飲用水中氯化消毒副產(chǎn)物超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估

王 茜，林志宏 ，華 勃

(1.佛山市水業(yè)集團(tuán)有限公司，廣東 佛山 528000 ； 2.哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150000)

飲用水消毒是20世紀(jì)最有效的公共健康措施之一，為預(yù)防飲用水流行病提供了有效保障[1]。飲用水消毒殺菌的同時(shí)伴隨著消毒劑與原水中含有的一些天然有機(jī)物和環(huán)境有機(jī)污染物以及溴或碘化物的化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生多種消毒副產(chǎn)物(Disinfection by-products,DBPs)對(duì)人體健康構(gòu)成潛在的威脅。隨著原水水質(zhì)的惡化，DBPs的問(wèn)題逐漸成為關(guān)注焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道中的飲用水DBPs已超過(guò)700多種[2]。主要種類包括：三鹵甲烷(Trihalomethanes, THMs)、鹵乙酸(Haloacetic acids, HAAs)、溴酸鹽(BrO3-)、亞氯酸鹽(ClO2-)、鹵化氰(XCNs)、鹵代乙腈(HANs)、鹵代硝基甲烷(HNMs)、鹵代酮(Halogenated ketones,HKs)、鹵代酚(Halophenols)、醛(aldehydes)類等。隨著分析檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，不斷有新的DBPs被發(fā)現(xiàn)，如致誘變化合物(MXs)、鹵代呋喃、亞硝胺(NMs)、碘代酸(IAs)以及鹵代對(duì)苯醌(HBQs)等。其中，三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)和三氯乙醛(CH)為主要的三大類DBPs。

首先對(duì)DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行分級(jí)，對(duì)2017年7月至2018年12月三間水廠出廠水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，判斷氯化消毒副產(chǎn)物的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并運(yùn)用綜合污染指數(shù)法對(duì)DBPs綜合風(fēng)險(xiǎn)予以評(píng)估，以明確DBPs整體超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平和重點(diǎn)控制的化合物。

1 材料與方法

1.1 DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平分級(jí)

根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)DBPs各項(xiàng)目限值，可將DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分為三級(jí)：一級(jí)：大于或等于我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)限值；二級(jí)：小于我國(guó)現(xiàn)行國(guó)標(biāo)限值，但大于國(guó)標(biāo)限值的60%；三級(jí)：小于或等于國(guó)標(biāo)限值的60%，但大于國(guó)標(biāo)限值的30%。小于或等于國(guó)標(biāo)限值的30%屬于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)[3]。根據(jù)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)中不同消毒副產(chǎn)物的限值以及超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各DBPs的風(fēng)險(xiǎn)控制值，如表1所示。

表1 消毒副產(chǎn)物國(guó)標(biāo)限值及風(fēng)險(xiǎn)控制值

1.2 綜合污染指數(shù)法

綜合污染指數(shù)法是對(duì)各種污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出代表水體污染程度的數(shù)值，該方法可以確定研究水體的污染程度[4]。綜合污染指數(shù)的計(jì)算是在單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上計(jì)算得到的，其計(jì)算公式如(1)所示：

公式中：P，綜合指數(shù)值；m，指標(biāo)總數(shù)；Pi，i項(xiàng)指標(biāo)的相對(duì)濃度，即DBPs實(shí)際檢出值與國(guó)標(biāo)限值的比值；綜合指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)如表2所示。

表2 綜合指數(shù)評(píng)價(jià)分級(jí)

2 結(jié)果與討論

某市位于珠江水系流域沿岸，但各區(qū)水廠的原水卻不完全相同。因此選取該市三區(qū)三間原水不同水廠的出廠水進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，按照DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平分級(jí)方法判定該市水廠DBPs超標(biāo)分先級(jí)別，對(duì)該地區(qū)的DBPs風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行全面評(píng)估。

由于這三間水廠的鹵乙酸每半年監(jiān)測(cè)一次，且在2017—2018年時(shí)段內(nèi)的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，二氯乙酸和三氯乙酸項(xiàng)目均低于方法的檢出限，并無(wú)分析超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的意義，因此在這里不作評(píng)價(jià)，只分析三鹵甲烷和三氯乙醛的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

2.1 三鹵甲烷超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

三鹵甲烷，即三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、三溴甲烷。對(duì)該市三間水廠出廠水中的THMs濃度隨時(shí)間分布進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2.1.1三氯甲烷(TCM)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)該市三間水廠出廠水中的TCM濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濃度隨時(shí)間分布如圖1所示。

圖1 三間水廠出廠水中三氯甲烷濃度

由圖1分析可知，三間水廠出廠水中的三氯甲烷濃度范圍為0.000 1～0.014 3 mg/L，平均濃度為0.004 7 mg/L。結(jié)合圖1分析可知，B水廠的三氯甲烷濃度相對(duì)其他兩間水廠濃度水平普遍偏高，并且3間水廠出廠水中的三氯甲烷具有明顯的季節(jié)性變化趨勢(shì)，其中溫度較高的6—10月份濃度相對(duì)較高。根據(jù)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)，三間水廠的三氯甲烷都屬于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.1.2二氯一溴甲烷(BDCM)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)該市三間水廠出廠水中的BDCM濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濃度隨時(shí)間分布如圖2所示。

圖2 三間水廠出廠水中二氯一溴甲烷濃度

由圖2分析可知，三間水廠出廠水的二氯一溴甲烷濃度范圍0.000 1～0.006 2 mg/L，平均濃度為0.001 8 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的下限值，均屬于無(wú)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。其中B水廠的二氯一溴甲烷濃度相對(duì)于其他兩間水廠的濃度水平普遍偏高，并無(wú)明顯的季節(jié)變化趨勢(shì)。

2.1.3一氯二溴甲烷(DBCM)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)分析

對(duì)該市3間水廠出廠水中的DBCM濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濃度隨時(shí)間分布如圖3所示。

圖3 三間水廠出廠水中一氯二溴甲烷濃度

由圖3分析可知，三間水廠出廠水的一氯二溴甲烷濃度范圍0.000 1～0.002 6 mg/L，平均濃度為0.000 8 mg/L，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的下限值，均屬于無(wú)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，這與該城市水源水中溴離子濃度較低有關(guān)。其中B水廠的一氯二溴甲烷濃度相對(duì)于其他兩間水廠的濃度水平普遍偏高，并無(wú)明顯的季節(jié)變化趨勢(shì)。

2.1.4三溴甲烷超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)該市三間水廠出廠水中的三溴甲烷濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濃度隨時(shí)間分布如圖4所示。

由圖4分析可知，三間水廠出廠水的三溴甲烷除2017年11月份B水廠和C水廠有檢出外，其他月份濃度均低于檢出限，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的下限值，均屬于無(wú)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，這與該城市水源水中溴離子濃度較低有關(guān)。

2.1.5三鹵甲烷超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

主要分析三鹵甲烷實(shí)際濃度與各自限值的比值，四種化合物實(shí)際濃度與各自限值的比值之和≤1。對(duì)該市三間水廠出廠水中的三鹵甲烷水平進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，隨時(shí)間分布如圖5所示。

圖5 三間水廠出廠水中三鹵甲烷水平

由圖5分析可知，三間水廠出廠水中的三鹵甲烷水平范圍為0.004～0.343，平均水平為0.118，B水廠于2018年10月和11月的三鹵甲烷水平屬于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，其它月份低于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的下限值，A水廠和C水廠在統(tǒng)計(jì)期間的三鹵甲烷低于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的下限值，均處于無(wú)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。

2.2 三氯乙醛(CH)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

對(duì)該市三間水廠出廠水中的三氯乙醛濃度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，濃度隨時(shí)間分布如圖6所示。

圖6 三間水廠出廠水中三氯乙醛濃度

由圖6分析可知，三間水廠出廠水中的三氯乙醛濃度范圍在0.001～0.009 mg/L，平均濃度為0.002 mg/L，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)比例為9.3%，屬于二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，18.5%屬于三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，72.2%屬于無(wú)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)。由三間水廠出廠水三氯乙醛濃度分析可知，三氯乙醛整體超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較其他物質(zhì)高，尤其夏天溫度較高的夏季尤其需重點(diǎn)關(guān)注，按照我國(guó)現(xiàn)有水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值，超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.3 DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)估

現(xiàn)主要對(duì)三氯甲烷、二氯一溴甲烷、一氯二溴甲烷、三氯乙醛三類DBPs進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，用三間水廠出廠水從2017—2018年度的原始數(shù)據(jù)除以相對(duì)應(yīng)的國(guó)標(biāo)限值轉(zhuǎn)化為該物質(zhì)的相對(duì)濃度，如表3所示。

表3 三間水廠DBPs相對(duì)濃度

續(xù)表3 三間水廠DBPs相對(duì)濃度

將表3中的DBPs相對(duì)濃度用公式(1)計(jì)算得到綜合評(píng)估結(jié)果如表4所示。

表4 2017年7月至2018年12月三間水廠綜合評(píng)估指數(shù)

注：2018年度綜合評(píng)估指數(shù)平均值，A水廠為0.019，B水廠為0.160，C水廠為0.092。

由表4分析可知，三間水廠的出廠水DBPs的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)均小于0.8，處于較低水平。說(shuō)明三間水廠的DBPs整體風(fēng)險(xiǎn)水平較低，就綜合評(píng)價(jià)指數(shù)平均值來(lái)看，三間水廠的DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平從高到低依次為B水廠、C水廠、A水廠。

3 結(jié)論

對(duì)2017—2018年某市三間水廠出廠水中的DBPs超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，結(jié)論如下：①三鹵甲烷的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，大多處于無(wú)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，三氯乙醛超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，有27.8%處于三級(jí)以上超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。②三鹵甲烷的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)呈比較明顯的季節(jié)性變化，在溫度較高的(6—10月)相對(duì)較高。③三間水廠的超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從高到低依次為為B水廠、C水廠、A水廠，但均處于較低水平，因此這三間水廠DBPs綜合超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)水平較低。