water in Each WTP

圖7 5座水廠出廠水中總THMsFig.7 Content of THMs in 5 WTPs

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

(1)目前，S市各水廠出廠水中THMs濃度含量均處于較低水平，THMs的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)值在0.015～0.131，遠(yuǎn)小于0.8(合格)，整體超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)處于較低水平。

(2)相同處理工藝下，出廠水中消毒副產(chǎn)物含量受原水水源影響較為明顯，優(yōu)質(zhì)的原水水質(zhì)能夠有效減小后期THMs的產(chǎn)生。THMs的生成也受溫度影響，夏季高溫會(huì)促進(jìn)THMs生成。

表5 THMs綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Tab.5 Comprehensive Evaluation Index of THMs

(3)深度處理工藝的出廠水中THMs含量明顯低于常規(guī)處理工藝。與此同時(shí)，水廠處理工藝中各構(gòu)筑物設(shè)置順序做出調(diào)整也會(huì)顯著影響出廠水中THMs含量。采用臭氧-活性炭聯(lián)用深度處理工藝時(shí)，活性炭濾池前置、砂濾池后置能夠有效減少THMs生成。

3.2 建議

(1)深度處理工藝能夠有效降低消毒副產(chǎn)物THMs含量，降低其超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。目前，S市仍有大多數(shù)水廠采用常規(guī)處理工藝，水務(wù)部門應(yīng)加快提標(biāo)步伐，盡快實(shí)現(xiàn)全部深度處理工藝，改善居民飲用水水質(zhì)。

(2)在深度處理工藝設(shè)置過程中，應(yīng)加大研究力度，進(jìn)一步確定最優(yōu)組合工藝，最大限度地提升出廠水水質(zhì)。

(3)除了通過工藝改造來降低消毒副產(chǎn)物生成量，應(yīng)從源頭出發(fā)，改善湖庫(kù)對(duì)水體的凈化能力，提升原水水質(zhì)，降低水廠處理壓力。