安庆市水质处理升级对有机污染物的影响——以三卤甲烷为例

安庆市供水集团公司 吴兆祥，潘春海，方思梦，汪莹，陈薇

自从20世纪中期在饮用水中检测到三卤甲烷后，人们开始对伴随消毒剂产生的副产物三卤甲烷进行研究。THMs具有潜在致癌性，危害人类健康，并且能通过皮肤、空气吸入等途径进入人体，因此如何有效地降低饮用水中THMs的含量成为降低人类健康风险的关键。目前国家生活饮用水卫生标准GB/T5749-2006中规定三卤甲烷的限值为1，其计算值由包括三氯甲烷、一氯二溴甲烷、二氯一溴甲烷和三溴甲烷在内的消毒副产物除以各自限值后相加得出。其中，饮用水中三氯甲烷和二氯一溴甲烷的数值对三卤甲烷的数值影响最大，因此要控制好含氯消毒剂的投加量，但投加量会受到水体质量的影响而发生波动，其中有机污染物的含量直接影响消毒剂的加入量，因此如何有效地降低水体中的有机物成为水质净化工艺中重要的环节。

一、影响三卤甲烷生成的因素

（一）水质状况

水源水中的有机物种类和浓度、pH、水温和溴离子含量等会对三卤甲烷的生成产生影响，其中水中可溶性有机物中约有一半为腐殖酸和富里酸，它们是消毒副产物的主要前驱物，它们在天然水体中广泛存在，对改善水质有一定的作用，但是含量过高会产生危害人体健康环境的负面影响。腐殖酸含量高会让水体出现异味，容易滋生微生物细菌等，更重要的是腐殖酸能够发生氯化反应，生成的含氯化合物具有致癌性，其中就包括三氯甲烷等消毒副产物。使用含氯消毒剂消毒是饮用水消毒处理的主要方式，因此必须要降低水体中它们的含量。对长江水源中的含溴物质进行检测，发现含溴物质含量很低，因此对三卤甲烷的生成影响不大。因为三氯甲烷等消毒副产物具有挥发性，会随着水体中的温度升高而减少，从而导致三卤甲烷含量降低，因此饮用水加热后饮用会降低健康风险[2]。除此之外，三卤甲烷会随着饮用水pH值增加而升高，其主要影响在于pH值会提高自然有机物的表面活性和反应活性，在碱性条件下会催化强化卤仿取代反应，从而增加三卤甲烷的含量。

（二）消毒剂投加量

以三卤甲烷为例其形成过程主要是氯或者溴离子与甲基酮化合物之间的反应过程。通过氯原子取代、加成前体物，然后通过结构转换成醛酮结构，再与氯离子或者溴离子亲电加成水解后生成三卤甲烷，因此水中含氯消毒剂的投加量对三卤甲烷有很大影响[3]。

二、三卤甲烷的控制途径

目前三卤甲烷的控制主要有：1.加强对长江水源水的保护，尽量避免人为制造污染物进入水体，定期清理水源垃圾，不随意排放垃圾。加大对水资源保护的宣传力度，和政府合作，加强对长江水源水污染源的监控。2.在水质处理工艺中对原水中的前体物进行去除，包括在原水进入处理工艺前进行预处理，从而去除一些前体物，在满足净水效果的同时尽量控制消毒剂投加量。

三、深度处理技术分析

目前安庆第二、第三水厂的水质处理环节增加了砂滤、活性炭-臭氧深度处理工艺，长江水质较浑浊，进厂原水经过砂滤预处理后，可以去除其中的悬浮物、有机物、胶质颗粒、臭味及部分重金属离子。对比砂滤处理前后水中有机物含量UV254测量数据，发现处理后的有机物含量明显降低，平均减少量能达到一倍以上。根据水厂各自砂滤和深度处理后水样在UV254处的数据比较，经过深度处理后的水样中的有机物去除率在18%-35%。其中活性炭吸附对烷烃类有机物去除效果最好，也能去除多环芳烃和卤代烃等有机物。臭氧能降低水体中的TOC，去除部分消毒副产物前体物。臭氧可以将水中难降解的大分子物质氧化成小分子，结合活性炭吸附，大大提高净化效果[4-5]。

四、实验内容和分析

以安庆第一水厂和第三水厂为实验对象，它们的进厂原水都来源于长江，其中第一水厂未进行深度处理工艺升级，第三水厂完成并运行深度处理工艺。

在相同取样条件和检测条件下，对采集的水源水进行定性测量。由图1可知，在夏季时受高温影响，水样中的有机物含量高，所以在UV254处显示的吸光度较高，水样中有机物含量较高，在冬季时数值较低。处理环节相比初步的砂滤环节，活性炭-臭氧深度处理环节对水体中有机物的降解效果显著，经过处理后，有机物的去除率能达到33%，处理后出厂水中的有机物去除率能达到57%。

图1 2020年6～12月份第三水厂深度处理环节对有机物的去除效果

对比第一水厂和第三水厂出厂水中UV254的数值，由图2中可以看出，在控制消毒剂投加量和常规处理条件基本相同的情况下，第三水厂进厂原水经过深度处理后有机物去除效果显著，有机物减少值最高能达到38%，有效地提升了水质净化程度。

图2 2020年6～12月份第一、第三水厂出厂水有机物的去除效果

由图3可知，在夏季时两个水厂三卤甲烷的生成值都比较高，这主要是由于夏季气温高，水体中容易滋生各种藻类和细菌微生物，会对水体造成污染，导致水体中有机污染物含量的增多，消毒剂投加量也相应提高。随着季节的变化，三卤甲烷值也在发生变化，从夏季到冬季呈下降趋势。通过比较两个水厂相同月份的三卤甲烷值，经过深度处理后三卤甲烷的生成值明显低于未经深度处理之前，减少量能达到33%。

图3 2020年第一、第三水厂出厂水THMs随月份的变化趋势

根据图3第三水厂出厂水中三卤甲烷含量随月份的变化的趋势发现，在8月时水中的三卤甲烷含量达到最大值，因此在8月对第三水厂相同的处理条件下每隔一天共抽取16个水样进行三卤甲烷含量的测定。由于安庆市区7月底到8月初这段时间降水量较大，对水源水质产生一定的影响，由图4可知，刚开始三卤甲烷含量存在一些波动，甚至出现了最低值。随着气温升高，在8月中旬三卤甲烷值达到最高，到月底三卤甲烷值相对稳定。

图4 2020年八月份第三水厂出厂水THMs变化趋势

五、深度处理工艺的不足之处

深度处理工艺虽然对有机物有很好的去除效果，但处理能力有限。在夏季时气温较高，水中容易滋生藻类和各种微生物，它们产生的可溶性代谢物是生成三卤甲烷的重要前体物，在这种情况下，为了使净化水质达到要求，不可避免会增加消毒剂或者臭氧的投加量，同时也增加了处理成本。此外水质复杂多变时，深度处理运行参数也需要进行动态调整，否则会造成处理效果或者臭氧投加量过高，导致资源浪费的同时增加有毒副产物。

六、结论和建议

从实验数据可以看出，安庆市供水水厂水质处理工艺的改造升级能有效地提高水质处理能力，大大降低水中各种化学物质指标的含量，其中对以三卤甲烷为主的消毒副产物的去除效果显著，和常规处理工艺相比对水体中有机污染物的去除优势明显。经过深度处理后，含氯消毒剂投加量有了更广的投加范围，水体中的有机污染物含量低，适当加入稍微过量的含氯消毒剂不会使三卤甲烷等消毒副产物含量超过饮用水国家标准限值。

虽然深度处理工艺效果显著，但如何让处理效果达到最优仍然需要根据实际水质情况进行研究，毕竟处理设备前期投入大、运行成本高，应在节能和处理效益之间寻找到平衡点。比如，选用最合适的活性炭，注意臭氧的投加量和投加时间等。可以针对这些影响因素进一步优化处理工艺参数，建立臭氧投加量动态控制模型。针对不同季节长江水源的水质状况，适时统计臭氧和消毒剂投加量和投加比例，建立它们的变化关系模型，尽可能地发挥深度处理效能[6]。针对夏季藻类较多的情况，可以加强臭氧预处理，将投加时间提前。进一步改善活性炭吸附絮凝条件，提高混凝沉淀能力。除此之外还，可以缩短炭滤池的运行周期，提高冲洗强度，避免滤池堵塞。

安庆市水质深度处理工艺的升级适应了社会发展的需要，水作为生命之源，其安全性尤为重要，人们也愈发重视饮水安全，这就要求进一步提升水质处理能力，确保水质更加健康安全，这也是饮用水生产的必然要求。