水源河流水质管理中的环境风险评价

　 　第 35卷　第 4 期 1996 年　7月 中山大学学报(自然科学版) ACT A　SCIENTIARUM　NATURALIU M UNIVERSIT AT IS　SUNYAT SENI 　 Vo l. 35　No . 4 Jul.　1996 　 水源河流水质管理中的环境风险评价� 李适宇　　　　　　　　　　盛冈通 (中山大学环境科学研究所, 广州 510275)　(日本大阪大学环境工程系) 摘　要　以日本的淀川河为对象, 围绕 3个以改善水源水质为目标的方案, 以 THMP 为水质 指标, 用累积流量模型计算了各方案下两个主要取水口的水质浓度. 以此为基础, 用两种 T HM 致癌率内插方法估算了饮用水中的 T HM 引发的致癌风险 ,并据此对各方案进行了评价. 关键词　河流水质管理, T HM ,风险评价 分类号　X 828 自从 70 年代初荷兰的研究者发现鹿特丹市的自来水中含有致癌性物质 T HM ( tri- halomethane) ,并证实这是由于水源莱茵河中含有的腐植质等在净水处理时与氯气反应而 生成的副产品之后 [ 1] , 世界各国尤其是发达国家出于对饮用水安全性的考虑, 对 THM 生成 的机理及抑制方法进行了大量研究[ 2] .为了评价水体所含有机物在加氯消毒时产生 T HM 的潜能, 研究者们制定了统一 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 ,分析测试在与净水处理相似加氯条件下的 T HM 产生 量,称之为 T HMP( t rihalomethane potent ial) ,以此作为评价指标.调查结果 [ 3]表明,河水中 的 T HMP 来源很广,一般的生活污水和工业有机废水以及自然界中未受人为污染的河水 中,都不同程度地含有 T HMP. 本文以日本关西地区最重要的水源河流淀川为对象,运用环境风险评价的方法,对几种 水源水质管理方案下的取水口 THMP 浓度进行计算,并以 THM 引发致癌风险的角度进行 评价. 1　对象河流及管理对策方案 淀川由木津川、宇治川及桂川 3条河流在京都市南面汇合而成 (图 1) . 这 3条河流的 平均流量分别为48 m 3/ s , 178 m3 / s , 37 m3 / s. 木津川和宇治川目前的水质较好, 但桂川因 受京都市的污水处理厂排放水的影响, 水质较差. 大阪的两个最大的自来水厂的取水口都 设在淀川, 其中村野水厂的取水口位于合流点下游约 6. 4 km 处的左岸, 取水量为 200万 m 3 / d, 供水人口约 400万人; 柴岛水厂的取水口位于合流点下游约 23. 8 km 处的右岸, 取 水量为 150万 m3/ d, 供水人口约为 300万人. 由于桂川污染物浓度较高, 3条河流汇合后 沿淀川右岸形成一条污染带, 在横向扩散作用下向左岸扩展. 在村野取水口附近, 断面方 � 国家教育委员会留学回国人员科研基金资助项目 收稿日期: 1995-09-20　　李适宇,男, 39 岁,副教授 向的浓度尚存在明显的差别, 右岸浓度高于左岸浓度, 而在下游的柴岛取水口附近, 全断 面的水质已接近完全混合. 在村野取水口下游不远处, 有 3条小河从左岸汇入, 这些小河 流量很小, 但污染较严重. 　　　　 图 1　淀川示意图 F ig . 1　Map of the Yodo R iver 图 2　水质管理对策方案 Fig . 2　Alt ernativ es for river quality management 　　目前村野取水口附近的 BOD平均浓度约为 2 mg / L ,柴岛取水口附近则约为 3 mg / L . 从饮用水的安全性来说, 原水的污染越严重, 净水处理时需注入的氯气就越多, 生成的 THM 也就越多.考虑到这一点,有关部门提出 3个旨在改善取水口水质的方案, 如图 2所 示.方案 1是将目前排入宇治川的洛南污水处理厂的排放水引到桂川去排放,利用淀川的横 向扩散特性改善村野的水质,但对柴岛的水质改善起不到作用.方案 2是将 3条小河的污水 截流后排往柴岛的下游,此举可改善柴岛的水质,但对上游的村野并无作用.方案 3是将柴 岛取水口转移到流量大、水质较好的宇治川,一举改变其目前的困境. 2　负荷量及取水口水质计算 2. 1　负荷量 根据大阪市水道局连续两年对水源中的 THMP 进行每月 1次的调查结果 [ 4] , 发现汇流 了河流的T HMP 负荷量 L 与流量Q 之间的关系可以用以下的幂函数来表示: 　　　　L = a·Qb ( 1) 表 1　回归系数与相关系数 Tab. 1　Reg ression and cor relation coefficients 河流 　a b r 木津川 1. 944 1. 249 0. 979 宇治川 0. 701 1. 340 0. 942 桂　川 16. 315 0. 823 0. 901 利用 L 和 Q 的实测数据进回归分析, 求得各河流的回归系数 a, b 值及相关 系数 �,结果如表 1所示.各河流的 � 值均在 0. 9以上, 说明相关程度是相 当高的. 从回归分析结果可知, 3 条河流 的 T HMP 负荷量都是随流量增大而 112 中山大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　第 35 卷 增加.这个结果印证了一个事实,即 T HMP 不仅存在于生活污水和工业废水那样的人为污 染排放水中, 而且也存在于天然水体中,可以看成是背景浓度.河流流量增大时,虽然人为污 染负荷量不变,但源自背景浓度的负荷量却增加了, 而且降雨冲刷引起地表的有机质流出亦 会导致负荷量增加.在 3条河流中,木津川和宇治川受人为污染影响较小,其 T HMP 负荷量 中天然背景成分所占比例较多, 因此负荷量随流量增加的倾向较明显,回归分析的结果是 b 值较大.相比之下,受人为污染影响较大的桂川的 b值就较小. 小河流的 THMP 实测数据较少,难以求出负荷量与流量之间的关系,故以平均负荷量 作代表,为 71. 11 kg / d. 另外,洛南污水处理厂的排出负荷量为 38. 40 kg / d. 2. 2　水质模型 由于村野取水口附近的水质受到横向扩散的影响, 所以淀川的浓度用描述二维移流扩 散的累积流量模型 [ 5]来计算: 　　　　　　�c�x = ��qc (mxh2u E Z �c�qc) ( 2) 　　　　　　qc= z 0 mzhudz ( 3) 式中, x 与 z 分别为河流纵向与横向坐标; c为浓度; h 为水深; u 为垂向平均流速; EZ 为横向 扩散系数; mx 与 mz 分别为曲线坐标在 x 与 z 方向的度量系数. 2. 3　取水口处的 T HMP 浓度 利用上述水质模型进行计算机模拟计算,分别求出村野和柴岛两个取水口处在现状及 3个水质管理方案的情况下的 THMP 浓度,其累积频率如图 3所示.计算时的流量是根据 过去 5 a 每日实测的汇流 3河流的流量数据进行聚点分析,用非阶层方法求出有代表性的 50个流量组合,然后就每种组合分别进行水质浓度计算并求出相应的频率 [ 6] . 图 3　取水口 T HM P浓度的累积频率 Fig . 3　Cumulat ive fr equency o f THMP concentr ation at w ater intakes 3　饮用水中 THM 的环境风险评价 3. 1　T HM 致癌率 由于无法从事人体试验, T HM 对人体的致癌率只能通过对动物试验的结果进行内插 来推算.住友 [ 7]根据美国国立癌症研究所( N CI)对老鼠投喂三氯甲烷( THM 的一种)引发癌 症的试验结果,用最小二乘法求出T HM 致癌率公式: 　　　　　　Pc= 1 1+ exp( 2. 967- 3. 415×10- 7C) - 1 1+ exp( 2. 967) ( 4) 113第 4 期　　　　　　　李适宇等: 水源河流水质管理中的环境风险评价 式中, Pc 为致癌率(人/ a) ; C 为饮用水中 THM 浓度(�g/ L ) .在推求上式时, 假定人体重 60 kg, 每天饮用自来水 2 L. 此外, 美国 EPA [ 8]提出的指南认为, 对应于三氯甲烷浓度为 0. 19 �g / L的饮用水,其致癌率为 Pc= 10- 6人/ 70a, 即每 100万人中,一生( 70岁)有 1 人得 癌症. 3. 2　致癌风险的估算 环境风险的定义是有害事件的发生频率与其造成损失的大小之乘积.据此,饮用水中的 THM 所引起的致癌风险 R THM可用下式来计算: 　　　　　　RTHM= + ∞ 0 f ( C)·Pc( C) dC ( 5) 式中, f ( C)是饮用水中 THM 浓度的概率密度,可由概率分布求出. 村野和柴岛两取水口的 T HMP 概率分布已于前节求得.由于通常的净水处理过程可除 去原水中 THMP 的 10%～40%, 在此为简便计,假定原水中 30%的 T HMP 在净水中被除 去,其余 70%与氯气反应生成 T HM .据此,可按式( 5)用数值积分计算出饮用水中 T HM 的 致癌风险,乘以供水人口后的致癌风险如表 2所示. 表 2　饮用水中 THM 的致癌风险 T ab. 2　Carcinogenic risk o f THM in drinking w ater　　　人/ a 水　厂 内插依据 方　　案现状 方案 1 方案 2 方案 3 村野 住友公式 2. 26 2. 20 2. 26 2. 28 EPA 指南 10. 54 10. 29 10. 54 10. 64 柴岛 住友公式 2. 03 2. 05 1. 90 1. 45 EPA 指南 9. 50 9. 60 8. 87 6. 73 3. 3　T HM 致癌风险评价 从表 2的结果可知, EPA 的数据内插风险值是住友公式估算风险值的 5倍左右. 现状 条件下用住友公式估算的村野和柴岛的致癌风险分别为 2. 26人/ a 和 2. 03人/ a.考虑到供 水人口,这个数值不算高.方案 1只能使村野的风险稍有降低,而使柴岛的风险略有增加.方 案 2可使柴岛的风险降低 6. 5% ,比方案 1效果好些, 但仍不显著.方案 3则可使柴岛的风 险降低 29%左右,是效果较好的方案,但由于取水后使宇治川流量减少,使得污染较严重的 桂川河水容易扩散至村野取水口,令该处风险略为上升. 4　THM 的环境风险控制和管理 THM 的环境风险控制和管理主要有三个途径.一个是在净水处理中减少、抑制或防止 THM 的产生,这包括在传统的净水处理 流程 快递问题件怎么处理流程河南自建厂房流程下载关于规范招聘需求审批流程制作流程表下载邮件下载流程设计 前增加一个生物预处理工序, 部分除去原水中 的 T HMP; 或设置电脑程序对氯气添加量进行严格实时控制, 防止过量注入而导致 T HM 生成量增加;或在砂过滤之后再作活性炭过滤以除去生成的 T HM ;或改变传统的净水工艺 流程,以臭氧代替氯气作杀菌消毒剂,达到完全避免 THM 生成的目的. 另一个途径是降低 水源水体中的 T HMP 含量,包括通过对生活污水和工业废水的治理来削减 THMP 排出量, 实施非点源污染控制对策来降低降雨流入水源的 T HMP 负荷量.第三个途径是改变水源, 114 中山大学学报(自然科学版)　　　　　　　　　　　　　第 35 卷 将取水口转移到较清洁的河流. 由于改变传统的净水工艺流程和取水口转移花费巨大,且往 往受到客观条件的制约而不易实施,因此, 当 THM 污染问题不太严重时,应从加强净水处 理效率,严格控制氯气添加量以及实施以削减污染物排放量为主的流域水环境综合治理这 几方面着手, 控制和降低由 T HM 引起的环境风险. 参　考　文　献 1　Rook J J. F ormation of halo forms during chlo rination of natural wat er. Water T r eatment and Ex- am ination, 1974, 23: 234 2　丹保宪仁.水道与 T HM.东京: 技报堂出版社, 1983 3　日本土木学会水质研究小委员会. 公共用水域的有机氯化合物发生机理及除去研究报告 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf .东京: 土木学会, 1981 4　大阪市水道局水质试验所. 水源中的 T HMP 调查, 大阪市水道局水质试验所调查报告及试验结 果, 1983, 33: 249 5　Yotsukura N , Say re W W. T ransverse mix ing in natur al Channels. Water Resour ces Resear ch, 1976, 12( 4) : 695 6　李适宇,八木俊策, 末石富太郎. 淀川的水质扩散及其对饮用水源的影响.第 31 次水理讲演会论文 集, 1987, 311 7　住友恒.上水道氯气消毒的安全性评价. 水道协会杂志, 1983, 52( 3) : 11 8　U S EPA . Statement of basis and purpose for an am endment to the national- inter im pr ima ry dr inking wat er r egulations on t rihalomethanes. Washing ton D C: Office o f Wat er Supply, 1978 Environment al Risk Assessment in River Quality M anagement L i Shiyu � 　T ohru M orioka Abstract　T hree management alternat ives are pr opo sed for the pur pose o f improv ing the w ater quality of drinking water supply sources in the Yodo River , Japan. THMP levels at tw o majo r intakes are calculated w ith the Cumulat ive Discharge Model. Car cinogenic r isk of T HM in dr inking w ater w hich forms in the chlor inat ion pr ocess o f w ater purificat ion is est imated by employ ing two dif ferent interpolat ion methods. The risk is evaluated and the effect of alternatives is discussed. Keywords　r iv er quality management , T HM , risk assessment 115第 4 期　　　　　　　李适宇等: 水源河流水质管理中的环境风险评价 � Instit ut e of Environmental Science, Zhong shan U niver sity , Guang zhou 510275