于建偉：飲用水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制的進(jìn)展與挑戰(zhàn)
長(zhǎng)期以來，我國(guó)在水污染防治方面開展了大量系統(tǒng)工作，取得了長(zhǎng)足進(jìn)步。在本世紀(jì)初時(shí)，水環(huán)境污染嚴(yán)重，I-III類地表水占比不到30%，而這一占比目前已經(jīng)超過85%，Ⅴ類及劣Ⅴ類水質(zhì)逐漸消失。飲用水主要源于地表水源。在水環(huán)境治理成效顯著之后，我們的飲用水水質(zhì)安全是否得到有效提升？8月30日下午，在由未來新水務(wù)研究中心主辦的“水質(zhì)安全與高品質(zhì)供水研討會(huì)”中，中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心楊敏團(tuán)隊(duì)研究員于建偉以“飲用水水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)與控制：進(jìn)展與挑戰(zhàn)”為題作主旨報(bào)告。
于建偉
? 本文根據(jù)嘉賓發(fā)言內(nèi)容整理。
一、問題評(píng)估：嗅味及標(biāo)準(zhǔn)外污染物被廣泛檢出
中國(guó)當(dāng)前是商業(yè)化學(xué)品的生產(chǎn)和流通大國(guó)，CAS登記化學(xué)品數(shù)量2023年4月突破1.8億，中國(guó)流通商業(yè)化學(xué)品注冊(cè)超過5.08萬。水環(huán)境中全氟、農(nóng)藥、內(nèi)分泌干擾物、致嗅物等化合物不斷增加，為飲用水安全帶來挑戰(zhàn)。
為系統(tǒng)調(diào)查研究我國(guó)飲用水安全問題，我國(guó)在“十一五”到“十三五”的國(guó)家水專項(xiàng)、“十四五”的長(zhǎng)江黃河重點(diǎn)專項(xiàng)中布設(shè)了相關(guān)課題。我們團(tuán)隊(duì)參與其中，圍繞整體水源水質(zhì)、飲用水水質(zhì)、污染物種類等，開展了水質(zhì)篩查、評(píng)估、標(biāo)準(zhǔn)制定等系列工作。具體工作分為四個(gè)階段。
第一階段是2009-2011年，聚焦重點(diǎn)城市，檢測(cè)污染物種類170種；第二階段是2014-2016年，聚焦重點(diǎn)流域，檢測(cè)種類擴(kuò)展到200種；第三階段是2018-2020年，聚焦主要水源地；第四階段是2022年-2024年，聚焦長(zhǎng)江、黃河流域，檢測(cè)的污染物種類超過800種?？傮w來看，水質(zhì)篩查范圍涵蓋78個(gè)城市、235個(gè)水廠，采樣里程超過30萬公里，覆蓋人口超過7億。
基于上述調(diào)查，一個(gè)總體結(jié)論是：嗅味及標(biāo)準(zhǔn)外污染物被廣泛檢出。其中，嗅味是主要的超標(biāo)指標(biāo)，高氯酸鹽是高頻檢出的標(biāo)準(zhǔn)外污染物。
嗅味問題：
嗅味在地下水中出現(xiàn)不多，但在地表水中較為普遍，以腥臭味和土霉味為主，硫醚是腥臭味主因，藻源MIB是土霉味主因。這些物質(zhì)，水廠的常規(guī)處理工藝對(duì)其去除率有限。近幾年由于氣候、水生態(tài)系統(tǒng)等變化，還有土臭素等嗅味物質(zhì)的產(chǎn)生。
除天然源的嗅味外，我們還關(guān)注到工業(yè)化學(xué)品的使用及排放，會(huì)產(chǎn)生新的嗅味問題，如環(huán)狀縮醛、雙(2-氯-1-甲基乙基)醚等。此前，我們對(duì)于化學(xué)品大多只關(guān)注其健康效應(yīng)，但在近年來，化學(xué)品致嗅事件開始頻頻出現(xiàn)，氣味各異，可能是難聞的刺激性氣味、土霉味，也有果香甜味、草木味等。
標(biāo)準(zhǔn)外污染物：
在水專項(xiàng)的調(diào)查中，高氯酸鹽、全氟污染物是最突出的兩類污染物，它們具有一定健康風(fēng)險(xiǎn)，且在水廠工藝中去除率較低，因而源頭控制是關(guān)鍵。水專項(xiàng)的調(diào)查結(jié)果對(duì)于我國(guó)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的修訂也起到了良好的支撐作用。
高頻檢出標(biāo)準(zhǔn)外污染物詞云圖
在“十四五”調(diào)查中，我們進(jìn)一步梳理了800種風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)清單，包括農(nóng)藥、紫外穩(wěn)定劑、抗氧化劑和防腐劑、有機(jī)磷酸酯等重點(diǎn)類別，構(gòu)建方法體系，調(diào)查研究其檢出情況、分布特征、水廠去除效能等，對(duì)水中健康風(fēng)險(xiǎn)物質(zhì)進(jìn)行非靶向篩查，并得出需要重點(diǎn)關(guān)注的污染物質(zhì)。
表 需關(guān)注的污染物質(zhì)
二、不同技術(shù)對(duì)微量污染物去除的有效性如何？
從處理技術(shù)來說，對(duì)于這種微量污染物，不同技術(shù)去除的有效性如何？
以嗅味問題為例。不同致嗅物適用的去除技術(shù)不同，化學(xué)氧化適用于硫醚類，活性炭吸附適用MIB等多種致嗅物，臭氧-活性炭深度處理工藝適用于不同致嗅物共存的復(fù)合嗅味。我們以吸附可處理性指數(shù)、氧化可處理性指標(biāo)為坐標(biāo)，將不同污染物置于這一坐標(biāo)系下，初步評(píng)估了各類嗅味物質(zhì)的可處理特性。
技術(shù)適用性評(píng)估
活性炭在嗅味去除中發(fā)揮重要作用。經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)活性炭的吸附能力與碘值、亞甲藍(lán)值關(guān)系不大，與微孔孔容成正比。微孔孔容由0.25cm3·g-1提升至0.45cm3·g-1，活性炭吸附容量可提升3倍，相關(guān)技術(shù)在深圳長(zhǎng)流陂水廠進(jìn)行了工程示范。
此外，還需要考慮如何降低NOM（天然有機(jī)物）的競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)。NOM可以直接競(jìng)爭(zhēng)吸附位點(diǎn)或者堵塞微孔的方式，降低活性炭吸附效能。如何解決這一問題？一種思路是從材料角度出發(fā)，嘗試找到能夠吸附目標(biāo)污染物的活性炭；另一種思路，是通過活性炭投加方式或處理工藝的改變，降低NOM競(jìng)爭(zhēng)效應(yīng)的影響。上述工作正在進(jìn)行中，希望將來能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
對(duì)于一些化學(xué)嗅味物質(zhì)，以環(huán)狀縮醛為例，我們從對(duì)它的吸附可處理性能、氧化可處理性能進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)這一品類中的各種污染物差別較大，有的適合吸附，有的適合氧化。對(duì)于這一類物質(zhì)，通常臭氧有一定的去除效果。當(dāng)它濃度較高的時(shí)候，也需要通過進(jìn)一步優(yōu)化去提升去除效果，如改變臭氧投加量或投加方式等。
我們也將砂濾后置與前置工藝對(duì)嗅味去除效果進(jìn)行了比較。臭氧活性炭砂濾后置在很多工程中都有應(yīng)用，用以更好地去除濁度、微生物等因子。而我們從嗅味的角度出發(fā)，發(fā)現(xiàn)采用砂濾后置-臭氧/BAC工藝對(duì)于痕量污染物的去除效果均低于砂濾前置-臭氧/BAC工藝。因此，雖然砂濾后置有其工程上的益處，但也需一定程度上作進(jìn)一步的探索，加以平衡。
砂濾后置與前置工藝對(duì)嗅味去除的比較
對(duì)于全氟化合物的去除，目前來看，傳統(tǒng)凈水技術(shù)有其局限性，仍然需要通過活性炭吸附效能的提升加以解決。目前，我們通過研究明確了不同孔徑與PFOA吸附的關(guān)系和機(jī)制，初步制備了相應(yīng)的活性炭，并評(píng)估了不同活性炭對(duì)全氟化合物的吸附效果。
研制的不同活性炭對(duì)全氟化合物吸附效果
三、如何應(yīng)對(duì)？風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)前移
水源中存在大量微量污染物，除了技術(shù)的不斷疊加，我們還能干什么？
實(shí)際上，把污水排放標(biāo)準(zhǔn)、水源標(biāo)準(zhǔn)和飲用水相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行銜接，作為一個(gè)完整標(biāo)準(zhǔn)體系來構(gòu)建，是非常有必要的。比如飲用水凈水工藝中難以去除的高氯酸鹽、全氟化合物，可以在污水排放標(biāo)準(zhǔn)中將其嚴(yán)格控制好，實(shí)現(xiàn)化學(xué)物質(zhì)的源頭阻斷；基于此，推動(dòng)地表水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與排放標(biāo)準(zhǔn)和飲用水標(biāo)準(zhǔn)的無縫對(duì)接，以及飲用水標(biāo)準(zhǔn)中新型污染物的滾動(dòng)修訂機(jī)制，是解決水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、提升飲用水安全、提供高品質(zhì)飲用水的一個(gè)優(yōu)良策略。
