有機(jī)磷滅蚊劑投放濃度和時(shí)間對(duì)水體總磷的影響

趙 詣

(上海市浦東新區(qū)水文水資源管理署，上海 200129)

作為傳統(tǒng)四害，蚊子能廣泛傳播登革熱(Denguevirus)病毒、寨卡黃熱病毒(Flavivirus)、阿爾法病毒(Alphavirus)、寨卡病毒(Zikavirus)等至少26種病毒，是目前國(guó)內(nèi)大部分地區(qū)登革熱的最主要傳播媒介[1-2]。研究表明，上海城區(qū)地面雨水井和下水道中積水明顯，是嗜吸人血的蚊蟲(chóng)主要孳生地，為蚊蟲(chóng)防控重點(diǎn)地區(qū)[3]。為應(yīng)對(duì)因蚊蟲(chóng)引起的公共衛(wèi)生事件，已有研究在人口相對(duì)密集區(qū)域的雨水井和下水道中投放甲基嘧啶磷、毒死蜱等有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑[4]。傳統(tǒng)有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑多為高度或中度有毒物，對(duì)人和動(dòng)物產(chǎn)生神經(jīng)毒性[5]。“1%雙硫磷顆粒”對(duì)魚(yú)類及人畜的毒性均很低，被世界衛(wèi)生組織推薦為可直接在飲用水中使用的殺蚊劑[6-7]。由于其選擇性強(qiáng)、濃度低，在防治蚊蟲(chóng)試驗(yàn)中獲得優(yōu)于其他有機(jī)磷藥劑的效果[8]。作為新型低毒有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑，“1%雙硫磷顆粒”已被廣泛應(yīng)用于上海城鎮(zhèn)河道和雨水井中。2018年，莫旦紅等[9]在上海寶山區(qū)1 200個(gè)雨水井內(nèi)投放了“1%的雙硫磷顆粒”，發(fā)現(xiàn)該藥劑可有效降低嗜血幼蚊及成蚊的密度。

有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑與水具有相似極性，在水體中的溶解度高于有機(jī)氯藥劑，其在水體中的廣泛應(yīng)用易導(dǎo)致藥劑殘留，從而產(chǎn)生地下水與地表水污染[10-11]。“1%雙硫磷顆粒”投放到雨水井后，會(huì)隨雨水井匯集于雨水泵站，進(jìn)而排入河道。上海城區(qū)中雨水井眾多，大量“1%雙硫磷顆粒”投放可能增加河道水體的污染風(fēng)險(xiǎn)。1978年至21世紀(jì)初，上海河道整治主要圍繞消除黑臭水體，NH3-N是制約上海河道水質(zhì)類別的主要因子[12-13]。進(jìn)入“十四五規(guī)劃”后，上海河道治理目標(biāo)變?yōu)樵诨鞠诔羲w的基礎(chǔ)上消除劣Ⅴ類水體。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，截至2019年，上海已完成1萬(wàn)余條段劣Ⅴ類河道整治，劣Ⅴ類水體占比已降至7.8%，但許多區(qū)段水體中的TP質(zhì)量濃度依然徘徊在GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的Ⅴ類上限值(0.4 mg/L)附近，TP是影響水質(zhì)類別的主要指標(biāo)之一。目前，上海河道TP污染主要來(lái)自上游來(lái)水、直接排水、面源污染以及雨水泵站放江[14]。有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑對(duì)于地表水污染的研究主要集中在經(jīng)面源污染、地表徑流后對(duì)水體的污染等[15-19]，而關(guān)于雨水井投放有機(jī)磷殺蟲(chóng)劑的廢水伴隨泵站放江對(duì)于河道水質(zhì)的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文研究“1%雙硫磷顆粒”的投加量、投放后反應(yīng)時(shí)間對(duì)水體中TP、S2-及NH3-N質(zhì)量濃度的影響，并探討該藥劑的安全投放量及安全投放面積，以期為上海城區(qū)雨水井中“1%雙硫磷顆粒”殺蟲(chóng)劑的安全投放提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試用水采用去離子水；供試藥劑——“1%雙硫磷顆粒”，由巴斯夫(中國(guó))有限公司提供，其有效成分為硫代磷酸酯，淡黃色，顆粒狀，有刺激性氣味。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

a.試驗(yàn)裝置。自行設(shè)計(jì)制作試驗(yàn)裝置(圖1)，主反應(yīng)容器由玻璃鋼制成，有效容積為10 L；反應(yīng)裝置上部設(shè)置去離子水和藥劑注入口，裝置右下側(cè)設(shè)置出水龍頭；整個(gè)裝置下部置于震蕩平臺(tái)，用于藥劑注入后進(jìn)行震蕩反應(yīng)。

圖1 試驗(yàn)裝置

b.藥劑投加量及反應(yīng)時(shí)間。按照所選“1%雙硫磷顆粒”藥劑推薦適宜投加量，試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)藥劑投加量：0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L；設(shè)置3個(gè)反應(yīng)時(shí)間：1 h、48 h和60 h；共15個(gè)處理組，每組重復(fù)3次。

c.試驗(yàn)方法。先將10 L去離子水分別注入試驗(yàn)裝置主反應(yīng)容器中，然后根據(jù)設(shè)計(jì)投加量將藥劑投入各處理組反應(yīng)容器，分別按照藥劑建議使用時(shí)間震蕩反應(yīng)1 h、48 h和60 h，然后從出水龍頭取水測(cè)定TP、NH3-N及S2-的質(zhì)量濃度。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)與方法

檢測(cè)指標(biāo)與方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[19]。TP：先采用硫酸鉀分解樣品，再用鉬銻抗分光光度法測(cè)定，水樣在120 ℃、30 min加熱分解；NH3-N：采用納氏試劑分光光度法；S2-：先采用玻璃纖維濾膜過(guò)濾，再采用對(duì)氨基二甲基苯胺光度法(亞甲藍(lán)法)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 22.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用單因素方差分析(ANOVA)比較各處理組數(shù)據(jù)的差異性，采用LSD(least significance difference)多重比較方法比較兩組之間的差異性，采用Excel 2019制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 污染物釋放量

分別將0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L的“1%雙硫磷顆粒”投入水體，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)1 h、48 h及60 h后僅有少量溶解；在 60 h后，投加量為0.05 g/L樣品的容器底部仍有顆粒物殘留，而投加量為0.50 g/L和1.00 g/L的水溶液呈現(xiàn)渾濁狀態(tài)。污染物檢測(cè)結(jié)果表明，在本試驗(yàn)所有樣本中，水體中S2-質(zhì)量濃度均小于檢出限(0.02 mg/L)。此外各組水樣中NH3-N質(zhì)量濃度處于0.029～0.036 mg/L之間，均低于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，組間無(wú)明顯差異。上述結(jié)果表明投放“1%雙硫磷顆粒”對(duì)水體中S2-及NH3-N的質(zhì)量濃度影響較小，且增加藥劑的投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)水體S2-及NH3-N的質(zhì)量濃度影響均較小。

不同投加量及不同反應(yīng)時(shí)間下的樣本中TP的質(zhì)量濃度見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，同種藥劑投放量下反應(yīng)1 h、48 h和60 h的樣本中TP質(zhì)量濃度無(wú)明顯差異(P>0.05)；藥劑投放量為0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L時(shí)，樣本中TP質(zhì)量濃度分別為0.04～0.08 mg/L、0.09～0.14 mg/L、0.23～0.29 mg/L、0.52～0.64 mg/L和1.10～1.35 mg/L。可見(jiàn)，不同量藥劑在投放1 h后，水體中TP質(zhì)量濃度已達(dá)到穩(wěn)定，且在60 h內(nèi)質(zhì)量濃度基本保持不變。另外，藥劑投放后不同反應(yīng)時(shí)間后樣本水體中TP質(zhì)量濃度均隨藥劑投加量的增加呈上升趨勢(shì)，TP質(zhì)量濃度最低的均為投加量為0.05 g/L的樣本，TP質(zhì)量濃度高的均為投加量為1.00 g/L的樣本。分析表明，藥劑投加量為0.05 g/L和0.10 g/L的樣本中TP質(zhì)量濃度無(wú)明顯差異(P>0.05)；藥劑投加量為0.20 g/L的樣本中TP質(zhì)量濃度顯著高于投加量為0.05 g/L和0.10 g/L的樣本(P<0.05)；而藥劑投加量為0.50 g/L的樣本中TP質(zhì)量濃度顯著高于投加量為0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的樣本(P<0.05)；而藥劑投加量為 1.00 g/L 的樣本中TP質(zhì)量濃度顯著高于投放量為0.50 g/L、0.20 g/L、0.10 g/L和0.05 g/L的樣本(P<0.05)，分別高出1.25倍、3.81倍、7.95倍和19.72倍。

總體而言，藥劑投放后，樣本中TP質(zhì)量濃度隨藥劑投加量的增加而增加，藥劑投加量分別為 0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的樣本中TP質(zhì)量濃度分別為0.06 mg/L、0.13 mg/L和0.25 mg/L，均低于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅳ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值(0.30 mg/L)。而藥劑投加量為 0.50 g/L 和1.00 g/L的樣本中TP質(zhì)量濃度分別為0.58 mg/L和1.24 mg/L，均超過(guò)GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值(0.40 mg/L)，分別高出45%和210%。

2.2 藥劑投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)TP釋放量的影響

采用一元回歸分析將藥劑投加后的水體中TP質(zhì)量濃度、藥劑投加量和反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行擬合，結(jié)果見(jiàn)圖2。結(jié)果表明，反應(yīng)時(shí)間與TP質(zhì)量濃度無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系；而藥劑投加量與TP質(zhì)量濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.846 4)，水體中TP質(zhì)量濃度隨藥劑投加量呈指數(shù)上升，可見(jiàn)增加藥劑的投加量會(huì)導(dǎo)致水體中TP的污染風(fēng)險(xiǎn)大幅度提升。

(a) 藥劑投加量與TP質(zhì)量濃度

2.3 安全性分析

“1%雙硫磷顆”投放以水體面積計(jì)算投加量，其推薦適宜投加量為0.05～1.00 g/m2。將試驗(yàn)數(shù)據(jù)折算成“1%雙硫磷顆粒”不同投加量投入水后的TP釋放量(表2)，以便后續(xù)分析雨水井面積及深度對(duì)TP釋放量的影響。由表2可見(jiàn)，不同投加量及不同反應(yīng)時(shí)間下，TP釋放量無(wú)明顯差異，在1.06～1.30 mg/g之間，可見(jiàn)藥劑投加量及反應(yīng)時(shí)間對(duì)TP釋放量無(wú)明顯影響。

表2 不同投加量和不同反應(yīng)時(shí)間下單位面積質(zhì)量藥劑的TP釋放量

選擇常見(jiàn)的泵站集水井，規(guī)格為長(zhǎng)方體(40 m×40 m×12 m)、長(zhǎng)方體(30 m×30 m×12 m)、圓柱體(r=12 m,h=12 m)，分析3種集水井所連接雨水井的“1%雙硫磷顆粒”安全投放量和安全投放面積。取單位質(zhì)量藥劑的最大TP釋放量1.30 mg/g為標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)定集水井中TP質(zhì)量濃度小于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值(0.40 mg/L)時(shí)，該泵站所排放廢水不會(huì)使河道水質(zhì)惡化到劣Ⅴ類，處于相對(duì)安全級(jí)別。計(jì)算所得3種規(guī)格集水井所連接的雨水井中“1%雙硫磷顆粒”安全投放總量分別為5.91 t、3.32 t和1.67 t，安全投放總面積分別是1.82 km2、0.66 km2和0.33 km2。

以上海市浦東新區(qū)涇西雨水泵站為例，計(jì)算投加“1%雙硫磷顆粒”藥劑后，泵站水體中TP質(zhì)量濃度為雨水井面積總和、藥劑最大投放量、藥劑最大TP釋放量三者之積除以集水井總體積。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，與該雨水泵站相連的雨水井?dāng)?shù)量為2 300個(gè)，雨水井面積總和為1 135 m2；藥劑最大投加量按藥劑說(shuō)明書(shū)選取5 g/m2；藥劑最大TP釋放量取1.30 mg/g；廢水井選取體積最小集水井，半徑為12 m的圓形集水井，體積約為5.42×106L。計(jì)算結(jié)果表明，藥劑投加后，浦東新區(qū)涇西雨水泵站TP質(zhì)量濃度值僅約為0.001 mg/L，遠(yuǎn)低于Ⅴ類水的標(biāo)準(zhǔn)限值。據(jù)此，實(shí)際運(yùn)行工況中，與一個(gè)雨水泵站和集水井相連的下水道及雨水井中投放的“1%雙硫磷顆粒”總量及投放總面積均遠(yuǎn)小于計(jì)算安全水平。

3 結(jié) 論

a.“1%雙硫磷顆粒”投放對(duì)水體S2-及NH3-N的質(zhì)量濃度無(wú)明顯影響，各試驗(yàn)組水體中S2-質(zhì)量濃度均小于檢出限(0.02 mg/L)，NH3-N質(zhì)量濃度處于0.029～0.036 mg/L之間，均低于GB 3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)。

b.“1%雙硫磷顆粒”投放后水體TP質(zhì)量濃度隨投放量增加而提高，兩者呈顯著正相關(guān)關(guān)系(R2=0.85)，增加藥劑的投加量會(huì)導(dǎo)致水體中TP的污染風(fēng)險(xiǎn)大幅度提升。

c.“1%雙硫磷顆粒”不同投加量及不同反應(yīng)時(shí)間下的TP釋放量在1.06～1.30 mg/g之間，組間無(wú)明顯差異。