S市饮用水中三卤甲烷分析及其超标风险评价

胡 涛，宋一超

(1.上海城市水资源开发利用国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)

随着分析检测技术和毒性学研究的进步，饮用水中消毒副产物对人体健康的危害越来越受到重视[1-6]。为全面保障居民公共卫生及食品安全，进一步提升市民生活质量，2017年7月—2018年10月分别对S市15座水厂出厂水中三卤甲烷(THMs)进行检测、分析，检测指标包括：二氯一溴甲烷(DCBM)、一氯二溴甲烷(CDBM)、三溴甲烷(TBM)、三氯甲烷(TCM)。对照国标限值，将THMs超标风险水平进行分级，并对S市15座主要水厂出厂水中THMs进行统计分析，判定S市各水厂THMs 超标风险及对应级别，运用综合污染指数法对各副产物综合风险予以评估。以明确各水厂THMs 整体超标风险水平以及今后的重点控制目标，为保障S市饮用水安全指明方向，为进一步提高和保障S市饮用水品质提供理论依据和对策。

1 采样与评估方法

1.1 采样点及采样时间

出厂水采样点：选取S市不同水源、处理工艺水厂15座，分别对15座水厂的出厂水进行检测分析，每月采样1次，具体采样时间和采样点设置如表1所示。

1.2 检测方法

水样的采集、保存以及检测均严格按照《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750—2006)操作，主要检测指标包括TCM、DCBM、CDBM、TBM。

表1 采样点设置Tab.1 Setup of Sampling Points

1.3 评估方法

根据生活饮用水国家标准中THMs指标规定值，现将THMs超标风险划分为4个等级。其中，Ⅰ级:≥水质标准值；Ⅱ级: <水质标准值，但>水质标准值的60%；Ⅲ级: ≤水质标准值的60%，但>水质标准值的30%；≤水质标准值的30%属于无风险状态[7]。现行水质标准中TCM、DCBM、CDBM、TBM的限制值分别为0.06、0.06、0.10、0.10 mg/L，总THMs各单项测定值与其限值之比之和≤1。根据风险评价方法得到各THMs的风险控制值，如表2所示。

表2 THMs风险等级划分Tab.2 Risk Rating of THMs

综合污染指数法是对各污染指标的相对污染指数进行统计分析，得出代表水体污染程度的数值。该方法可以确定水体的污染程度[8]。综合污染指数是在单项污染指数的基础上计算而来，如式(1)。

(1)

其中：P——综合指数值；

Pi——i项指标的相对浓度，即DBPs实际检出值与现行水质标准限值的比值；

m——指标总数。

综合指数评价分为4 级，分别为：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 结果与讨论

2.1 不同处理工艺对出厂水中THMs生成量的影响

S市10座采用常规处理工艺和5座采用深度处理工艺(图1)水厂2017年7月—2018年10月出厂水中平均THMs检测结果如图2所示。采用常规处理工艺的出厂水中CDBM、DCBM、TBM、TCM的平均浓度分别为0.002 1、0.005 2、0.000 8、0.010 3 mg/L，各物质浓度均处于无风险等级。其中，TCM浓度远高于其他3种消毒副物。而采用深度处理工艺的各消毒副产物平均浓度分别为0.000 7、0.001 7、0.000 5、0.002 9 mg/L，经深度处理的出厂水中CDBM、DCBM、TBM、TCM的浓度明显减小，4种物质平均浓度分别削减了66.7%、67.3%、37.5%、71.8%。结果表明，深度处理和常规处理工艺水厂出厂水中4种THMs浓度关系均表现为：TCM > DCBM > CDBM > TBM。

YSP水厂同时包含常规处理和深度处理2条生产工艺。由图3可知：2017年7月—2018年10月，常规处理工艺出厂水中TCM的平均浓度为0.009 7 mg/L；深度处理出厂水中TCM的平均浓度为0.005 3 mg/L，生成量减少了45.4%；同样，深度处理工艺DCBM的平均浓度由0.005 3 mg/L减少为0.002 6 mg/L，降低了50.9%；CDBM的平均浓度由MH三期水厂和MH四期水厂均采用臭氧-活性炭联合深度处理工艺。但工艺设置方面，MH三期水厂采用的是“臭氧、活性炭+砂滤”的前置式臭氧活性炭深度工艺；MH四期水厂工艺则设置为砂滤池在臭氧接触池前、活性炭滤池在臭氧接触池后。2个水厂的工艺流程如图4所示。

图1 常规(a)和深度(b)工艺处理流程图Fig.1 Flow Chart of Conventional (a) and Advanced (b) Treatment Processes

图2 常规处理(a)和深度处理(b)工艺出厂水中THMs浓度Fig.2 Concentration of THMs in Conventional (a) and Advanced (b) Treatment Processes

0.001 7 mg/L减小到0.000 9 mg/L，降低了47.1%；TBM的平均浓度由0.000 9 mg/减小为0.000 6 mg/L，降低了33.33%。

图3 YSP水厂不同处理工艺出厂水中THMs平均含量Fig.3 Average Content of THMs with Different Processes in YSP WTP

由图5可知，虽然MH三期、四期水厂在工艺上只是将砂滤池和活性炭滤池做了前后调整，但出厂水中平均THMs含量却存在显著差异，MH三期出厂水中THMs明显要低于MH四期出厂水。MH三期、四期出厂水中CDBM平均含量分别为0.000 5、0.0008 5 mg/L，四期出厂水CDBM平均浓度高出三期75.0%；MH三期出厂水中DCBM平均含量为0.000 9 mg/L，MH四期浓度为0.001 4 mg/L，四期高出三期55.6%；TCM平均含量分别为0.000 7 mg/L和0.001 1 mg/L，四期高出三期57.1%。总体而言，MH三期水厂出厂水中THMs平均含量明显低于MH四期水厂，这与活性炭滤池前置有较大关联。分析认为，前置的活性炭滤池能够去除水体中大量的消毒副产物前体物，从而降低氯消毒工艺过程中THMs的产生。

图4 MH三期水厂(a)、MH四期水厂(b)工艺处理流程图Fig.4 Process Flow Chart of 3rd Phase Project (a) and 4th Phase Project (b) of MH WTP

图5 MH三期水厂、MH四期水厂出厂水中THMs含量Fig.5 Concentration of THMs in 3rd Phase Project and 4th Phase Project of MH WTP

综上分析，认为各水厂出厂水中THMs含量存在较大差异，与各水厂采用不同处理工艺紧密相关，不同的处理工艺对出厂水中THMs生成存在较大影响。

2.2 不同水源对THMs生成量的影响

2017年7月—2018年10月，对4大水库输水常规水质指标进行检测分析，各指标平均值如表3所示。由表3可知，QCS水库输水区耗氧量平均值最低，为2.38 mg/L，低于JZ水库的4.16 mg/L，说明QCS水库输水中有机物浓度较低。QCS、CH、DFXS这3大水库水源均来自长江，由于受库容大小影响及水库净化效果不同，各水库出水水质也存在较大差异，QCS水库出水浑浊度、耗氧量、电导率、氨氮、硝酸盐氮等均明显低于CH水库和DFXS水库，整体水质优于其他3个水库。

表3 各水库输水区常规水质指标Tab.3 Water Quality Indicators in Each Reservoir Service Areas

10座采用常规处理的自来水厂原水分别来自QCS水库、CH水库、DFXS水库，不同水库水源出厂水中消毒副产物生成量存在明显差异。现将2017年7月—2018年10月各水厂出厂水中THMs平均检测值按水源地不同进行划分。由图6可知，各水库水厂出厂水中 THMs浓度较高的是CH水库和DFXS水库，THMs浓度较低的是QCS水库。4种消毒副产物中，浓度最高的是TCM，CH水库和DFXS水库作为原水时其生成量相当，浓度为0.012 mg/L；QCS水库作为原水时，浓度仅为0.007 mg/L，只有CH水库和DFXS水库的58.3%。出厂水THMs中DCBM浓度相对较高，CH水库作为原水时，DCBM生成浓度最高，为0.006 mg/L；DFXS水库作为原水时，DCBM生成浓度为0.005 mg/L；QCS水库作为原水时，DCBM生成浓度最低，仅为0.003 5 mg/L。CDBM在出厂水THMs中所占组分相对较低，DFXS水库作为原水时，CDBM生成浓度最高，为0.001 8 mg/L；CH水库作为原水时，CDBM生成浓度为0.001 6 mg/L；QCS水库作为原水时，CDBM生成浓度为0.001 3 mg/L。针对不同的原水，TBM生成含量最低的是CH水源，QCS水源和DFXS水源的TBM生成量相当。

图6 不同水源对THMs的影响Fig.6 Influence of Different Water Sources on THMs

总体而言，在相同的处理工艺下，出厂水中消毒副产物含量受水源水质影响较为明显，QCS水库水源出厂水THMs显著低于其他水库水源水厂，这与QCS水库水力停留时间长，水质净化能力较强，水库出水水质明显优于其他水库出水水质有关。

2.3 出厂水中THMs的风险性评估

将S市10座常规处理的水厂和5座深度处理的水厂16个月连续监测的消毒副产物THMs数据进行平均数统计，如表4所示。CX水厂、WS水厂、YP水厂、LJ水厂以及CZ水厂可能出现THMs超标风险。目前，以上各水厂出厂水中消毒副产物总THMs存在Ⅲ级超标风险。TCM、DCBM、CDBM、TBM等指标的生成浓度均普遍较低，这可能与S市水源水中溴离子浓度较低有关。

由表4可知，CX水厂、WS水厂、YP水厂、LJ水厂以及CZ水厂的出厂水THMs存在Ⅲ级超标风险。由图7可知：在2017年7月—10月，以上5座水厂的THMs含量均达到了Ⅲ级超标风险；次年的6月—10月，THMs含量虽低于上一年的THMs含量，但多数测量值也达到了Ⅲ级超标风险；然而，在2017年11月—2018年5月，5座水厂的THMs含量均低于0.3，不存在超标风险或者风险较小。这说明季节变化对消毒副产物生成的影响较大[9-11]，高温季节各水厂的THMs生成量会有所升高，达到Ⅲ级超标的风险，冬春季气温较低，不会导致THMs含量超标。

对THMs进行综合评价，YSP水厂、CQ水厂、XJ水厂、CX水厂、NS水厂、JS水厂等15个主要水厂(常规处理及深度处理)2017年7月—2018年10月出厂水中各THMs的综合评价指数值如表5所示。各水厂出厂水中THMs的综合评价指数在0.015～0.131，远小于0.8(合格)，这说明S市THMs整体超标风险处于较低水平。

表4 各水厂出厂水中THMs产物含量Tab.4 Concentration of THMs in Finished Water in Each WTP

图7 5座水厂出厂水中总THMsFig.7 Content of THMs in 5 WTPs

3 结论与建议

3.1 结论

(1)目前，S市各水厂出厂水中THMs浓度含量均处于较低水平，THMs的综合评价指数值在0.015～0.131，远小于0.8(合格)，整体超标风险处于较低水平。

(2)相同处理工艺下，出厂水中消毒副产物含量受原水水源影响较为明显，优质的原水水质能够有效减小后期THMs的产生。THMs的生成也受温度影响，夏季高温会促进THMs生成。

表5 THMs综合评价指数Tab.5 Comprehensive Evaluation Index of THMs

(3)深度处理工艺的出厂水中THMs含量明显低于常规处理工艺。与此同时，水厂处理工艺中各构筑物设置顺序做出调整也会显著影响出厂水中THMs含量。采用臭氧-活性炭联用深度处理工艺时，活性炭滤池前置、砂滤池后置能够有效减少THMs生成。

3.2 建议

(1)深度处理工艺能够有效降低消毒副产物THMs含量，降低其超标风险。目前，S市仍有大多数水厂采用常规处理工艺，水务部门应加快提标步伐，尽快实现全部深度处理工艺，改善居民饮用水水质。

(2)在深度处理工艺设置过程中，应加大研究力度，进一步确定最优组合工艺，最大限度地提升出厂水水质。

(3)除了通过工艺改造来降低消毒副产物生成量，应从源头出发，改善湖库对水体的净化能力，提升原水水质，降低水厂处理压力。