有机磷灭蚊剂投放浓度和时间对水体总磷的影响

2021-08-14赵诣

水资源保护 2021年4期

赵诣

(上海市浦东新区水文水资源管理署，上海 200129)

作为传统四害，蚊子能广泛传播登革热(Denguevirus)病毒、寨卡黄热病毒(Flavivirus)、阿尔法病毒(Alphavirus)、寨卡病毒(Zikavirus)等至少26种病毒，是目前国内大部分地区登革热的最主要传播媒介[1-2]。研究表明，上海城区地面雨水井和下水道中积水明显，是嗜吸人血的蚊虫主要孳生地，为蚊虫防控重点地区[3]。为应对因蚊虫引起的公共卫生事件，已有研究在人口相对密集区域的雨水井和下水道中投放甲基嘧啶磷、毒死蜱等有机磷杀虫剂[4]。传统有机磷杀虫剂多为高度或中度有毒物，对人和动物产生神经毒性[5]。“1%双硫磷颗粒”对鱼类及人畜的毒性均很低，被世界卫生组织推荐为可直接在饮用水中使用的杀蚊剂[6-7]。由于其选择性强、浓度低，在防治蚊虫试验中获得优于其他有机磷药剂的效果[8]。作为新型低毒有机磷杀虫剂，“1%双硫磷颗粒”已被广泛应用于上海城镇河道和雨水井中。2018年，莫旦红等[9]在上海宝山区1 200个雨水井内投放了“1%的双硫磷颗粒”，发现该药剂可有效降低嗜血幼蚊及成蚊的密度。

有机磷杀虫剂与水具有相似极性，在水体中的溶解度高于有机氯药剂，其在水体中的广泛应用易导致药剂残留，从而产生地下水与地表水污染[10-11]。“1%双硫磷颗粒”投放到雨水井后，会随雨水井汇集于雨水泵站，进而排入河道。上海城区中雨水井众多，大量“1%双硫磷颗粒”投放可能增加河道水体的污染风险。1978年至21世纪初，上海河道整治主要围绕消除黑臭水体，NH3-N是制约上海河道水质类别的主要因子[12-13]。进入“十四五规划”后，上海河道治理目标变为在基本消除黑臭水体的基础上消除劣Ⅴ类水体。监测数据显示，截至2019年，上海已完成1万余条段劣Ⅴ类河道整治，劣Ⅴ类水体占比已降至7.8%，但许多区段水体中的TP质量浓度依然徘徊在GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中的Ⅴ类上限值(0.4 mg/L)附近，TP是影响水质类别的主要指标之一。目前，上海河道TP污染主要来自上游来水、直接排水、面源污染以及雨水泵站放江[14]。有机磷杀虫剂对于地表水污染的研究主要集中在经面源污染、地表径流后对水体的污染等[15-19]，而关于雨水井投放有机磷杀虫剂的废水伴随泵站放江对于河道水质的影响研究鲜见报道。本文研究“1%双硫磷颗粒”的投加量、投放后反应时间对水体中TP、S2-及NH3-N质量浓度的影响，并探讨该药剂的安全投放量及安全投放面积，以期为上海城区雨水井中“1%双硫磷颗粒”杀虫剂的安全投放提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试用水采用去离子水；供试药剂——“1%双硫磷颗粒”，由巴斯夫(中国)有限公司提供，其有效成分为硫代磷酸酯，淡黄色，颗粒状，有刺激性气味。

1.2 试验设计

a.试验装置。自行设计制作试验装置(图1)，主反应容器由玻璃钢制成，有效容积为10 L；反应装置上部设置去离子水和药剂注入口，装置右下侧设置出水龙头；整个装置下部置于震荡平台，用于药剂注入后进行震荡反应。

图1 试验装置

b.药剂投加量及反应时间。按照所选“1%双硫磷颗粒”药剂推荐适宜投加量，试验共设置5个药剂投加量：0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L；设置3个反应时间：1 h、48 h和60 h；共15个处理组，每组重复3次。

c.试验方法。先将10 L去离子水分别注入试验装置主反应容器中，然后根据设计投加量将药剂投入各处理组反应容器，分别按照药剂建议使用时间震荡反应1 h、48 h和60 h，然后从出水龙头取水测定TP、NH3-N及S2-的质量浓度。

1.3 检测指标与方法

检测指标与方法参照《水和废水监测分析方法》[19]。TP：先采用硫酸钾分解样品，再用钼锑抗分光光度法测定，水样在120 ℃、30 min加热分解；NH3-N：采用纳氏试剂分光光度法；S2-：先采用玻璃纤维滤膜过滤，再采用对氨基二甲基苯胺光度法(亚甲蓝法)测定。

1.4 数据分析

采用SPSS 22.0对试验数据进行分析，采用单因素方差分析(ANOVA)比较各处理组数据的差异性，采用LSD(least significance difference)多重比较方法比较两组之间的差异性，采用Excel 2019制图。

2 结果与分析

2.1 污染物释放量

分别将0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L的“1%双硫磷颗粒”投入水体，发现在反应1 h、48 h及60 h后仅有少量溶解；在 60 h后，投加量为0.05 g/L样品的容器底部仍有颗粒物残留，而投加量为0.50 g/L和1.00 g/L的水溶液呈现浑浊状态。污染物检测结果表明，在本试验所有样本中，水体中S2-质量浓度均小于检出限(0.02 mg/L)。此外各组水样中NH3-N质量浓度处于0.029～0.036 mg/L之间，均低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》Ⅰ类标准，组间无明显差异。上述结果表明投放“1%双硫磷颗粒”对水体中S2-及NH3-N的质量浓度影响较小，且增加药剂的投加量及反应时间对水体S2-及NH3-N的质量浓度影响均较小。

不同投加量及不同反应时间下的样本中TP的质量浓度见表1。由表1可见，同种药剂投放量下反应1 h、48 h和60 h的样本中TP质量浓度无明显差异(P>0.05)；药剂投放量为0.05 g/L、0.10 g/L、0.20 g/L、0.50 g/L和1.00 g/L时，样本中TP质量浓度分别为0.04～0.08 mg/L、0.09～0.14 mg/L、0.23～0.29 mg/L、0.52～0.64 mg/L和1.10～1.35 mg/L。可见，不同量药剂在投放1 h后，水体中TP质量浓度已达到稳定，且在60 h内质量浓度基本保持不变。另外，药剂投放后不同反应时间后样本水体中TP质量浓度均随药剂投加量的增加呈上升趋势，TP质量浓度最低的均为投加量为0.05 g/L的样本，TP质量浓度高的均为投加量为1.00 g/L的样本。分析表明，药剂投加量为0.05 g/L和0.10 g/L的样本中TP质量浓度无明显差异(P>0.05)；药剂投加量为0.20 g/L的样本中TP质量浓度显著高于投加量为0.05 g/L和0.10 g/L的样本(P<0.05)；而药剂投加量为0.50 g/L的样本中TP质量浓度显著高于投加量为0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的样本(P<0.05)；而药剂投加量为 1.00 g/L 的样本中TP质量浓度显著高于投放量为0.50 g/L、0.20 g/L、0.10 g/L和0.05 g/L的样本(P<0.05)，分别高出1.25倍、3.81倍、7.95倍和19.72倍。

总体而言，药剂投放后，样本中TP质量浓度随药剂投加量的增加而增加，药剂投加量分别为 0.05 g/L、0.10 g/L和0.20 g/L的样本中TP质量浓度分别为0.06 mg/L、0.13 mg/L和0.25 mg/L，均低于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅳ类水的标准限值(0.30 mg/L)。而药剂投加量为 0.50 g/L 和1.00 g/L的样本中TP质量浓度分别为0.58 mg/L和1.24 mg/L，均超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类水的标准限值(0.40 mg/L)，分别高出45%和210%。

2.2 药剂投加量及反应时间对TP释放量的影响

采用一元回归分析将药剂投加后的水体中TP质量浓度、药剂投加量和反应时间进行拟合，结果见图2。结果表明，反应时间与TP质量浓度无明显相关关系；而药剂投加量与TP质量浓度呈显著正相关关系(R2=0.846 4)，水体中TP质量浓度随药剂投加量呈指数上升，可见增加药剂的投加量会导致水体中TP的污染风险大幅度提升。

(a) 药剂投加量与TP质量浓度

2.3 安全性分析

“1%双硫磷颗”投放以水体面积计算投加量，其推荐适宜投加量为0.05～1.00 g/m2。将试验数据折算成“1%双硫磷颗粒”不同投加量投入水后的TP释放量(表2)，以便后续分析雨水井面积及深度对TP释放量的影响。由表2可见，不同投加量及不同反应时间下，TP释放量无明显差异，在1.06～1.30 mg/g之间，可见药剂投加量及反应时间对TP释放量无明显影响。

表2 不同投加量和不同反应时间下单位面积质量药剂的TP释放量

选择常见的泵站集水井，规格为长方体(40 m×40 m×12 m)、长方体(30 m×30 m×12 m)、圆柱体(r=12 m,h=12 m)，分析3种集水井所连接雨水井的“1%双硫磷颗粒”安全投放量和安全投放面积。取单位质量药剂的最大TP释放量1.30 mg/g为标准，设定集水井中TP质量浓度小于GB 3838—2002《地表水环境质量标准》中Ⅴ类水的标准限值(0.40 mg/L)时，该泵站所排放废水不会使河道水质恶化到劣Ⅴ类，处于相对安全级别。计算所得3种规格集水井所连接的雨水井中“1%双硫磷颗粒”安全投放总量分别为5.91 t、3.32 t和1.67 t，安全投放总面积分别是1.82 km2、0.66 km2和0.33 km2。

以上海市浦东新区泾西雨水泵站为例，计算投加“1%双硫磷颗粒”药剂后，泵站水体中TP质量浓度为雨水井面积总和、药剂最大投放量、药剂最大TP释放量三者之积除以集水井总体积。经统计，与该雨水泵站相连的雨水井数量为2 300个，雨水井面积总和为1 135 m2；药剂最大投加量按药剂说明书选取5 g/m2；药剂最大TP释放量取1.30 mg/g；废水井选取体积最小集水井，半径为12 m的圆形集水井，体积约为5.42×106L。计算结果表明，药剂投加后，浦东新区泾西雨水泵站TP质量浓度值仅约为0.001 mg/L，远低于Ⅴ类水的标准限值。据此，实际运行工况中，与一个雨水泵站和集水井相连的下水道及雨水井中投放的“1%双硫磷颗粒”总量及投放总面积均远小于计算安全水平。