安慶市水質處理升級對有機污染物的影響
——以三鹵甲烷為例

安慶市供水集團公司 吳兆祥，潘春海，方思夢，汪瑩，陳薇

自從20世紀中期在飲用水中檢測到三鹵甲烷后，人們開始對伴隨消毒劑產生的副產物三鹵甲烷進行研究。THMs具有潛在致癌性，危害人類健康，并且能通過皮膚、空氣吸入等途徑進入人體，因此如何有效地降低飲用水中THMs的含量成為降低人類健康風險的關鍵。目前國家生活飲用水衛(wèi)生標準GB/T5749-2006中規(guī)定三鹵甲烷的限值為1，其計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內的消毒副產物除以各自限值后相加得出。其中，飲用水中三氯甲烷和二氯一溴甲烷的數值對三鹵甲烷的數值影響最大，因此要控制好含氯消毒劑的投加量，但投加量會受到水體質量的影響而發(fā)生波動，其中有機污染物的含量直接影響消毒劑的加入量，因此如何有效地降低水體中的有機物成為水質凈化工藝中重要的環(huán)節(jié)。

一、影響三鹵甲烷生成的因素

（一）水質狀況

水源水中的有機物種類和濃度、pH、水溫和溴離子含量等會對三鹵甲烷的生成產生影響，其中水中可溶性有機物中約有一半為腐殖酸和富里酸，它們是消毒副產物的主要前驅物，它們在天然水體中廣泛存在，對改善水質有一定的作用，但是含量過高會產生危害人體健康環(huán)境的負面影響。腐殖酸含量高會讓水體出現異味，容易滋生微生物細菌等，更重要的是腐殖酸能夠發(fā)生氯化反應，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產物。使用含氯消毒劑消毒是飲用水消毒處理的主要方式，因此必須要降低水體中它們的含量。對長江水源中的含溴物質進行檢測，發(fā)現含溴物質含量很低，因此對三鹵甲烷的生成影響不大。因為三氯甲烷等消毒副產物具有揮發(fā)性，會隨著水體中的溫度升高而減少，從而導致三鹵甲烷含量降低，因此飲用水加熱后飲用會降低健康風險[2]。除此之外，三鹵甲烷會隨著飲用水pH值增加而升高，其主要影響在于pH值會提高自然有機物的表面活性和反應活性，在堿性條件下會催化強化鹵仿取代反應，從而增加三鹵甲烷的含量。

（二）消毒劑投加量

以三鹵甲烷為例其形成過程主要是氯或者溴離子與甲基酮化合物之間的反應過程。通過氯原子取代、加成前體物，然后通過結構轉換成醛酮結構，再與氯離子或者溴離子親電加成水解后生成三鹵甲烷，因此水中含氯消毒劑的投加量對三鹵甲烷有很大影響[3]。

二、三鹵甲烷的控制途徑

目前三鹵甲烷的控制主要有：1.加強對長江水源水的保護，盡量避免人為制造污染物進入水體，定期清理水源垃圾，不隨意排放垃圾。加大對水資源保護的宣傳力度，和政府合作，加強對長江水源水污染源的監(jiān)控。2.在水質處理工藝中對原水中的前體物進行去除，包括在原水進入處理工藝前進行預處理，從而去除一些前體物，在滿足凈水效果的同時盡量控制消毒劑投加量。

三、深度處理技術分析

目前安慶第二、第三水廠的水質處理環(huán)節(jié)增加了砂濾、活性炭-臭氧深度處理工藝，長江水質較渾濁，進廠原水經過砂濾預處理后，可以去除其中的懸浮物、有機物、膠質顆粒、臭味及部分重金屬離子。對比砂濾處理前后水中有機物含量UV254測量數據，發(fā)現處理后的有機物含量明顯降低，平均減少量能達到一倍以上。根據水廠各自砂濾和深度處理后水樣在UV254處的數據比較，經過深度處理后的水樣中的有機物去除率在18%-35%。其中活性炭吸附對烷烴類有機物去除效果最好，也能去除多環(huán)芳烴和鹵代烴等有機物。臭氧能降低水體中的TOC，去除部分消毒副產物前體物。臭氧可以將水中難降解的大分子物質氧化成小分子，結合活性炭吸附，大大提高凈化效果[4-5]。

四、實驗內容和分析

以安慶第一水廠和第三水廠為實驗對象，它們的進廠原水都來源于長江，其中第一水廠未進行深度處理工藝升級，第三水廠完成并運行深度處理工藝。

在相同取樣條件和檢測條件下，對采集的水源水進行定性測量。由圖1可知，在夏季時受高溫影響，水樣中的有機物含量高，所以在UV254處顯示的吸光度較高，水樣中有機物含量較高，在冬季時數值較低。處理環(huán)節(jié)相比初步的砂濾環(huán)節(jié)，活性炭-臭氧深度處理環(huán)節(jié)對水體中有機物的降解效果顯著，經過處理后，有機物的去除率能達到33%，處理后出廠水中的有機物去除率能達到57%。

圖1 2020年6～12月份第三水廠深度處理環(huán)節(jié)對有機物的去除效果

對比第一水廠和第三水廠出廠水中UV254的數值，由圖2中可以看出，在控制消毒劑投加量和常規(guī)處理條件基本相同的情況下，第三水廠進廠原水經過深度處理后有機物去除效果顯著，有機物減少值最高能達到38%，有效地提升了水質凈化程度。

圖2 2020年6～12月份第一、第三水廠出廠水有機物的去除效果

由圖3可知，在夏季時兩個水廠三鹵甲烷的生成值都比較高，這主要是由于夏季氣溫高，水體中容易滋生各種藻類和細菌微生物，會對水體造成污染，導致水體中有機污染物含量的增多，消毒劑投加量也相應提高。隨著季節(jié)的變化，三鹵甲烷值也在發(fā)生變化，從夏季到冬季呈下降趨勢。通過比較兩個水廠相同月份的三鹵甲烷值，經過深度處理后三鹵甲烷的生成值明顯低于未經深度處理之前，減少量能達到33%。

圖3 2020年第一、第三水廠出廠水THMs隨月份的變化趨勢

根據圖3第三水廠出廠水中三鹵甲烷含量隨月份的變化的趨勢發(fā)現，在8月時水中的三鹵甲烷含量達到最大值，因此在8月對第三水廠相同的處理條件下每隔一天共抽取16個水樣進行三鹵甲烷含量的測定。由于安慶市區(qū)7月底到8月初這段時間降水量較大，對水源水質產生一定的影響，由圖4可知，剛開始三鹵甲烷含量存在一些波動，甚至出現了最低值。隨著氣溫升高，在8月中旬三鹵甲烷值達到最高，到月底三鹵甲烷值相對穩(wěn)定。

圖4 2020年八月份第三水廠出廠水THMs變化趨勢

五、深度處理工藝的不足之處

深度處理工藝雖然對有機物有很好的去除效果，但處理能力有限。在夏季時氣溫較高，水中容易滋生藻類和各種微生物，它們產生的可溶性代謝物是生成三鹵甲烷的重要前體物，在這種情況下，為了使凈化水質達到要求，不可避免會增加消毒劑或者臭氧的投加量，同時也增加了處理成本。此外水質復雜多變時，深度處理運行參數也需要進行動態(tài)調整，否則會造成處理效果或者臭氧投加量過高，導致資源浪費的同時增加有毒副產物。

六、結論和建議

從實驗數據可以看出，安慶市供水水廠水質處理工藝的改造升級能有效地提高水質處理能力，大大降低水中各種化學物質指標的含量，其中對以三鹵甲烷為主的消毒副產物的去除效果顯著，和常規(guī)處理工藝相比對水體中有機污染物的去除優(yōu)勢明顯。經過深度處理后，含氯消毒劑投加量有了更廣的投加范圍，水體中的有機污染物含量低，適當加入稍微過量的含氯消毒劑不會使三鹵甲烷等消毒副產物含量超過飲用水國家標準限值。

雖然深度處理工藝效果顯著，但如何讓處理效果達到最優(yōu)仍然需要根據實際水質情況進行研究，畢竟處理設備前期投入大、運行成本高，應在節(jié)能和處理效益之間尋找到平衡點。比如，選用最合適的活性炭，注意臭氧的投加量和投加時間等。可以針對這些影響因素進一步優(yōu)化處理工藝參數，建立臭氧投加量動態(tài)控制模型。針對不同季節(jié)長江水源的水質狀況，適時統(tǒng)計臭氧和消毒劑投加量和投加比例，建立它們的變化關系模型，盡可能地發(fā)揮深度處理效能[6]。針對夏季藻類較多的情況，可以加強臭氧預處理，將投加時間提前。進一步改善活性炭吸附絮凝條件，提高混凝沉淀能力。除此之外還，可以縮短炭濾池的運行周期，提高沖洗強度，避免濾池堵塞。

安慶市水質深度處理工藝的升級適應了社會發(fā)展的需要，水作為生命之源，其安全性尤為重要，人們也愈發(fā)重視飲水安全，這就要求進一步提升水質處理能力，確保水質更加健康安全，這也是飲用水生產的必然要求。