江西省鹵化消毒副產(chǎn)物的調(diào)查

任婉璐，馮在玉，許高平，江 燕，余建鋒

(1.江西省水務(wù)水科學(xué)檢測研發(fā)有限公司，江西景德鎮(zhèn) 333000;2.江西省飲用水安全重點實驗室，江西南昌 330013)

城鎮(zhèn)給水處理中，化學(xué)消毒常采用投加具有氧化性的消毒劑，以達到去除水中病原微生物的目的。但原水中存在部分消毒副產(chǎn)物前體物質(zhì)，消毒劑與之反應(yīng)，易產(chǎn)生殘留的消毒副產(chǎn)物。近幾年，消毒副產(chǎn)物在水中的存在逐漸引起了公眾的廣泛重視。越來越多的研究表明，該類物質(zhì)可能影響人類的健康。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，這些消毒副產(chǎn)物有“致畸、致癌、致突變”的“三致”風(fēng)險[1-2]。在凈水工藝過程中，采取適當(dāng)?shù)南痉绞剑谶_到消毒目的的同時，保證消毒副產(chǎn)物的濃度控制在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)所規(guī)定的限值內(nèi)，是迫切需解決的問題之一。

本文針對江西省不同區(qū)域、不同城市的出廠水水樣進行鹵化消毒副產(chǎn)物的調(diào)查，并對同時期原水的相關(guān)參數(shù)以及目前江西省所采取的凈水工藝做了相應(yīng)的調(diào)查。通過調(diào)查結(jié)果，了解江西省內(nèi)飲用水中鹵化消毒副產(chǎn)物的分布狀況，分析其分布情況的內(nèi)在原因。

1 江西省區(qū)域飲用水中鹵化消毒副產(chǎn)物的調(diào)查

1.1 調(diào)查方法

調(diào)查采樣點覆蓋江西省贛東北、贛南、贛北以及其他區(qū)域共計31個城市，采樣點具體位置分布如圖1所示。

圖1 采樣點位置分布Fig.1 Distribution of Sampling Points

基于三鹵甲烷(THMs)與鹵乙酸類(HAAs)占據(jù)鹵化消毒副產(chǎn)物的主導(dǎo)地位，本文選取這兩類物質(zhì)為主要調(diào)查對象，調(diào)查時間為2017年—2019年的豐水期，進行了3次抽樣調(diào)查，樣品來源于江西省贛南、贛北以及贛東北和其他典型區(qū)域的水廠泵房的出廠水。按照GB 5750—2006的采樣規(guī)范進行采樣，用廣口棕色具塞玻璃瓶裝取水樣10 L，標(biāo)記好采樣日期與樣品編號，冷藏保存。本試驗采用安捷倫品牌、型號為7890B-5977A的氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定水樣中的THMs；用安捷倫品牌、型號為7890B的氣相色譜測定水樣中的HAAs。

1.2 典型區(qū)域飲用水中三鹵甲烷(THMs)調(diào)查結(jié)果

主要針對三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷、三溴甲烷進行分析統(tǒng)計，調(diào)查結(jié)果如圖2～圖5所示。

圖2 典型區(qū)域飲用水中三氯甲烷調(diào)查結(jié)果Fig.2 Results of Chloroform in Drinking Water in Typical Areas

圖3 典型區(qū)域飲用水中一氯二溴甲烷調(diào)查結(jié)果Fig.3 Results of Chlorodibromomethane in Drinking Water in Typical Areas

圖4 典型區(qū)域飲用水中二氯一溴甲烷調(diào)查結(jié)果Fig.4 Results of Drichlorobromethane in Drinking Water in Typical Areas

圖5 典型區(qū)域飲用水中三溴甲烷調(diào)查結(jié)果Fig.5 Results of Tribromethane in Drinking Water in Typical Areas

我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對上述4種THMs的限值要求分別為0.06、0.06、0.1、0.1 mg/L。如圖2～圖5所示，平行于x軸的黑色實線為各個消毒副產(chǎn)物的規(guī)定限值。31個區(qū)域中，大部分區(qū)域均有三氯甲烷的檢出，平均濃度為0.026 mg/L，其中，超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值的城市有4個，分別為采樣時間為2018年的采樣點GDB3、采樣時間為2019年的采樣點GB4、GQT9、GQT13；二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷的濃度大部分都在0～0.01 mg/L，平均濃度分別為0.007 6、0.004 1 mg/L，其中，一氯二溴甲烷超過國家標(biāo)準(zhǔn)限值的為采樣時間為2019年的采樣點GQT2；三溴甲烷的濃度很低，31個城市中只有采樣時間為2019年的采樣點GQT2有檢出。

地域分布方面，贛南區(qū)域濃度水平較低，贛東北區(qū)域、贛北區(qū)域以及其他區(qū)域的濃度較高。需指出的是，編號為GQT2的城市濃度水平很高，THMs中4種消毒副產(chǎn)物均有檢出，且該水廠出廠水中一氯二溴甲烷超過了《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中的規(guī)定限值。結(jié)合后續(xù)對各個水廠凈水工藝的調(diào)查，該水廠的凈水工藝為“管道混合器+網(wǎng)格反應(yīng)池+平流沉淀池+翻板濾池+清水池”。因此，該地區(qū)凈水工藝較單一，不能達到去除消毒副產(chǎn)物的目的，可以從提升后處理工藝方面考慮，如增加深度處理工藝等技術(shù)來去除多余的消毒副產(chǎn)物，保證其含量在規(guī)定的范圍之內(nèi)。

1.3 典型區(qū)域飲用水中鹵乙酸類(HAAs)調(diào)查結(jié)果

主要針對二氯乙酸(DCA)、三氯乙酸(TCA)2項指標(biāo)進行分析，調(diào)查結(jié)果如圖6～圖7所示。

圖6 典型區(qū)域飲用水中二氯乙酸調(diào)查結(jié)果Fig.6 Results of DCA in Drinking Water in Typical Areas

圖7 典型區(qū)域飲用水中三氯乙酸調(diào)查結(jié)果Fig.7 Results of TCA in Drinking Water in Typical Areas

我國《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)對DCA、TCA所規(guī)定的的限值要求分別為0.050 mg/L和0.1 mg/L。由圖6～圖7可知，選取的31個典型區(qū)域中，飲用水中DCA與TCA的檢出率很高，分別為93.55%和96.77%，但平均濃度滿足《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)的限值要求。其中，DCA與 TCA檢出濃度較低，平均濃度均為0.006 mg/L。地域分布上，DCA和TCA濃度南北差異不大。

一般，造成HAAs濃度變化的因素有很多，例如水廠的消毒工藝、溫度以及水源水的水質(zhì)等。目前，江西省的水廠主要是采用液氯消毒的方式，水源水的類型主要為江、河、湖泊以及水庫水等，水源水多以水庫水以及河床水為主。因此，HAAs大部分呈現(xiàn)檢出的狀態(tài)。

2 水源水質(zhì)對消毒副產(chǎn)物生成的影響

2.1 典型區(qū)域原水水質(zhì)情況調(diào)查

為了進一步分析THMs與HAAs的調(diào)查結(jié)果，本文調(diào)查了同一時期的原水水質(zhì)參數(shù)pH、氨氮、CODMn以及水溫，結(jié)果如圖8～圖11所示。調(diào)查結(jié)果顯示：水源水pH值的變化相對穩(wěn)定，2017年—2019年，其變化均在6～9；氨氮濃度變化較大，2017年的數(shù)據(jù)中，采樣點GN3的氨氮含量很高，達到6.16 mg/L，遠遠高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的要求；CODMn的濃度均在0.5～5 mg/L，符合《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的要求。總體來說，2017年—2019年，江西省31個采樣點的數(shù)據(jù)顯示，原水水質(zhì)大部分符合GB 3838—2002的要求。

圖8 典型區(qū)域原水中水溫調(diào)查結(jié)果Fig.8 Results of Temperature in Raw Water in Typical Areas

圖9 典型區(qū)域原水中pH調(diào)查結(jié)果Fig.9 Results of pH Value in Raw Water in Typical Areas

圖10 典型區(qū)域原水中氨氮調(diào)查結(jié)果Fig.10 Results of Ammonia Nitrogen in Raw Water in Typical Areas

圖11 典型區(qū)域原水中CODMn調(diào)查結(jié)果Fig.11 Results of CODMn in Raw Water in Typical Areas

2.2 水源水水質(zhì)對鹵化消毒副產(chǎn)物濃度以及種類的影響

原水的水質(zhì)參數(shù)，如水溫、pH、氨氮、有機物含量等均對消毒副產(chǎn)物的生成有一定的影響[3-4]。如2019年的調(diào)查數(shù)據(jù)中，編號為GB4的采樣點，其有機物綜合指標(biāo)CODMn的含量較其他采樣點高，達到了4.08 mg/L，同時，其pH值為7.88，水溫為21 ℃，氨氮含量為0.26 mg/L。相應(yīng)地，其出廠水中三氯甲烷的檢出為0.191 mg/L，超過《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)中的規(guī)定限值，這是由于原水中存在許多可以與所投加的消毒劑發(fā)生反應(yīng)的前體物質(zhì)，出廠水中消毒副產(chǎn)物濃度較高。

3 消毒方式及制水工藝對鹵化消毒副產(chǎn)物的影響

3.1 江西省制水工藝及消毒方式調(diào)查

如表1所示，目前江西省的水處理工藝主要以常規(guī)工藝為主，且由于氯消毒具有價格低廉等優(yōu)勢，是江西省主要選用的消毒方式。江西省普遍檢出消毒副產(chǎn)物的情況與現(xiàn)狀工藝水平和運行水平有較大的關(guān)聯(lián)[5]。因此，為了提高對于消毒副產(chǎn)物的控制水平，提升工藝水平具有一定的必要性。

表1 典型區(qū)域制水工藝與消毒方式調(diào)查結(jié)果Tab.1 Investigation Results of Typical Regional Water Treatment Processes and Disinfection Methods

3.2 制水工藝與消毒方式對鹵化消毒副產(chǎn)物種類以及濃度的影響

水廠的制水工藝以及消毒方式的選擇，也會對消毒副產(chǎn)物的種類及其含量有一定的影響。通過以上調(diào)研可知，江西省的制水工藝沒有包括深度處理這一部分，因此，在一定程度上影響了消毒副產(chǎn)物在后續(xù)出廠水中的檢出。如2019年的調(diào)研數(shù)據(jù)中，編號為GB4的采樣點，該水廠采用的是液氯消毒的方式，其制水工藝主要是采用“管道混合器+網(wǎng)格反應(yīng)池+斜管沉淀池+重力無閥濾池+清水池”，加上原水水質(zhì)的影響，其出廠水中三氯甲烷的濃度偏高，且有一定濃度的一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷以及HAAs檢出。

4 總結(jié)與展望

通過對江西省2017年—2019年3年豐水期31個地區(qū)的鹵化消毒副產(chǎn)物、相應(yīng)原水水質(zhì)以及制水工藝開展調(diào)研，發(fā)現(xiàn)很多地區(qū)都檢出了微量的氯化消毒副產(chǎn)物，且部分區(qū)域還出現(xiàn)了超過《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2006)所規(guī)定的限值的現(xiàn)象，這應(yīng)當(dāng)引起相關(guān)部門的重視。通過本次調(diào)研，大致了解到江西省普遍采用氯消毒常規(guī)工藝，且未采取深度處理的凈水工藝，運行管理水平有待提升[6]。目前，有很多高級深度水處理凈化技術(shù)，如高級氧化技術(shù)(AOPs)、生物處理技術(shù)等。這些水處理技術(shù)均對有機物有很好的去除作用。因此，如何在達到去除病原微生物目的的同時，控制好出廠水中消毒副產(chǎn)物的含量，是江西省需解決的水處理問題之一。