有機磷滅蚊劑投放濃度和時間對水體總磷的影響

趙 詣

(上海市浦東新區水文水資源管理署，上海 200129)

作為傳統四害，蚊子能廣泛傳播登革熱(Denguevirus)病毒、寨卡黃熱病毒(Flavivirus)、阿爾法病毒(Alphavirus)、寨卡病毒(Zikavirus)等至少26種病毒，是目前國內大部分地區登革熱的最主要傳播媒介[1-2]。研究表明，上海城區地面雨水井和下水道中積水明顯，是嗜吸人血的蚊蟲主要孳生地，為蚊蟲防控重點地區[3]。為應對因蚊蟲引起的公共衛生事件，已有研究在人口相對密集區域的雨水井和下水道中投放甲基嘧啶磷、毒死蜱等有機磷殺蟲劑[4]。傳統有機磷殺蟲劑多為高度或中度有毒物，對人和動物產生神經毒性[5]。“1%雙硫磷顆粒”對魚類及人畜的毒性均很低，被世界衛生組織推薦為可直接在飲用水中使用的殺蚊劑[6-7]。由于其選擇性強、濃度低，在防治蚊蟲試驗中獲得優于其他有機磷藥劑的效果[8]。作為新型低毒有機磷殺蟲劑，“1%雙硫磷顆粒”已被廣泛應用于上海城鎮河道和雨水井中。2018年，莫旦紅等[9]在上海寶山區1 200個雨水井內投放了“1%的雙硫磷顆粒”，發現該藥劑可有效降低嗜血幼蚊及成蚊的密度。

有機磷殺蟲劑與水具有相似極性，在水體中的溶解度高于有機氯藥劑，其在水體中的廣泛應用易導致藥劑殘留，從而產生地下水與地表水污染[10-11]。“1%雙硫磷顆粒”投放到雨水井后，會隨雨水井匯集于雨水泵站，進而排入河道。上海城區中雨水井眾多，大量“1%雙硫磷顆粒”投放可能增加河道水體的污染風險。1978年至21世紀初，上海河道整治主要圍繞消除黑臭水體，NH3-N是制約上海河道水質類別的主要因子[12-13]。進入“十四五規劃”后，上海河道治理目標變為在基本消除黑臭水體的基礎上消除劣Ⅴ類水體。監測數據顯示，截至2019年，上海已完成1萬余條段劣Ⅴ類河道整治，劣Ⅴ類水體占比已降至7.8%，但許多區段水體中的TP質量濃度依然徘徊在GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中的Ⅴ類上限值(0.4 mg/L)附近，TP是影響水質類別的主要指標之一。目前，上海河道TP污染主要來自上游來水、直接排水、面源污染以及雨水泵站放江[14]。有機磷殺蟲劑對于地表水污染的研究主要集中在經面源污染、地表徑流后對水體的污染等[15-19]，而關于雨水井投放有機磷殺蟲劑的廢水伴隨泵站放江對于河道水質的影響研究鮮見報道。本文研究“1%雙硫磷顆粒”的投加量、投放后反應時間對水體中TP、S2-及NH3-N質量濃度的影響，并探討該藥劑的安全投放量及安全投放面積，以期為上海城區雨水井中“1%雙硫磷顆粒”殺蟲劑的安全投放提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試用水采用去離子水；供試藥劑——“1%雙硫磷顆粒”，由巴斯夫(中國)有限公司提供，其有效成分為硫代磷酸酯，淡黃色，顆粒狀，有刺激性氣味。

1.2 試驗設計

a.試驗裝置。自行設計制作試驗裝置(圖1)，主反應容器由玻璃鋼制成，有效容積為10 L；反應裝置上部設置去離子水和藥劑注入口，裝置右下側設置出水龍頭；整個裝置下部置于震蕩平臺，用于藥劑注入后進行震蕩反應。

圖1 試驗裝置

b.藥劑投加量及反應時間。按照所選“1%雙硫磷顆粒”藥劑推薦適宜投加量，試驗共設置5個藥劑投加量：0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L；設置3個反應時間：1 h、48 h和60 h；共15個處理組，每組重復3次。

c.試驗方法。先將10 L去離子水分別注入試驗裝置主反應容器中，然后根據設計投加量將藥劑投入各處理組反應容器，分別按照藥劑建議使用時間震蕩反應1 h、48 h和60 h，然后從出水龍頭取水測定TP、NH3-N及S2-的質量濃度。

1.3 檢測指標與方法

檢測指標與方法參照《水和廢水監測分析方法》[19]。TP：先采用硫酸鉀分解樣品，再用鉬銻抗分光光度法測定，水樣在120 ℃、30 min加熱分解；NH3-N：采用納氏試劑分光光度法；S2-：先采用玻璃纖維濾膜過濾，再采用對氨基二甲基苯胺光度法(亞甲藍法)測定。

1.4 數據分析

采用SPSS 22.0對試驗數據進行分析，采用單因素方差分析(ANOVA)比較各處理組數據的差異性，采用LSD(least significance difference)多重比較方法比較兩組之間的差異性，采用Excel 2019制圖。

2 結果與分析

2.1 污染物釋放量

分別將0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L的“1%雙硫磷顆粒”投入水體，發現在反應1 h、48 h及60 h后僅有少量溶解；在 60 h后，投加量為0.05 g/L樣品的容器底部仍有顆粒物殘留，而投加量為0.50 g/L和1.00 g/L的水溶液呈現渾濁狀態。污染物檢測結果表明，在本試驗所有樣本中，水體中S2-質量濃度均小于檢出限(0.02 mg/L)。此外各組水樣中NH3-N質量濃度處于0.029～0.036 mg/L之間，均低于GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅰ類標準，組間無明顯差異。上述結果表明投放“1%雙硫磷顆粒”對水體中S2-及NH3-N的質量濃度影響較小，且增加藥劑的投加量及反應時間對水體S2-及NH3-N的質量濃度影響均較小。

不同投加量及不同反應時間下的樣本中TP的質量濃度見表1。由表1可見，同種藥劑投放量下反應1 h、48 h和60 h的樣本中TP質量濃度無明顯差異(P>0.05)；藥劑投放量為0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L時，樣本中TP質量濃度分別為0.04～0.08 mg/L、0.09～0.14 mg/L、0.23～0.29 mg/L、0.52～0.64 mg/L和1.10～1.35 mg/L。可見，不同量藥劑在投放1 h后，水體中TP質量濃度已達到穩定，且在60 h內質量濃度基本保持不變。另外，藥劑投放后不同反應時間后樣本水體中TP質量濃度均隨藥劑投加量的增加呈上升趨勢，TP質量濃度最低的均為投加量為0.05 g/L的樣本，TP質量濃度高的均為投加量為1.00 g/L的樣本。分析表明，藥劑投加量為0.05 g/L和0.10 g/L的樣本中TP質量濃度無明顯差異(P>0.05)；藥劑投加量為0.20 g/L的樣本中TP質量濃度顯著高于投加量為0.05 g/L和0.10 g/L的樣本(P<0.05)；而藥劑投加量為0.50 g/L的樣本中TP質量濃度顯著高于投加量為0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的樣本(P<0.05)；而藥劑投加量為 1.00 g/L 的樣本中TP質量濃度顯著高于投放量為0.50 g/L、0.20 g/L、0.10 g/L和0.05 g/L的樣本(P<0.05)，分別高出1.25倍、3.81倍、7.95倍和19.72倍。

總體而言，藥劑投放后，樣本中TP質量濃度隨藥劑投加量的增加而增加，藥劑投加量分別為 0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的樣本中TP質量濃度分別為0.06 mg/L、0.13 mg/L和0.25 mg/L，均低于GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中Ⅳ類水的標準限值(0.30 mg/L)。而藥劑投加量為 0.50 g/L 和1.00 g/L的樣本中TP質量濃度分別為0.58 mg/L和1.24 mg/L，均超過GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中Ⅴ類水的標準限值(0.40 mg/L)，分別高出45%和210%。

2.2 藥劑投加量及反應時間對TP釋放量的影響

采用一元回歸分析將藥劑投加后的水體中TP質量濃度、藥劑投加量和反應時間進行擬合，結果見圖2。結果表明，反應時間與TP質量濃度無明顯相關關系；而藥劑投加量與TP質量濃度呈顯著正相關關系(R2=0.846 4)，水體中TP質量濃度隨藥劑投加量呈指數上升，可見增加藥劑的投加量會導致水體中TP的污染風險大幅度提升。

(a) 藥劑投加量與TP質量濃度

2.3 安全性分析

“1%雙硫磷顆”投放以水體面積計算投加量，其推薦適宜投加量為0.05～1.00 g/m2。將試驗數據折算成“1%雙硫磷顆粒”不同投加量投入水后的TP釋放量(表2)，以便后續分析雨水井面積及深度對TP釋放量的影響。由表2可見，不同投加量及不同反應時間下，TP釋放量無明顯差異，在1.06～1.30 mg/g之間，可見藥劑投加量及反應時間對TP釋放量無明顯影響。

表2 不同投加量和不同反應時間下單位面積質量藥劑的TP釋放量

選擇常見的泵站集水井，規格為長方體(40 m×40 m×12 m)、長方體(30 m×30 m×12 m)、圓柱體(r=12 m,h=12 m)，分析3種集水井所連接雨水井的“1%雙硫磷顆粒”安全投放量和安全投放面積。取單位質量藥劑的最大TP釋放量1.30 mg/g為標準，設定集水井中TP質量濃度小于GB 3838—2002《地表水環境質量標準》中Ⅴ類水的標準限值(0.40 mg/L)時，該泵站所排放廢水不會使河道水質惡化到劣Ⅴ類，處于相對安全級別。計算所得3種規格集水井所連接的雨水井中“1%雙硫磷顆粒”安全投放總量分別為5.91 t、3.32 t和1.67 t，安全投放總面積分別是1.82 km2、0.66 km2和0.33 km2。

以上海市浦東新區涇西雨水泵站為例，計算投加“1%雙硫磷顆粒”藥劑后，泵站水體中TP質量濃度為雨水井面積總和、藥劑最大投放量、藥劑最大TP釋放量三者之積除以集水井總體積。經統計，與該雨水泵站相連的雨水井數量為2 300個，雨水井面積總和為1 135 m2；藥劑最大投加量按藥劑說明書選取5 g/m2；藥劑最大TP釋放量取1.30 mg/g；廢水井選取體積最小集水井，半徑為12 m的圓形集水井，體積約為5.42×106L。計算結果表明，藥劑投加后，浦東新區涇西雨水泵站TP質量濃度值僅約為0.001 mg/L，遠低于Ⅴ類水的標準限值。據此，實際運行工況中，與一個雨水泵站和集水井相連的下水道及雨水井中投放的“1%雙硫磷顆粒”總量及投放總面積均遠小于計算安全水平。

3 結 論

a.“1%雙硫磷顆粒”投放對水體S2-及NH3-N的質量濃度無明顯影響，各試驗組水體中S2-質量濃度均小于檢出限(0.02 mg/L)，NH3-N質量濃度處于0.029～0.036 mg/L之間，均低于GB 3838—2002《地表水環境質量標準》Ⅰ類水標準。

b.“1%雙硫磷顆粒”投放后水體TP質量濃度隨投放量增加而提高，兩者呈顯著正相關關系(R2=0.85)，增加藥劑的投加量會導致水體中TP的污染風險大幅度提升。

c.“1%雙硫磷顆粒”不同投加量及不同反應時間下的TP釋放量在1.06～1.30 mg/g之間，組間無明顯差異。