供水管网中AOC、消毒副产物的变化规律

王丽花，周鸿，张晓健，王占生
(清华大学环境科学与工程系，北京100084)

　　摘要：以西南L市的供水管网为研究对象，以可同化有机碳(AOC)、三卤甲烷(THMs)、卤乙酸(HAAs)为评价指标，研究了不同季节给水管网中水质的变化情况。结果表明：三卤甲烷在管网中只受余氯的影响，其含量一般随管道长度的增加而增加；卤乙酸和AOC在管网中的变化受余氯和微生物活性的影响，其含量一般随管网延伸而先增加后减少，温度越高则下降越快。温度和余氯是管网中控制消毒副产物和AOC浓度的重要因素。
　　关键词：供水管网；可同化有机碳；三卤甲烷；卤乙酸
　　中图分类号：TU821.3
　　文献标识码：A
　　文章编号：1000-4602(2001)06-0001-03

　Study on Variability in AOC and Disinfection Byproduct in Water Distribution System
WANG Li?hua，ZHOU Hong，ZHANG Xiao?jian，WANG Zhan?sheng

(Dep.of Environ.Sci.and Eng.,Tsinghua Univ.,Beijing 100084,China)

　　Abstract：Water quality variation with different seasons in water distribution system was investigated in L city,southwest of China.The assimilable organic carbon (AOC),trihalomethanes (THMs),and haloacetic acids (HAAs) were used as assessment indexes.The results show that THMs concentration is controlled by chlorine residual and is increased with the increase of pipe length.HAAs and AOC are varied based on the chlorine residual and microbial activity,and the concentration is increased firstly and then decreased with the extension of pipe net.The higher temperature results in more rapid reduction of concentration.Temperature and chlorine residual are the important factors that control the disinfection byproduct and AOC concentration.
　　Keywords:distribution system;assimilable organic carbon (AOC);trihalomethanes (THMs);haloacetic acids (HAAs)

　　饮用水水质对人体健康的影响主要包括两个方面：微生物风险和化学物风险。微生物风险主要是由饮用水中的水生致病菌引起的，通过饮用水传播病原的微生物主要有细菌、病毒、原生动物和肠虫等；饮用水的化学物风险是水中一些人工合成有机物如杀虫剂、除草剂、农药以及氯化消毒副产物等对人体健康的威胁。
　　近年来的研究表明，出厂水中所含有机物是细菌在管网中滋生的必要条件。当有机物含量高时，即使保持很高的余氯，给水管道中仍可检出几十种细菌，除少数铁细菌和硫细菌外，主要是以有机物为基质的异养菌。饮用水的生物稳定性(biological stability of drinking water)是指饮用水中可生物降解有机物支持异养菌生长的潜力。目前，国际上普遍以AOC作为饮用水生物稳定性的评价指标。
　　当前，欧洲的研究主要集中于AOC与管网中细菌生长的关系，美国则主要集中于消毒副产物的研究，将微生物风险和化学物风险分开讨论。其实，氯化消毒、消毒副产物和生物稳定性是相互影响的。本研究以AOC、消毒副产物为主要测试指标，研究不同季节管网中水质变化规律。

1　试验部分

1.1　取样时间和地点的确定
　　为了研究不同季节的源水水质和水温对饮用水中AOC和消毒副产物的影响，秋、冬、春三季连续测定，采样时间分别为1999年10月31日、2000年3月1日和2000年4月21日，采样点从出厂到管网末梢取五个点，分别为：出厂点、管网转输点(郫县管网)、管网入口(路政处)、管网点(东二巷)、管网末梢(万年场)。
1.2　试验方法
　　三卤甲烷：毛细管顶空进样气相色谱法。
　　卤乙酸：微量萃取衍生化毛细管气相色谱法。
　　AOC：以饮用水中普遍存在的荧光假单胞菌P17和螺旋菌NOX为测试菌株，以乙酸钠作为标准营养基质，将P17和NOX分别接种在标准乙酸钠溶液和水样中，在22～25 ℃下培养2～3 d后再对培养液进行平板计数，根据待测水样接种的P17和NOX的生长稳定期菌落数和产率系数求出待测水样的AOC浓度。

2　结果与讨论

2.1管网中AOC的变化规律
　　L市供水管网中AOC的变化如表1所示。

表1　　AOC在管网中的变化规律

μg/L 表 管网点 AOC—P17 AOC—NOX AOC 秋 冬 春 秋 冬 春 秋 冬 春 A 104 68 90 13 14 12 117 82 102 B 108 63 82 15 16 14 123 79 96 C 92 65 79 14 17 15 106 82 94 D 90 62 80 12 15 11 102 77 91 E 93 66 86 15 14 12 108 80 98 注　　A为出厂水，B为管网转输点，C为管网入口，D为管网点，E为管网末梢。

　　从表1可以看出，该城市供水管网中AOC浓度较低，主要以AOC—P17为主。冬、春季节AOC大约在80～100 μg/L之间，基本属于生物稳定的饮用水；秋季的温度较高，AOC略有增加，在110 μg/L左右。
　　从三个季节的测定结果看出，管网中AOC—P17浓度受季节变化的影响较大。秋季的源水中TOC含量和管网中水温(15～17 ℃)较高，使管网中AOC—P17的浓度较大。随着温度的降低，AOC—P17的浓度也随之降低。三个季节的管网中AOC浓度波动在60～110 μg/L之间，但季节变化对AOC—NOX的影响较小(约为14 μg/L)。管网中AOC含量的变化是氯氧化和细菌分解等双重作用的结果。氯氧化引起水中AOC的增加，而后者则引起AOC的减少。秋季测定结果表明，管网中AOC的基本变化规律是先上升后下降，可能是由于秋季气温较高，居民用水量相对较大，加氯后在清水池的水力停留时间不足，水中有机物未能与氯完全反应，导致出厂水至管网转输点的AOC继续上升；随着出厂距离增加，余氯逐渐减少，对细菌的抑制作用减弱，使得管网中的细菌活性增强，引起AOC的减少。冬季和春季测定结果表明，从出厂到管网末梢，沿程各点AOC变化不大，主要是因为冬、春季用水量相对小，加氯后在清水池的停留时间较长，氯与有机物充分反应，使AOC在出厂水中达到最大；而且冬季温度较低，细菌活性较弱，AOC在管道沿程的变化很小。
2.2管网中消毒副产物的变化规律
2.2.1THMs的变化规律
　　THMs在L市供水管网中的变化如表2所示。

表2　　THMs在管网中的变化规律

μg/L 表 季节 A B C D E 秋 8.4 20 20.5 21 17 冬 1.3/2.0 2.6/6.4 2/5.6 2.8/5.4 2.1/3.8 春 74.2/3.6 9.7/12.6 11.4/13 11.7/14 8.8/11 　　注　A为出厂水，B为管网转输点，C为管网入口，D为管网点，E为管网末梢，1.3/2.0代表同一季节的两次测定结果。

　　由表2可知，管网水中THMs＜20 μg/L。季节变化对THMs的影响较大，随温度的增加，THMs的含量明显增加。整个管网沿程的三卤甲烷增加较快，但从管网转输点到末梢，三卤甲烷随管线距离的增加而增加较小，主要是因为从出厂到管网转输点(郫县)，一部分在清水池中未能反应的三卤甲烷前体物和余氯继续反应生成三卤甲烷，而到管网转输点则反应终止；同时，三卤甲烷属于生物难降解有机物，因此在管网中呈先上升后不变的趋势。只有管网末梢(万年场)的三卤甲烷在三个季节中均有所降低，可能是因为万年场距第M水厂较近，M厂源水中三卤甲烷前体物含量相对L厂为低。
2.2.2HAAs的变化规律
　　卤乙酸在L市管网中的变化如表3所示。

表3　　HAAs在管网中的变化规律

μg/L 管网点 DCAA TCAA HAAs 秋 冬 春 秋 冬 春 秋 冬 春 A 5.27 1.36/2.23 4.68/4.09 6.12 1.06/0.96 2.79/2.41 11.39 2.42/3.19 7.47/6.5 B 9.87 2.77/4.59 9.23/8.51 11.60 3.67/3.34 6.71/6.07 21.47 6.44/7.93 15.94/14.58 C 8.66 2.22/4.26 8.04/8.20 11.20 2.90/2.82 7.38/6.55 19.86 5.12/7.08 15.42/14.75 D 7.43 2.59/4.11 7.75/8.13 10.92 3.10/2.72 6.33/6.56 18.33 5.69/6.83 14.08/14.69 E 6.09 2.30/3.32 7.24/6.98 11.0 3.59/3.30 6.17/6.94 17.09 5.89/6.62 13.41/13.92 　　注　A为出厂水，B为管网转输点，C为管网入口，D为管网点，E为管网末梢，2.30/3.32代表同一季节的两次测定结果。

　　由表3可知，L市管网水中卤乙酸含量较低(＜20 μg/L)；同THMs一样，季节变化对HAAs的影响较大，随温度的增加，HAAs的含量明显增加。秋、春两季的二氯乙酸在管网中先上升后下降，与AOC的变化规律相同，其原因也基本类似。由于加氯后在水厂停留时间不足，氯与卤乙酸前体物未完全反应，使得峰点出现在管网转输点(郫县管网处)；随着出厂距离的增加，余氯逐渐减少，对细菌的抑制作用减弱，DCAA又属于生物易降解有机物，使管网中的细菌对DCAA的降解能力增强，引起DCAA的减少。冬季管网中DCAA浓度较低(＜10 μg/L)，在管网中先上升，然后基本保持不变，主要是因为冬季管网中的水温较低，细菌生长活性也随之降低。
　　三氯乙酸(TCAA)在管网中基本呈上升趋势，其中秋季呈现为先上升后保持不变，主要原因是秋季温度较高，使有机物与氯反应速率增加，在管网转输点反应终止；加上TCAA属于生物难降解有机物，不受细菌活性影响，而冬、春季温度不高，反应速度慢，TCAA在管网中基本呈上升趋势。总的来说，HAAs在管网中的变化受氯氧化和细菌分解的双重影响，一般在温度较高时表现为先上升后下降，温度低时表现为先上升后保持不变。

3　结论

　　①L市的管网水质较好，三卤甲烷和卤乙酸含量均＜20 μg/L，AOC＜100 μg/L，基本属于生物稳定性饮用水。
　　②温度是控制管网中水质变化的重要因素，温度越高，三卤甲烷、卤乙酸、AOC含量越高。
　　③卤乙酸在管网中的变化受余氯和微生物活性的影响，其含量一般随管网延伸而先增加后减少，温度越高降低越快。三卤甲烷为难降解有机物，在管网中只受余氯的影响，其含量一般随管道长度的增加而增加。
　　④AOC在管网中的变化受余氯和微生物活性的影响，其含量一般随管网延伸而先增加后减少。

参考文献：

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　　作者简介：王丽花(1973-)，女，山西朔州人，清华大学环境科学与工程系，在读博士生，研究方向为水污染控制。
　　电　　话：(010)6278219662777558
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　　收稿日期：2000-12-20