北方某城市饮用水管网中亚氯酸盐调查

李 妍，崔崇威，许铁夫

(哈尔滨工业大学城市水资源与水环境国家重点实验室，哈尔滨150090)

自20世纪70年代，氯仿等氯化消毒副产物相继在自来水中被检出［1］，大量的研究结果表明，饮用氯消毒水的人群癌症的发病率明显升高［2－3］.在氯消毒的副产物中，大部分挥发性/非挥发性卤代有机物具有致突变性和致癌性［4－6］.因此，世界卫生组织和世界各国相关机构纷纷修改或制订新的水质标准［7－11］.自此，二氧化氯、氯胺等作为新一代消毒剂开始被使用.特别是有机稳定性二氧化氯，这种有机物是一种包含分子态二氧化氯的有机化合物，它的外包装常常成为细菌的营养物质，这些物质的配位结构在细菌的作用下降解，破裂的同时会释放出自由的二氧化氯分子并成为细菌的杀手［12］.二氧化氯的消毒杀菌原理是靠其强氧化能力破坏微生物细胞赖以生存的酶，阻止蛋白质的合成，从而将菌藻类分解而杀死.净化机理是通过与各种有色、有毒、臭味物质发生氧化反应［12］.二氧化氯的有效氯是氯的2.6倍，在消毒过程中可以大量减少使用量，同时二氧化氯消毒不产生由氯消毒所产生的三卤甲烷等有机氯化物，从而避免了“三致”效应(致癌、致畸、致突变).此外，二氧化氯还具有不易水解，消毒效果比较稳定，可实现有压投加，自动化程度比较高等特点.目前，单独使用二氧化氯或与其他消毒剂联合作为饮用水消毒剂的水厂越来越多［13］.但是二氧化氯消毒同样具有一定的缺点，也应给予足够的重视.二氧化氯消毒会产生亚氯酸盐、氯酸盐等无机消毒副产物，其中，亚氯酸盐毒性最大，对人类健康存在潜在毒性［14－15］.因此，调查研究实际管网中二氧化氯消毒副产物亚氯酸盐的变化规律并对其影响因素进行分析，对消毒剂的安全使用以及饮用水品质的提高具有重要意义.近几年来亚氯酸盐的调查越来越引起人们的重视.以往的调查研究大多着眼于饮用水中亚氯酸盐的去除［16－18］，而实际管网中亚氯酸盐的变化研究涉及甚少，国内有关亚氯酸盐的调查工作也较少.本文对北方某以二氧化氯为消毒剂的饮用水管网中氯的各种形态(残留二氧化氯、氯化物、亚氯酸盐以及氯酸盐)的质量浓度水平进行了检测.进而分析实际水厂管网中影响到亚氯酸盐质量浓度变化的因素，为进一步完善我国饮用水水质标准提供基础数据.

1 试验方法

从2012年3月～2012年8月期间，连续6次在北方某以二氧化氯为单一消毒剂的配水管网的水质监测点采取水样，采样管网类型包括:主干管、支管、联络管、末端管线、管件节点、调节池，清水池.测定样品水中的各种氯形态物质量浓度，包括残留二氧化氯质量浓度、氯化物质量浓度、亚氯酸盐和氯酸盐的质量浓度等.

试验中的氯化物、氯酸盐和亚氯酸盐质量浓度采用离子色谱法测定(DX－300，Dionex，USA)，操作条件如下:采用AS9－HC色谱分离柱，AG9－HC保护柱，洗脱液和存储液为9.0 mmol/L的Na2CO3，流速为1 mL/min，抑制器电流 60 mA，直接进样，进样量为150μL，柱温30℃，电导检测.可同时测定水中亚氯酸盐和氯酸盐，获得亚氯酸盐的检出限为0.010 mg/L，氯酸盐的检出限为0.012 mg/L.残余二氧化氯采用便携式二氧化氯测试仪现场测定.

2 试验结果与分析

北方某城市水厂是以二氧化氯为消毒剂的典型管网，处理原水取自黑龙江.库中现有水体水质总矿化度600 mg/L左右，pH 值为8.6～8.9，属二级生活饮用水水源.采用常规水处理工艺:混凝沉淀、过滤、消毒工艺.原水经过加药、反应、沉淀、过滤、消毒5道主要生产工序后，达到国标GB5749－2006《生活饮用水卫生标准》规定限值后，由外输机泵加压通过计量设施打入城市供水管网.本研究采样点分布情况如图1和表1.

图1 管网采样点的分布图

表1 管网采样点分布情况

图1和表2显示了各管网采样点的具体情况.其中主干管占采样点总数的10%，连接管和转弯管占20%，清水池和清水罐占30%，支管占10%，末端管线占30%.不同类型的管网采样点代表了采样点的不同特征.在相同条件下，管径小的管网点流速较大，联络管的流速在不同时间段是不同的，末端管线的液压比较小，转弯点是管垢容易积存的位置，而不同的取样时间代表了不同的环境温度.根据对这些特征性的管网点的调查，可以获得影响饮用水中消毒副产物的转化因素.实际管网中氯酸盐的量很少，均小于0.05 mg/L;氯化物的质量浓度保持稳定，平均值均在42～45 mg/L;二氧化氯的质量浓度呈现一定的变化趋势;而亚氯酸盐是二氧化氯消毒的主要副产物，并在不同取样季节的质量浓度差异较小.根据各个月份管网取样点的质量浓度平均值，分析亚氯酸盐和二氧化氯的分布规律，如图2所示.

图2 管网中亚氯酸盐和二氧化氯各月平均质量浓度分布图

通过图2可以明显看出，2、3、6#采样点的亚氯酸盐质量浓度明显低于管网平均值.2、3、6#采样点的平均质量浓度分别为 0.45、0.43、0.47 mg/L，而管网取样点的平均质量浓度达到0.63mg/L.对比表2发现，它们分别是连接管、转弯管和支管.这说明管网中的管垢存积和流速是管网中亚氯酸盐质量浓度衰减的主要因素.管径越小，流速越大的管网点的亚氯酸盐质量浓度越低，且管网转弯和阀门等管垢容易积存的点的亚氯酸盐质量浓度也较低.分析其原因可能是由于给水管网中水流速度影响离子沉淀以及管材中铁的释放与亚氯酸根发生氧化还原反应从而降低亚氯酸根质量浓度，并且氧化还原产物进一步促进管垢的形成进而增强吸附作用，所以，调节好给水管道中的含铁比例和合适的管垢的处理策略对饮用水的水质影响研究应受到更多的重视.

管网中残留的二氧化氯也呈现了一定的变化趋势，2、4、9、10#采样点的二氧化氯质量浓度略低于管网平均值.2、4、9、10#采样点的二氧化氯质量浓度分别为 0.06、0.08、0.09、0.08 mg/L，而管网取样点的平均质量浓度达到0.12 mg/L.对比表2发现，它们基本都是末端管线，这基本符合管网中二氧化氯消毒的分布趋势.

而由于管网是个动态的消毒体系，管道中的环境及消毒控制极其复杂多变，很难直接从管网数据获得确切的单因子变量的分析结果.所以，具体的管垢组成、管垢形状，以及动态管网对亚氯酸盐的具体影响机制，还有待进一步研究.

3 结语

本研究的目的是为了更好的了解饮用水管网中的消毒副产物——亚氯酸盐的变化规律.着重调查了以二氧化氯为单一消毒剂的饮用水管网中的各种氯形态的质量浓度，分析了影响实际饮用水管网中亚氯酸根质量浓度的可能性因素，如:管垢、温度、管径和流速等情况.

研究结果说明在饮用水管网中，氯酸盐在实际管网中很少.各季节管网取样点的亚氯酸盐质量浓度基本无差别，表明环境温度对其基本无影响;而不同取样点有一定差异，表明流速、管径和管垢可能是影响亚氯酸根消减的主要因素.分析其原因可能是由于给水管网中水流速度影响离子沉淀以及管材中铁的释放与亚氯酸根发生氧化还原反应从而降低亚氯酸根质量浓度，并且氧化还原产物进一步促进管垢的形成进而增强吸附作用，所以，调节好给水管道中的含铁比例和合适的管垢处理策略对饮用水的水质影响研究应受到更多的重视.本研究初步探索了实际给水管网中的二氧化氯消毒副产物的分布及变化规律，研究结果对消毒剂的安全使用以及饮用水品质的提高具有重要意义.

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