S市飲用水中三鹵甲烷分析及其超標風險評價

胡 濤，宋一超

(1.上海城市水資源開發(fā)利用國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)

隨著分析檢測技術(shù)和毒性學研究的進步，飲用水中消毒副產(chǎn)物對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，進一步提升市民生活質(zhì)量，2017年7月—2018年10月分別對S市15座水廠出廠水中三鹵甲烷(THMs)進行檢測、分析，檢測指標包括：二氯一溴甲烷(DCBM)、一氯二溴甲烷(CDBM)、三溴甲烷(TBM)、三氯甲烷(TCM)。對照國標限值，將THMs超標風險水平進行分級，并對S市15座主要水廠出廠水中THMs進行統(tǒng)計分析，判定S市各水廠THMs 超標風險及對應級別，運用綜合污染指數(shù)法對各副產(chǎn)物綜合風險予以評估。以明確各水廠THMs 整體超標風險水平以及今后的重點控制目標，為保障S市飲用水安全指明方向，為進一步提高和保障S市飲用水品質(zhì)提供理論依據(jù)和對策。

1 采樣與評估方法

1.1 采樣點及采樣時間

出廠水采樣點：選取S市不同水源、處理工藝水廠15座，分別對15座水廠的出廠水進行檢測分析，每月采樣1次，具體采樣時間和采樣點設置如表1所示。

1.2 檢測方法

水樣的采集、保存以及檢測均嚴格按照《生活飲用水標準檢驗方法》(GB/T 5750—2006)操作，主要檢測指標包括TCM、DCBM、CDBM、TBM。

表1 采樣點設置Tab.1 Setup of Sampling Points

1.3 評估方法

根據(jù)生活飲用水國家標準中THMs指標規(guī)定值，現(xiàn)將THMs超標風險劃分為4個等級。其中，Ⅰ級:≥水質(zhì)標準值；Ⅱ級: <水質(zhì)標準值，但>水質(zhì)標準值的60%；Ⅲ級: ≤水質(zhì)標準值的60%，但>水質(zhì)標準值的30%；≤水質(zhì)標準值的30%屬于無風險狀態(tài)[7]。現(xiàn)行水質(zhì)標準中TCM、DCBM、CDBM、TBM的限制值分別為0.06、0.06、0.10、0.10 mg/L，總THMs各單項測定值與其限值之比之和≤1。根據(jù)風險評價方法得到各THMs的風險控制值，如表2所示。

表2 THMs風險等級劃分Tab.2 Risk Rating of THMs

綜合污染指數(shù)法是對各污染指標的相對污染指數(shù)進行統(tǒng)計分析，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)是在單項污染指數(shù)的基礎上計算而來，如式(1)。

(1)

其中：P——綜合指數(shù)值；

Pi——i項指標的相對濃度，即DBPs實際檢出值與現(xiàn)行水質(zhì)標準限值的比值；

m——指標總數(shù)。

綜合指數(shù)評價分為4 級，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)濃度均處于無風險等級。其中，TCM濃度遠高于其他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%?？傮w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)，不同的處理工藝對出廠水中THMs生成存在較大影響。

2.2 不同水源對THMs生成量的影響

2017年7月—2018年10月，對4大水庫輸水常規(guī)水質(zhì)指標進行檢測分析，各指標平均值如表3所示。由表3可知，QCS水庫輸水區(qū)耗氧量平均值最低，為2.38 mg/L，低于JZ水庫的4.16 mg/L，說明QCS水庫輸水中有機物濃度較低。QCS、CH、DFXS這3大水庫水源均來自長江，由于受庫容大小影響及水庫凈化效果不同，各水庫出水水質(zhì)也存在較大差異，QCS水庫出水渾濁度、耗氧量、電導率、氨氮、硝酸鹽氮等均明顯低于CH水庫和DFXS水庫，整體水質(zhì)優(yōu)于其他3個水庫。

表3 各水庫輸水區(qū)常規(guī)水質(zhì)指標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、CH水庫、DFXS水庫，不同水庫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平均檢測值按水源地不同進行劃分。由圖6可知，各水庫水廠出廠水中 THMs濃度較高的是CH水庫和DFXS水庫，THMs濃度較低的是QCS水庫。4種消毒副產(chǎn)物中，濃度最高的是TCM，CH水庫和DFXS水庫作為原水時其生成量相當，濃度為0.012 mg/L；QCS水庫作為原水時，濃度僅為0.007 mg/L，只有CH水庫和DFXS水庫的58.3%。出廠水THMs中DCBM濃度相對較高，CH水庫作為原水時，DCBM生成濃度最高，為0.006 mg/L；DFXS水庫作為原水時，DCBM生成濃度為0.005 mg/L；QCS水庫作為原水時，DCBM生成濃度最低，僅為0.003 5 mg/L。CDBM在出廠水THMs中所占組分相對較低，DFXS水庫作為原水時，CDBM生成濃度最高，為0.001 8 mg/L；CH水庫作為原水時，CDBM生成濃度為0.001 6 mg/L；QCS水庫作為原水時，CDBM生成濃度為0.001 3 mg/L。針對不同的原水，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。

圖6 不同水源對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水庫水源出廠水THMs顯著低于其他水庫水源水廠，這與QCS水庫水力停留時間長，水質(zhì)凈化能力較強，水庫出水水質(zhì)明顯優(yōu)于其他水庫出水水質(zhì)有關(guān)。

2.3 出廠水中THMs的風險性評估

將S市10座常規(guī)處理的水廠和5座深度處理的水廠16個月連續(xù)監(jiān)測的消毒副產(chǎn)物THMs數(shù)據(jù)進行平均數(shù)統(tǒng)計，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超標風險。目前，以上各水廠出廠水中消毒副產(chǎn)物總THMs存在Ⅲ級超標風險。TCM、DCBM、CDBM、TBM等指標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級超標風險。由圖7可知：在2017年7月—10月，以上5座水廠的THMs含量均達到了Ⅲ級超標風險；次年的6月—10月，THMs含量雖低于上一年的THMs含量，但多數(shù)測量值也達到了Ⅲ級超標風險；然而，在2017年11月—2018年5月，5座水廠的THMs含量均低于0.3，不存在超標風險或者風險較小。這說明季節(jié)變化對消毒副產(chǎn)物生成的影響較大[9-11]，高溫季節(jié)各水廠的THMs生成量會有所升高，達到Ⅲ級超標的風險，冬春季氣溫較低，不會導致THMs含量超標。

對THMs進行綜合評價，YSP水廠、CQ水廠、XJ水廠、CX水廠、NS水廠、JS水廠等15個主要水廠(常規(guī)處理及深度處理)2017年7月—2018年10月出廠水中各THMs的綜合評價指數(shù)值如表5所示。各水廠出廠水中THMs的綜合評價指數(shù)在0.015～0.131，遠小于0.8(合格)，這說明S市THMs整體超標風險處于較低水平。

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的綜合評價指數(shù)值在0.015～0.131，遠小于0.8(合格)，整體超標風險處于較低水平。

(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，夏季高溫會促進THMs生成。

表5 THMs綜合評價指數(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，水廠處理工藝中各構(gòu)筑物設置順序做出調(diào)整也會顯著影響出廠水中THMs含量。采用臭氧-活性炭聯(lián)用深度處理工藝時，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，降低其超標風險。目前，S市仍有大多數(shù)水廠采用常規(guī)處理工藝，水務部門應加快提標步伐，盡快實現(xiàn)全部深度處理工藝，改善居民飲用水水質(zhì)。

(2)在深度處理工藝設置過程中，應加大研究力度，進一步確定最優(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，應從源頭出發(fā)，改善湖庫對水體的凈化能力，提升原水水質(zhì)，降低水廠處理壓力。