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近二十多年来,珠江三角洲经济取得长足的发展,广州作为广东省的省会城市经济总量非常大,工业发达、人口密集,随着广州社会经济发展的同时也带来了较大的环境污染。其中水源水及饮用水的污染已经成为一个事关公共卫生健康的重要问题。由于大量工业废水、废气和生活污水的排放,以及广大农村地区大量使用化肥和农药等农用化学物质,使广州地区的饮用水源水受到不同程度的污染。水源水和饮用水自来水的质量与人们的生活水平和身体健康息息相关,二噁英POPs类物质由于其高毒性、长期残留性、生物蓄积性、半挥发性及长距离迁移等特性,对人类健康造成严重危害而倍受人们的关注,同时也是饮用水水质量一个非常重要的指标。本研究结合US EPA1613B环境样品二噁英的分析方法,并在此基础上改进了前处理方法、建立了稳定可靠的适于分析天然水体和自来水样品中二噁英的分析方法,开展了广州地区饮用水源水和自来水样品中二噁英浓度水平的分析和调查工作,评估了广州市自来水厂现有工艺流程对水源水中二噁英的净化效率,并使用三种常用混凝剂三氯化铁(FeCl3·6H2O,FC),聚合氯化铝(polyaluminium chloride,PAC)和硫酸铝(aluminium sulphate,[Al2(SO4)3·18H2O])在实验室模拟了自来水厂混凝工艺单元对原水中二噁英的净化效率。以上研究工作结果表明:
1.本研究在实验室原有基础上,结合U.S.EPA1613采用玻璃纤维滤瞙+C18固相萃取圆盘(Solid Phase Extract Disks)组合技术处理10-100 L的水样,对100-2000 L的水样采用玻璃滤瞙+聚安酯泡沫(PUF,polyurethane foam)组合技术富集水体样品中的二噁英,使用多段混合硅胶柱+氧化铝柱组合技术或多段混合硅胶柱+氧化铝柱+二级硅胶柱组合技术对样品抽提物进行净化,用气相色谱联用高分辨质谱测定含量。用该法分析二噁英标准溶液,四次分析结果的RSD<18.3%,回收率可达61-130%;三次实验结果的RSD≤15%。用玻璃滤瞙+聚安酯泡沫(PUF,polyurethane foam)组合技术处理大体积水样(>100 L)大大降低了分析成本,经济实用。
2.广州市水源水二噁英总浓度介于68-880 pg/L,平均值为350 pg/L,其对应的毒性当量以世界卫生组织的WHO-TEF计算,毒性当量浓度为0.185-3.60pg-TEQ/L,平均值为0.966 pg-TEQ/L。这个浓度水平与日本的浓度水平相似,比欧洲的浓度水平略高。四个主要水源区水体二噁英浓度排序是,东江新塘河段(DJR)>珠江西-后航道>顺德水道乌州水文站(SDR)>流溪河从化市郊河段(LXR)。广州水源水水相样品二噁英总浓度范围是0.773-19.8 pg/L,平均浓度为7.22 pg/L,其相应的毒性当量(W-TEQ)浓度是0.0124-0.218pg-TEQ/L,平均值为0.0511 pg-TEQ/L。这个浓度水平低于日本1 pg-TEQ/L的地表水标准,比欧洲的浓度水平略高与北美地表水水相浓度相当。水源水水相二噁英与SPM相二噁英同源,但二噁英在水体中进行固/水分配过程中会因为二噁英同族体的理化性质的差异,而形成水相二噁英的分布特征,低氯代的二噁英同族体也占较高份额。
3.广州市两个居民社区自来水管网末梢水的浓度平均值是0.023 pg W-TEQ/L与日本的浓度水平相当,是瑞典自来水二噁英浓度的近10倍,该浓度低于日本和美国的饮用水二噁英限量标准。两个居民社区的饮用自来水二噁英日暴露量约为0.069 pg W-TEQ/day,远低于美国环境署规定的二噁英暴露量限值。评估表明长期饮用两个社区自来水管网末梢水是安全的。从水源水到自来水的生产过程中,广州现有自来水厂工艺二噁英的去除率高达98-99%。源解析说明,水源水中SPM相的二噁英同族体能够高效的去除。但对于水源水水相二噁英(溶解相)的除去率却不容乐观平均范围是68-75%,自来水中的二噁英各同族体主要是来自水源水水相中二噁英的残留,低氯代的二噁英同族体的丰度值相对较高。源解析和二噁英各同族体的净化效率分析进一步说明自来水厂净化工艺的氯化过程(加氯消毒)会生成新的低氯代二噁英同族体,是自来水管网末梢水中二噁英的又一个源。
4.混凝实验过程中,FC和PAC对PCDD/Fs的去除效率稍高于AS,FC与PAC具有相似的PCDD/Fs去除效率,同时FC对于PCDD/Fs低氯代的同族体(4-和5-位取代)去除效率更高。混凝实验后PCDD/Fs在颗粒相中的浓度占加入原水中PCDD/Fs浓度的95%以上。混凝实验中PCDD/Fs的去除效率与DOC的去除效率是正相关的。POC和DOC对于PCDD/Fs在水体中的固/水分配,吸附/解吸起关键作用。PCDD/Fs的同族体和单体在TW的分布特征总体上与PCDD/Fs同族体在纯水的溶解度分布一致。但是不同的混凝剂处理的水中又各自的PCDD/Fs同族体分布特征。