上海市从源头到龙头的饮用水...染物分布特征及健康风险评价_严棋.pdf

Eco-EnvironmentalKnowledge Web环 境 科 学Environmental Science第44卷第4期 2023年4月Vol44，No4 Apr，2023上海市从源头到龙头的饮用水新型污染物分布特征及健康风险评价严棋(上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司，上海200082)摘要:通过监测饮用水新型污染物从源头到龙头的分布情况，研究明确了藻毒素、内分泌干扰物和抗生素三类新型污染物在各供水环节中的浓度情况，并对各类新型污染物对人体的健康风险开展评价工作 结果表明，进厂水中的藻毒素主要以 MC-和 MC-L 为主，内分泌干扰物仅为双酚 S 和雌酮两种 经过水厂处水工艺后，上述污染物可得到有效的去除 监测期间，除2020 年 1 月检出磺胺类抗生素，其余时段的抗生素类型主要以氟甲砜霉素(FF)为主 FF 的去除效果对氯的形态有较明显的相关性，自由氯消毒相对于化合氯消毒，对 FF 的去除效果较为良好 藻毒素的风险度、内分泌干扰物的非致癌风险值和抗生素的风险商值均远小于 1，尤其在二次供水环节，表明这三类饮用水新型污染物对人体健康均不构成直接威胁关键词:从源头到龙头;藻毒素;内分泌干扰物;抗生素;健康风险评价中图分类号:X820.4文献标识码:A文章编号:0250-3301(2023)04-2136-11DOI:1013227/j hjkx202203016收稿日期:2022-03-02;修订日期:2022-07-07作者简介:严棋(1990 )，男，硕士，主要研究方向为饮用水安全保障，E-mail:yanqi12390126 comDistribution Characteristics and Health isk Assessment of Emerging Contaminantsfrom aw Water to Drinking Water in ShanghaiYAN Qi(Shanghai National Engineering esearch Center of Urban Water esources Co，Ltd，Shanghai 200082，China)Abstract:By monitoring the distribution of emerging contaminants in drinking water from the source to the tap，the concentration of algal toxins，endocrine disruptors，andantibiotics in each water supply link were determined，and the health risks of emerging contaminants to the human body were evaluated The results showed that algal toxins inthe waterworks inflow were mainly MC-and MC-L，whereas the only endocrine disruptors in the waterworks inflow were bisphenol-s and estrone The algal toxins，endocrine disruptors，and antibiotics were removed effectively after the water treatment process in the waterworks During the monitoring period，florfenicol(FF)was mainlydetected，except in January 2020 when a large number of sulfa antibiotics were detected The removal effect of FF was obviously correlated with the form of chlorine Comparedwith that of combined chlorine disinfection，free chlorine disinfection had a better effect on the removal of FF The health risk numbers of algal toxins，endocrine disruptors，and antibiotics were far less than 1，especially in the secondary water supply The results showed that the three emerging contaminants in drinking water did not pose a directthreat to human healthKey words:from raw water to drinking water;algal toxins;endocrine disruptors;antibiotics;health risk assessment随着经济社会发展和人口增长，越来越多的医药和化学品用于人类的生活与生产，并通过农用、医用兽用和生产废水排放等多种途径进入环境水体，进而威胁公众的饮用水安全和人类健康1 3 抗生素作为一种典型的新型污染物4，其在水体中的残留与去除已引起国内外学者的广泛关注和研究20 世纪 80 年代，Watts 等5 首次报道在地表水中检测到了 1 g L1浓度的红霉素、磺胺甲唑和四环素，水环境中的抗生素开始引起高度关注6 水厂作为饮用水处理最为关键的环节，因此，大多数的研究也集中于水厂对抗生素的去除效果中 姚宏等7 以美国常用的 CLA、EY、LEV、SUL 和 TI 抗生素为去除目标，研究了水厂各处理单元和不同采样季节目标抗生素的去除规律;姜蕾等8 通过对饮用水厂的采样检测，初步研究了原水中磺胺类、喹诺酮类和大环内酯类典型抗生素在水厂的去除特点，并分析出了水厂中抗生素的健康风险现状 然而，抗生素在供水环节(尤其是市政管网和二次供水环节)中的赋存情况仍缺乏相应地调查和研究水库型水源的投入和使用，可将区域内原水的分散取水改变为集约化取水，进一步保证了该区域内的供水安全 然而，部分水库型水源的来水周边养殖业相对密集和抗生素使用量较大，同时河网密集，受上游污染排放影响较大，存在抗生素和内分泌干扰物等新型污染物风险9，10 此外，若水库中水动力较弱，则有利于藻类的生成11，也存在藻类生长而导致藻毒素浓度升高的风险 因此，亟需开展调查研究，明确现阶段相关水库内各类型抗生素、内分泌干扰物和藻毒素的浓度情况 在水厂环节，区域内水厂处理工艺存在差异，因此不同水厂对抗生素、内分泌干扰物和藻毒素的去除效果也亟待对比研究本研究选取抗生素 32 项、内分泌干扰物 14 项4 期严棋:上海市从源头到龙头的饮用水新型污染物分布特征及健康风险评价和藻毒素 9 项作为水质指标，分析上述新型污染物在原水、出厂水、管网末梢水和二次供水的供水全流程中的浓度情况，进一步了解其在供水环节中的分布特征和健康风险1材料与方法1.1主要试剂与仪器藻毒素、内分泌干扰物和抗生素标准品，用甲醇溶解，配置成 100 g mL1储备溶液，20 保存，标准工作溶液现用现配 甲酸、甲醇和乙腈均为色谱纯，购于 Merck(Darmstadt，Germany)乙二胺四乙 酸 二 钠(Na2EDTA，99%)，购 于 Amresco(Solon，OH，USA)试验用纯水取自 Milli-Q 纯水仪(Millipore，Bedford，MA，USA)其他药品试剂为分析纯0.7 m 玻 璃 纤 维 滤 膜(GF/F，Whatman，England)，用于水样过滤 固相萃取装置(Supelco，USA)，Oasis HLB 固 相 萃 取 柱(500 mg/6 mL，Waters，USA)，用于水样净化富集 Turbo Vap 氮气自动浓缩仪(Caliper，USA)，用于富集后样品浓缩 0.22 m PVDF 针式滤膜(Millipore，USA)，用于浓缩后样品过滤 安捷伦液相色谱-串联质谱仪(Agilent 1260 HPLC 液相色谱仪系统，Agilent 6430Triple Quad 三重四级杆串联质谱仪，电喷雾电离源)，用于新型污染物的检测分析1.2监测方案和水厂工艺简介1.2.1监测指标针对1 号水源受上游来水水质影响，存在氨氮浓度和有机污染物浓度偏高的风险12，本研究选取的新型污染物监测指标如表 1 所示 藻毒素 9项，其中微囊藻毒素 7 项、节球藻毒素和柱孢藻毒素;内分泌干扰物 14 项，为化工原料类 5 项、雌激素类 6 项和雄激素类 3 项;抗生素 32 项，为林可酰胺类 1 项、磺胺类 13 项、喹诺酮类 6 项、四环素类 5 项、大环内酯类 3 项、-内酰胺类 1 项和氯霉素类 3 项表 1新型污染物监测指标Table 1Monitoringindex of emerging contaminants藻毒素内分泌干扰物抗生素YL微囊藻毒素LALYLWLF节球藻毒素柱孢藻毒素双酚 A双酚 F化工原料类双酚 S壬基酚辛基酚雌酮雌二醇雌激素类雌三醇乙炔雌二醇戊酸雌二醇己烯雌酚睾酮雄激素类甲基睾酮群勃龙甲氧苄啶磺胺磺胺脒磺胺嘧啶磺胺甲基嘧啶磺胺二甲嘧啶磺胺类磺胺噻唑磺胺甲噻二唑磺胺甲唑磺胺二甲异唑磺胺氯哒嗪磺胺对甲氧嘧啶磺胺二甲氧嘧啶罗红霉素大环内酯类克拉霉素泰乐菌素林可酰胺类林可霉素诺氟沙星氧氟沙星喹诺酮类恩诺沙星环丙沙星洛美沙星达氟沙星四环素土霉素四环素类金霉素强力霉素美他环素-内酰胺类氨苄西林氯霉素氯霉素类甲砜霉素氟甲砜霉素1.2.2监测点位和频率监测点位和采样频率的设置如表 2 所示，以各水厂(A F 水厂)出发，并选取对应的管网水和二次供水采样点，实现了新型污染物从源头到龙头的全流程监测 同时，为对比 2 号水源和对应出厂水、管网水、二次供水的新型污染物浓度情况，本研究也选取了以 2 号水源为水源的 G、H 水厂和对应管网水、二次供水作为监测对象 采样时间从 2019 年4 月持续至 2020 年 6 月，共开展了 6 次新型污染物采样检测工作1.2.3水厂工艺简介本研究所选取的水厂包括 1 号水源供水的 A F 水厂，以及 2 号水源供水的 G 水厂和 H 水厂 目前，上述水厂均为深度处理水厂，采用了臭氧活性炭工艺，但在整理处理工艺上存在差异，如表 3 所示A、B、D、F、G 和 H 水厂，均采用预臭氧-混凝沉淀-砂滤-臭氧活性炭-清水池的处理工艺;C 水厂将超滤代替砂滤，并置于臭氧活性炭工艺之后，E 水厂则无7312环境科学44 卷预臭氧的处理环节，并将砂滤置于臭氧活性炭工艺之后表 2监测点位和频率Table 2Monitoring point and frequency水厂ABCDEFGH供水水源1 号水源2 号水源监测点位各水厂对应的进厂水采样点、出厂水采样点、管网水采样点、二次供水采样点采样日期(年-月)2019-04、2019-07、2019-09、2019-11、2020-01 和 2020-06表 3水厂处理工艺1)Table 3Water treatment process水厂ABCDEFGH处理工艺1)预臭氧-混凝沉淀-砂滤-臭氧活性炭-清水池;预臭氧-混凝沉淀-臭氧活性炭-超滤-清水池;混凝沉淀-臭氧活性炭-砂滤-清水池1.3样品处理与检测抗生素和内分泌干扰物水样前处理的富集浓缩和测定参照姜蕾等13 的方法进行 将 1 L 水样过滤后调节 pH 为 3.0，加入 0.5 g 螯合剂 Na2EDTA，经HLB 固相萃取柱进行富集，甲醇洗脱，氮吹浓缩，1 1甲醇水溶液定容至 1.