北方某城市飲用水管網(wǎng)中亞氯酸鹽調(diào)查

李 妍，崔崇威，許鐵夫

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱150090)

自20世紀(jì)70年代，氯仿等氯化消毒副產(chǎn)物相繼在自來水中被檢出［1］，大量的研究結(jié)果表明，飲用氯消毒水的人群癌癥的發(fā)病率明顯升高［2－3］.在氯消毒的副產(chǎn)物中，大部分揮發(fā)性/非揮發(fā)性鹵代有機(jī)物具有致突變性和致癌性［4－6］.因此，世界衛(wèi)生組織和世界各國相關(guān)機(jī)構(gòu)紛紛修改或制訂新的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)［7－11］.自此，二氧化氯、氯胺等作為新一代消毒劑開始被使用.特別是有機(jī)穩(wěn)定性二氧化氯，這種有機(jī)物是一種包含分子態(tài)二氧化氯的有機(jī)化合物，它的外包裝常常成為細(xì)菌的營養(yǎng)物質(zhì)，這些物質(zhì)的配位結(jié)構(gòu)在細(xì)菌的作用下降解，破裂的同時(shí)會(huì)釋放出自由的二氧化氯分子并成為細(xì)菌的殺手［12］.二氧化氯的消毒殺菌原理是靠其強(qiáng)氧化能力破壞微生物細(xì)胞賴以生存的酶，阻止蛋白質(zhì)的合成，從而將菌藻類分解而殺死.凈化機(jī)理是通過與各種有色、有毒、臭味物質(zhì)發(fā)生氧化反應(yīng)［12］.二氧化氯的有效氯是氯的2.6倍，在消毒過程中可以大量減少使用量，同時(shí)二氧化氯消毒不產(chǎn)生由氯消毒所產(chǎn)生的三鹵甲烷等有機(jī)氯化物，從而避免了“三致”效應(yīng)(致癌、致畸、致突變).此外，二氧化氯還具有不易水解，消毒效果比較穩(wěn)定，可實(shí)現(xiàn)有壓投加，自動(dòng)化程度比較高等特點(diǎn).目前，單獨(dú)使用二氧化氯或與其他消毒劑聯(lián)合作為飲用水消毒劑的水廠越來越多［13］.但是二氧化氯消毒同樣具有一定的缺點(diǎn)，也應(yīng)給予足夠的重視.二氧化氯消毒會(huì)產(chǎn)生亞氯酸鹽、氯酸鹽等無機(jī)消毒副產(chǎn)物，其中，亞氯酸鹽毒性最大，對人類健康存在潛在毒性［14－15］.因此，調(diào)查研究實(shí)際管網(wǎng)中二氧化氯消毒副產(chǎn)物亞氯酸鹽的變化規(guī)律并對其影響因素進(jìn)行分析，對消毒劑的安全使用以及飲用水品質(zhì)的提高具有重要意義.近幾年來亞氯酸鹽的調(diào)查越來越引起人們的重視.以往的調(diào)查研究大多著眼于飲用水中亞氯酸鹽的去除［16－18］，而實(shí)際管網(wǎng)中亞氯酸鹽的變化研究涉及甚少，國內(nèi)有關(guān)亞氯酸鹽的調(diào)查工作也較少.本文對北方某以二氧化氯為消毒劑的飲用水管網(wǎng)中氯的各種形態(tài)(殘留二氧化氯、氯化物、亞氯酸鹽以及氯酸鹽)的質(zhì)量濃度水平進(jìn)行了檢測.進(jìn)而分析實(shí)際水廠管網(wǎng)中影響到亞氯酸鹽質(zhì)量濃度變化的因素，為進(jìn)一步完善我國飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù).

1 試驗(yàn)方法

從2012年3月～2012年8月期間，連續(xù)6次在北方某以二氧化氯為單一消毒劑的配水管網(wǎng)的水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)采取水樣，采樣管網(wǎng)類型包括:主干管、支管、聯(lián)絡(luò)管、末端管線、管件節(jié)點(diǎn)、調(diào)節(jié)池，清水池.測定樣品水中的各種氯形態(tài)物質(zhì)量濃度，包括殘留二氧化氯質(zhì)量濃度、氯化物質(zhì)量濃度、亞氯酸鹽和氯酸鹽的質(zhì)量濃度等.

試驗(yàn)中的氯化物、氯酸鹽和亞氯酸鹽質(zhì)量濃度采用離子色譜法測定(DX－300，Dionex，USA)，操作條件如下:采用AS9－HC色譜分離柱，AG9－HC保護(hù)柱，洗脫液和存儲(chǔ)液為9.0 mmol/L的Na2CO3，流速為1 mL/min，抑制器電流 60 mA，直接進(jìn)樣，進(jìn)樣量為150μL，柱溫30℃，電導(dǎo)檢測.可同時(shí)測定水中亞氯酸鹽和氯酸鹽，獲得亞氯酸鹽的檢出限為0.010 mg/L，氯酸鹽的檢出限為0.012 mg/L.殘余二氧化氯采用便攜式二氧化氯測試儀現(xiàn)場測定.

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

北方某城市水廠是以二氧化氯為消毒劑的典型管網(wǎng)，處理原水取自黑龍江.庫中現(xiàn)有水體水質(zhì)總礦化度600 mg/L左右，pH 值為8.6～8.9，屬二級(jí)生活飲用水水源.采用常規(guī)水處理工藝:混凝沉淀、過濾、消毒工藝.原水經(jīng)過加藥、反應(yīng)、沉淀、過濾、消毒5道主要生產(chǎn)工序后，達(dá)到國標(biāo)GB5749－2006《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定限值后，由外輸機(jī)泵加壓通過計(jì)量設(shè)施打入城市供水管網(wǎng).本研究采樣點(diǎn)分布情況如圖1和表1.

圖1 管網(wǎng)采樣點(diǎn)的分布圖

表1 管網(wǎng)采樣點(diǎn)分布情況

圖1和表2顯示了各管網(wǎng)采樣點(diǎn)的具體情況.其中主干管占采樣點(diǎn)總數(shù)的10%，連接管和轉(zhuǎn)彎管占20%，清水池和清水罐占30%，支管占10%，末端管線占30%.不同類型的管網(wǎng)采樣點(diǎn)代表了采樣點(diǎn)的不同特征.在相同條件下，管徑小的管網(wǎng)點(diǎn)流速較大，聯(lián)絡(luò)管的流速在不同時(shí)間段是不同的，末端管線的液壓比較小，轉(zhuǎn)彎點(diǎn)是管垢容易積存的位置，而不同的取樣時(shí)間代表了不同的環(huán)境溫度.根據(jù)對這些特征性的管網(wǎng)點(diǎn)的調(diào)查，可以獲得影響飲用水中消毒副產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化因素.實(shí)際管網(wǎng)中氯酸鹽的量很少，均小于0.05 mg/L;氯化物的質(zhì)量濃度保持穩(wěn)定，平均值均在42～45 mg/L;二氧化氯的質(zhì)量濃度呈現(xiàn)一定的變化趨勢;而亞氯酸鹽是二氧化氯消毒的主要副產(chǎn)物，并在不同取樣季節(jié)的質(zhì)量濃度差異較小.根據(jù)各個(gè)月份管網(wǎng)取樣點(diǎn)的質(zhì)量濃度平均值，分析亞氯酸鹽和二氧化氯的分布規(guī)律，如圖2所示.

圖2 管網(wǎng)中亞氯酸鹽和二氧化氯各月平均質(zhì)量濃度分布圖

通過圖2可以明顯看出，2、3、6#采樣點(diǎn)的亞氯酸鹽質(zhì)量濃度明顯低于管網(wǎng)平均值.2、3、6#采樣點(diǎn)的平均質(zhì)量濃度分別為 0.45、0.43、0.47 mg/L，而管網(wǎng)取樣點(diǎn)的平均質(zhì)量濃度達(dá)到0.63mg/L.對比表2發(fā)現(xiàn)，它們分別是連接管、轉(zhuǎn)彎管和支管.這說明管網(wǎng)中的管垢存積和流速是管網(wǎng)中亞氯酸鹽質(zhì)量濃度衰減的主要因素.管徑越小，流速越大的管網(wǎng)點(diǎn)的亞氯酸鹽質(zhì)量濃度越低，且管網(wǎng)轉(zhuǎn)彎和閥門等管垢容易積存的點(diǎn)的亞氯酸鹽質(zhì)量濃度也較低.分析其原因可能是由于給水管網(wǎng)中水流速度影響離子沉淀以及管材中鐵的釋放與亞氯酸根發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而降低亞氯酸根質(zhì)量濃度，并且氧化還原產(chǎn)物進(jìn)一步促進(jìn)管垢的形成進(jìn)而增強(qiáng)吸附作用，所以，調(diào)節(jié)好給水管道中的含鐵比例和合適的管垢的處理策略對飲用水的水質(zhì)影響研究應(yīng)受到更多的重視.

管網(wǎng)中殘留的二氧化氯也呈現(xiàn)了一定的變化趨勢，2、4、9、10#采樣點(diǎn)的二氧化氯質(zhì)量濃度略低于管網(wǎng)平均值.2、4、9、10#采樣點(diǎn)的二氧化氯質(zhì)量濃度分別為 0.06、0.08、0.09、0.08 mg/L，而管網(wǎng)取樣點(diǎn)的平均質(zhì)量濃度達(dá)到0.12 mg/L.對比表2發(fā)現(xiàn)，它們基本都是末端管線，這基本符合管網(wǎng)中二氧化氯消毒的分布趨勢.

而由于管網(wǎng)是個(gè)動(dòng)態(tài)的消毒體系，管道中的環(huán)境及消毒控制極其復(fù)雜多變，很難直接從管網(wǎng)數(shù)據(jù)獲得確切的單因子變量的分析結(jié)果.所以，具體的管垢組成、管垢形狀，以及動(dòng)態(tài)管網(wǎng)對亞氯酸鹽的具體影響機(jī)制，還有待進(jìn)一步研究.

3 結(jié)語

本研究的目的是為了更好的了解飲用水管網(wǎng)中的消毒副產(chǎn)物——亞氯酸鹽的變化規(guī)律.著重調(diào)查了以二氧化氯為單一消毒劑的飲用水管網(wǎng)中的各種氯形態(tài)的質(zhì)量濃度，分析了影響實(shí)際飲用水管網(wǎng)中亞氯酸根質(zhì)量濃度的可能性因素，如:管垢、溫度、管徑和流速等情況.

研究結(jié)果說明在飲用水管網(wǎng)中，氯酸鹽在實(shí)際管網(wǎng)中很少.各季節(jié)管網(wǎng)取樣點(diǎn)的亞氯酸鹽質(zhì)量濃度基本無差別，表明環(huán)境溫度對其基本無影響;而不同取樣點(diǎn)有一定差異，表明流速、管徑和管垢可能是影響亞氯酸根消減的主要因素.分析其原因可能是由于給水管網(wǎng)中水流速度影響離子沉淀以及管材中鐵的釋放與亞氯酸根發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而降低亞氯酸根質(zhì)量濃度，并且氧化還原產(chǎn)物進(jìn)一步促進(jìn)管垢的形成進(jìn)而增強(qiáng)吸附作用，所以，調(diào)節(jié)好給水管道中的含鐵比例和合適的管垢處理策略對飲用水的水質(zhì)影響研究應(yīng)受到更多的重視.本研究初步探索了實(shí)際給水管網(wǎng)中的二氧化氯消毒副產(chǎn)物的分布及變化規(guī)律，研究結(jié)果對消毒劑的安全使用以及飲用水品質(zhì)的提高具有重要意義.

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