城乡供水管网中消毒副产物的浓度水平与分布规律_甄伟前.pdf

第 43 卷第 3 期2023 年 3 月Vol.43，No.3Mar.，2023环境科学学报Acta Scientiae Circumstantiae城乡供水管网中消毒副产物的浓度水平与分布规律甄伟前1，焦佳佳1，李忠禹1，彭健伟2，董燕珊2，黄璜1，*1.中山大学环境科学与工程学院，广东省环境污染控制与修复技术重点实验室，广州 5100062.佛山水业三水供水有限公司，佛山 528100摘要：通过12个月采集的153个水样，调查了中国南方城市佛山某水厂城乡集中供水管网中消毒副产物（DBPs）的浓度水平与时空分布情况.在供水管网中，三卤甲烷（THMs）、卤乙醛（HALs）、卤乙腈（HANs）和卤乙酰胺（HAcAms）这4类DBPs均被检出，其中位浓度分别为19.81、2.91、1.70和1.14 g L-1.4类DBPs浓度在输送至农村方向管网水中的沿程变化规律与在输送至城市方向的相似.供水干管中的THMs、HALs和HANs浓度均随输配距离的增加而增大，且支管中DBPs浓度普遍更高.管网水中的4类DBPs浓度在冬季均相对较低，而THMs、HALs、HANs浓度在春季相对较高.该调查结果补充了对中国南方城乡集中供水的长距离管网输送中DBPs浓度水平与变化规律的认识，为城乡集中供水地区水质安全评价与风险控制提供依据.关键词：供水管网；消毒副产物；卤乙腈；卤乙酰胺文章编号：0253-2468（2023）03-0186-09 中图分类号：TU991.2 文献标识码：AOccurrence and variability of disinfection byproducts in a centralized water distribution system in urban and rural communitiesZHEN Weiqian1，JIAO Jiajia1，LI Zhongyu1，PENG Jianwei2，DONG Yanshan2，HUANG Huang1，*1.School of Environmental Science and Engineering，Guangdong Provincial Key Laboratory of Environmental Pollution Control and Remediation Technology，Sun Yat-Sen University，Guangzhou 5102752.Foshan Sanshui Water Supply Co.Ltd.，Foshan 528100Abstract：The spatial and seasonal variabilities of disinfection byproducts（DBPs）in a centralized water distribution system in urban and rural communities of Foshan city in Southern China was investigated by using a 12-month sampling program obtaining 153 samples.Four groups of DBPs including trihalomethanes（THMs），haloacetaldehydes（HALs），haloacetonitrile（HANs）and haloacetamide（HAcAms）were detected in the distribution system.Their median concentrations over the entire period were 19.81，2.91，1.70 and 1.14 g L-1，respectively.The variations of DBP concentrations with distance along the rural pipelines were similar to those along the urban pipelines.The concentrations of THMs，HALs and HANs appeared to increase with increasing distance along the main pipelines，and DBP concentrations in branch pipelines were even higher.The concentrations of four groups of DBPs were generally low in winter，while the concentrations of THMs，HALs and HANs were mostly high in spring.The results supplement the database of DBP occurrence and variation in urban-rural integration water distribution systems in Southern China，and provide basic information for evaluating and guaranteeing the safety of drinking water in the systems.Keywords：drinking water distribution system；disinfection byproducts；haloacetonitriles；haloacetamides1引言（Introduction）氯消毒可以有效地抑制饮用水中微生物的生长，保障饮用水的生物安全和公共健康（Anderson，1991），但氯消毒剂会与水中的有机物发生反应生成具有毒性效应的消毒副产物（DBPs）（Richardson et al.，2007；Shanks et al.，2013）.三卤甲烷（THMs）与卤乙酸（HAAs）是水中浓度最高的两类DBPs，已被列入众多国家与地区的水质标准中进行管控（Lee et al.，2018）.卤乙醛（HALs）是水中浓度第三高的DBPs，但仅其中DOI：10.13671/j.hjkxxb.2022.0274甄伟前，焦佳佳，李忠禹，等.2023.城乡供水管网中消毒副产物的浓度水平与分布规律 J.环境科学学报，43（3）：186-194ZHEN Weiqian，JIAO Jiajia，LI Zhongyu，et al.2023.Occurrence and variability of disinfection byproducts in a centralized water distribution system in urban and rural communities J.Acta Scientiae Circumstantiae，43（3）：186-194收稿日期：2022-06-15 修回日期：2022-08-05 录用日期：2022-08-09基金项目：国家自然科学基金（No.22176226）；广东省基础与应用基础研究基金（No.2020A1515011047）作者简介：甄伟前（1998），男，E-mail：；*责任作者，E-mail：huangh46 3 期甄伟前等：城乡供水管网中消毒副产物的浓度水平与分布规律的三氯乙醛（CH）被广泛关注，其它HALs的研究相对较少（Koudjonou et al.，2008；Huang et al.，2017a；Gao et al.，2019）.近年来，卤乙腈（HANs）和卤乙酰胺（HAcAms）等含氮DBPs（N-DBPs）引起公众的关注，因为相比于THMs等含碳DBPs，N-DBPs在饮用水中的浓度虽然较低，但具有更高的细胞毒性和遗传毒性（Muellner et al.，2007；Plewa et al.，2008；Bond et al.，2015）.在饮用水加氯消毒后的管网输配过程中，水中余氯会与有机物持续发生反应，造成管网水中的DBPs浓度普遍高于出厂水（Toroz et al.，2005）.因此，城市供水管网系统中的DBPs、特别是受控THMs与HAAs的浓度分布与变化规律已受到广泛关注（Wei et al.，1998；Krasner，2009；程明等，2014），但THALs以及HANs、HAcAms等含氮DBPs的报道相对较少（Huang et al.，2017b）.已有研究表明，城市供水管网中的DBPs浓度随区域或季节变化（Mouly et al.，2010；程明等，2014；Huang et al.，2017b）.随着城乡一体化的不断推进和改善农村供水水质的需要，城乡集中供水的方式在我国得到了逐步的推广（Yu et al.，2019）.城乡统筹供水的方式导致供水管道的铺设距离增加，并且距离较远的郊区或农村地区往往人均用水量低于城区（广东省水利厅，2021）.因此，城乡集中供水管网末梢水的水力停留时间长，可能导致DBPs在管网水中的累积，直接关系居民的水质安全.因此，对城乡集中供水管网中DBPs的浓度水平与分布规律更需要重视.本研究围绕粤港澳大湾区佛山市一座日均供水30万t的采用氯消毒的水厂的城乡集中供水管网，考察管网水中DBPs的浓度水平，研究管网水中DBPs的时空变化规律，以加强对城乡集中供水方式的管网水中DBPs浓度变化的认识.本研究关注的DBPs主要包括HANs、HAcAms这两类高毒性N-DBPs与较少报道的HALs，管控THMs作为对照同时进行研究.2材料与方法（Materials and methods）2.1采样点的选择该水厂采用常规混凝、沉淀、过滤与氯消毒工艺，水厂出水沿南北向两条干管分别输送至城区与农村两个方向且未设置中途加氯，南向城区方向的干管主要为球墨铸铁管，北向农村方向的干管主要为预应力钢筒混凝土管.除了出厂水外，在输送至城区方向管线上选择干管采样点U1、U2和U3以及支管采样点U4、U5和U6，类似地在输送至农村方向管线上选取干管采样点R1、R2和R3以及支管采样点R4、R5和R6，具体如图1所示.2.2水样的采集对水厂的滤后水、出厂水和12个管网水采样点进行12次月度采样（2019年12月2020年11月，其中2020年2月因新冠疫情影响未采样，后于2021年2月采样）.干管水样通过流量计、固定监测采样点等直接采集管网水，支管水样在用户端水龙头采集.水样现场测定余氯，并满瓶顶空收集至盛有抗坏血酸的60 mL带有聚四氟乙烯隔垫的琥珀色玻璃瓶中用于 DBPs测定（Huang et al.，2017b），其中抗坏血酸是广泛使用的余氯淬灭剂，不会显著影响常见C-DBPs与N-DBPs的检测（Ina et al.，2014；Ding et al.，2018）.水样装在带有冰袋的泡沫箱中运回实验室，储存于-4 的条件下并于当天完成DBPs的萃取.图1管网采样点示意图Fig.1Diagram of sampling points along the distribution system187环境科学学报43 卷2.3分析方法对滤后水水样利用总有机碳（TOC）测定仪（Shimadzu TOC-VCPH）测定 TOC 浓度，利用 NH4+-N、NO2-N、NO3-N 浓度测定仪（HANNA HI96700、HI96707、HI96728）分别测定三氮浓度，采用离子色谱仪（Thermo Fisher ICS-900）测定Br浓度.滤后水的水质基本参数如表1所示.对出厂水与管网水进行余氯与DBPs测定.游离余氯与总余氯的测定使用DPD 比色分析仪（HANNA HI96711）.测定的 DBPs包括三氯甲烷（TCM）、一溴二氯甲烷（BDCM）、二溴一氯甲烷（DBCM）和三