水务看点 | 江西省饮用水中卤化消毒副产物的分布调研与分析

栏目导读

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城镇给水处理中,化学消毒常采用投加具有氧化性的消毒剂,以达到去除水中病原微生物的目的｡但原水中存在部分消毒副产物前体物质,消毒剂与之反应,易产生残留的消毒副产物｡近几年,消毒副产物在水中的存在逐渐引起了公众的广泛重视｡ 越来越多的研究表明,该类物质可能影响人类的健康｡相关研究发现,这些消毒副产物有“致畸､致癌､致突变”的“三致”风险｡在净水工艺过程中,采取适当的消毒方式,在达到消毒目的的同时,保证消毒副产物的浓度控制在《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006)所规定的限值内,是迫切需解决的问题之一｡

本文针对江西省不同区域､不同城市的出厂水水样进行卤化消毒副产物的调查,并对同时期原水的相关参数以及目前江西省所采取的净水工艺做了相应的调查｡ 通过调查结果,了解江西省内饮用水中卤化消毒副产物的分布状况,分析其分布情况的内在原因｡

01

江西省区域饮用水中卤化消毒副产物的调查

1.1

调查方法

调查采样点覆盖江西省赣东北､赣南､赣北以及其他区域共计 31 个城市,采样点具体位置分布如图1 所示｡

图 1 采样点位置分布

基于三卤甲烷( THMs) 与卤乙酸类( HAAs) 占据卤化消毒副产物的主导地位,本文选取这两类物质为主要调查对象,调查时间为2017年—2019 年的丰水期,进行了3次抽样调查,样品来源于江西省赣南､赣北以及赣东北和其他典型区域的水厂泵房的出厂水｡按照 GB 5750—2006 的采样规范进行采样,用广口棕色具塞玻璃瓶装取水样10 L,标记好采样日期与样品编号,冷藏保存｡

本试验采用安捷伦品牌､型号为 7890B-5977A 的气相色谱质谱联用仪测定水样中的THMs;用安捷伦品牌､型号为7890B的气相色谱测定水样中的HAAs｡

1.2

典型区域饮用水中三卤甲烷（THMs）调查结果

主要针对三氯甲烷､一氯二溴甲烷､二氯一溴甲烷､三溴甲烷进行分析统计,调查结果如图 2 ~ 图 5所示｡

图 2 典型区域饮用水中三氯甲烷调查结果

图 3 典型区域饮用水中一氯二溴甲烷调查结果

我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)对上述 4 种 THMs 的限值要求分别为 0. 06､0. 06､0. 1､0. 1 mg / L｡如图 2 ~图 5 所示,平行于 x 轴的黑色实线为各个消毒副产物的规定限值｡31个区域中,大部分区域均有三氯甲烷的检出,平均浓度为0. 026 mg / L,其中,超过国家标准限值的城市有 4个,分别为采样时间为 2018 年的采样点 GDB3､采样时间为 2019 年的采样点 GB4､GQT9､GQT13;二氯一溴甲烷､一氯二溴甲烷的浓度大部分都在 0 ~0. 01 mg/L,平均浓度分别为 0. 007 6､0. 004 1 mg/L,其中,一氯二溴甲烷超过国家标准限值的为采样时间为 2019 年的采样点 GQT2;三溴甲烷的浓度很低,31 个城市中只有采样时间为 2019 年的采样点GQT2 有检出｡

图 4 典型区域饮用水中二氯一溴甲烷调查结果

图 5 典型区域饮用水中三溴甲烷调查结果

地域分布方面,赣南区域浓度水平较低,赣东北区域､赣北区域以及其他区域的浓度较高｡ 需指出的是,编号为 GQT2 的城市浓度水平很高,THMs 中4 种消毒副产物均有检出,且该水厂出厂水中一氯二溴甲烷超过了《生活饮用水卫生标准》( GB 5749—2006)中的规定限值｡ 结合后续对各个水厂净水工艺的调查,该水厂的净水工艺为“管道混合器+网格反应池+平流沉淀池+翻板滤池+清水池”｡因此,该地区净水工艺较单一,不能达到去除消毒副产物的目的,可以从提升后处理工艺方面考虑,如增加深度处理工艺等技术来去除多余的消毒副产物,保证其含量在规定的范围之内｡

1.3

典型区域饮用水中卤乙酸类（HAAs）调查结果

主要针对二氯乙酸( DCA)､三氯乙酸( TCA) 2项指标进行分析,调查结果如图 6 ~图 7 所示｡

图 6 典型区域饮用水中二氯乙酸调查结果

图 7 典型区域饮用水中三氯乙酸调查结果

我国《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)对 DCA､ TCA 所规定的的限值要求分别为 0. 050mg / L 和 0. 1 mg / L｡ 由图 6 ~ 图 7 可知,选取的 31个典型区域中,饮用水中 DCA 与 TCA 的检出率很高,分别为 93. 55%和 96. 77%,但平均浓度满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的限值要求｡其中,DCA 与 TCA 检出浓度较低,平均浓度均为0. 006 mg / L｡ 地域分布上,DCA 和 TCA 浓度南北差异不大｡

一般,造成 HAAs 浓度变化的因素有很多,例如水厂的消毒工艺､温度以及水源水的水质等｡ 目前,江西省的水厂主要是采用液氯消毒的方式,水源水的类型主要为江､河､湖泊以及水库水等,水源水多以水库水以及河床水为主｡ 因此,HAAs 大部分呈现检出的状态｡

02

水源水质对消毒副产物生成的影响

2.1

典型区域原水水质情况调查

为了进一步分析 THMs 与 HAAs 的调查结果,本文调查了同一时期的原水水质参数 pH､氨氮､CODMn 以及水温｡ 调查结果显示:水源水 pH 值的变化相对稳定,2017 年—2019 年,其变化均在 6 ~ 9;氨氮浓度变化较大,2017年的数据中,采样点 GN3 的氨氮含量很高,达到6. 16 mg / L,远远高于《地表水环境质量标准》 ( GB3838—2002) 的要求; CODMn 的浓度均在 0. 5 ~ 5mg / L,符合 《 地表水环境质量标准》 ( GB 3838—2002)的要求｡ 总体来说,2017 年—2019 年,江西省31 个采样点的数据显示,原水水质大部分符合 GB3838—2002 的要求｡

2.2

水源水水质对卤化消毒副产物浓度以及种类的影响

原水的水质参数,如水温､pH､氨氮､有机物含量等均对消毒副产物的生成有一定的影响｡ 如2019 年的调查数据中,编号为 GB4 的采样点,其有机物综合指标 CODMn 的含量较其他采样点高,达到了 4. 08 mg / L,同时,其 pH 值为 7. 88,水温为 21 ℃ ,氨氮含量为 0. 26 mg / L｡ 相应地,其出厂水中三氯甲烷的检出为 0. 191 mg / L,超过《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)中的规定限值,这是由于原水中存在许多可以与所投加的消毒剂发生反应的前体物质,出厂水中消毒副产物浓度较高｡

03

消毒方式及制水工艺对卤化消毒副产物的影响

3.1

江西省制水工艺及消毒方式调查

如表 1 所示,目前江西省的水处理工艺主要以常规工艺为主,且由于氯消毒具有价格低廉等优势,是江西省主要选用的消毒方式｡ 江西省普遍检出消毒副产物的情况与现状工艺水平和运行水平有较大的关联｡ 因此,为了提高对于消毒副产物的控制水平,提升工艺水平具有一定的必要性｡

表 1 典型区域制水工艺与消毒方式调查结果

3.2

制水工艺与消毒方式对卤化消毒副产物种类以及浓度的影响

水厂的制水工艺以及消毒方式的选择,也会对消毒副产物的种类及其含量有一定的影响｡ 通过以上调研可知,江西省的制水工艺没有包括深度处理这一部分,因此,在一定程度上影响了消毒副产物在后续出厂水中的检出｡ 如 2019 年的调研数据中,编号为 GB4 的采样点,该水厂采用的是液氯消毒的方式,其制水工艺主要是采用“管道混合器+网格反应池+斜管沉淀池+重力无阀滤池+清水池”,加上原水水质的影响,其出厂水中三氯甲烷的浓度偏高,且有一定浓度的一氯二溴甲烷､二氯一溴甲烷以及HAAs检出｡

04

总结与展望

通过对江西省 2017 年—2019 年 3 年丰水期 31个地区的卤化消毒副产物､相应原水水质以及制水工艺开展调研,发现很多地区都检出了微量的氯化消毒副产物,且部分区域还出现了超过《生活饮用水卫生标准》 ( GB 5749—2006)所规定的限值的现象,这应当引起相关部门的重视｡ 通过本次调研,大致了解到江西省普遍采用氯消毒常规工艺,且未采取深度处理的净水工艺,运行管理水平有 待提升｡ 目前,有很多高级深度水处理净化技术,如高级氧化技术(AOPs)､生物处理技术等｡ 这些水处理技术均对有机物有很好的去除作用｡ 因此,如何在达到去除病原微生物目的的同时,控制好出厂水中消毒副产物的含量,是江西省需解决的水处理问题之一｡

本文发表在《净水技术》2020年第12期,文章略有删减｡

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排版：西贝

校对：王佳