城市污水再生回用水質(zhì)安全指標(biāo)體系
據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2002年10月登錄在《化學(xué)文摘》上的化學(xué)物質(zhì)總數(shù)已達(dá)4500萬種，日常生活和生產(chǎn)中經(jīng)常使用的有6～8萬種，導(dǎo)致環(huán)境中化學(xué)物質(zhì)越來越多。在垃圾滲濾液中檢出的化學(xué)物質(zhì)達(dá)126種，自來水中也能檢出100多種。此外，由于大量生活污水和醫(yī)院廢水的排入，城市污水中病原微生物的含量明顯上升，消毒是有效殺滅污水中病原微生物的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但消毒處理中部分污染物可能發(fā)生化學(xué)變化，生成消毒副產(chǎn)物，降低了水質(zhì)安全性。另外，再生水中的污染物在回用中是否存在積累？對(duì)生態(tài)系統(tǒng)有何影響？影響程度如何等是必須回答的問題。再者，如何評(píng)價(jià)再生水回用所帶來的危害也是一個(gè)亟待解決的問題。當(dāng)然，水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)是評(píng)價(jià)水質(zhì)安全與否的客觀依據(jù)。
現(xiàn)行水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)可分為綜合指標(biāo)(如TP、TN、BOD、COD等)和單一指標(biāo)，單一指標(biāo)是根據(jù)化學(xué)物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染狀況及毒性制定的。近年來，隨著人們對(duì)化學(xué)品研究的不斷深入，增補(bǔ)的單一指標(biāo)越來越多，但僅占常用化學(xué)物質(zhì)種類的0.1%。況且，單一指標(biāo)有其不足。
另外，傳統(tǒng)的綜合指標(biāo)只考慮污染物的“量”，并未考慮“質(zhì)”，特別是在消毒處理中，即便BOD、COD等不發(fā)生很大變化，但水體中污染物的種類、形態(tài)卻可能發(fā)生很大變化。可見，這些傳統(tǒng)指標(biāo)已不能滿足控制水質(zhì)、保護(hù)人類健康和生態(tài)環(huán)境的需要。因此，建立一套安全可靠、切實(shí)可行的水質(zhì)安全指標(biāo)體系顯得非常必要。本研究從再生水的不同用途和使用方式出發(fā)，分析水體中病原微生物和化學(xué)污染物對(duì)人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的危害途徑，提出了保障水質(zhì)安全的指標(biāo)體系，并分析了可行性。
1 再生水回用分類及影響途徑分析
再生水的回用類型主要有：城鎮(zhèn)雜用、地下水回補(bǔ)、景觀娛樂、工業(yè)冷卻等幾個(gè)方面（見表1）。本研究針對(duì)再生水不同的用途和使用方式，分析了再生水中病原微生物和化學(xué)污染物影響人體健康和生態(tài)系統(tǒng)的可能途徑（表1）及其影響結(jié)果（表2）。
2 再生水回用水質(zhì)要求
美國(guó)內(nèi)政部對(duì)再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的制定原則作了詳細(xì)說明，如表3所示。
3 水質(zhì)安全指標(biāo)體系的確定
考慮到再生水的不同用途和污染物可能的影響途徑，制訂再生水水質(zhì)安全標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)注意：(a) 保護(hù)公眾健康。是制定水質(zhì)安全指標(biāo)的首要目標(biāo)。(b) 用水要求。工業(yè)或其他用水，對(duì)水質(zhì)有特殊要求，與健康無關(guān)。應(yīng)根據(jù)具體要求制定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。(c) 灌溉影響。灌溉可能引起很多相關(guān)問題，如污染土壤、地下水、地表水、以及暴露人群的健康效應(yīng)。(d) 環(huán)境安全。使用再生水區(qū)域以及周圍地區(qū)的動(dòng)植物、受納水體等，都是保護(hù)對(duì)象。(e) 感觀要求。對(duì)于較高要求的再生水，如沖洗廁所、綠地灌溉、娛樂用水等，在美學(xué)方面應(yīng)和飲用水有相似的要求。(f) 切合實(shí)際。標(biāo)準(zhǔn)必須符合當(dāng)前的政策、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)狀況。
表1 再生水回用對(duì)人體健康和生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一些的途徑分析
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表2 再生水回用可能引起的污染
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表3 再生水用途及水質(zhì)指標(biāo)制定原則
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制訂水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)不僅要考慮病原微生物和化學(xué)污染物帶來的安全風(fēng)險(xiǎn)，還要考慮公眾或工作人員的暴露水平。再生水回用可能引起的安全問題主要有：對(duì)地表水、地下水的污染，對(duì)水生生物的毒害和導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)土壤的污染和土壤結(jié)構(gòu)、微生物群落結(jié)構(gòu)的影響，就灌溉而言，還可能出現(xiàn)對(duì)作物的毒害。若再生水回用于鍋爐補(bǔ)給水和工業(yè)冷卻水時(shí)，還可能出現(xiàn)設(shè)備的腐蝕、結(jié)垢以及管道中生物生長(zhǎng)等問題。
由于再生水中化學(xué)污染物和病原微生物的組成非常復(fù)雜，一一鑒別并制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)并不現(xiàn)實(shí)。為了能保障再生水的生物學(xué)安全和生態(tài)安全，本研究在文獻(xiàn)調(diào)研的基礎(chǔ)上，根據(jù)再生水的不同用途和使用方式，分析了回用時(shí)污染物影響人體健康和生態(tài)安全的可能途徑及后果，結(jié)合當(dāng)前的研究理念和成果，提出了一些能全面反映水質(zhì)安全的關(guān)鍵性指標(biāo)，如生物學(xué)綜合指標(biāo)、綜合毒性指標(biāo)、特異性指標(biāo)、可吸附有機(jī)鹵化物AOX以及揮發(fā)性有機(jī)化合物VOC等(圖1)，水質(zhì)安全指標(biāo)體系如圖2所示。
4 水質(zhì)安全指標(biāo)的意義及可行性分析
4.1 生物學(xué)綜合指標(biāo)
生物學(xué)綜合指標(biāo)主要是用來評(píng)價(jià)和控制再生水中的病原微生物，預(yù)防流行性傳染病的大范圍爆發(fā)。研究發(fā)現(xiàn)，正常的人、畜糞便中沒有病原微生物，而感染者的糞便中能檢出大量的病原微生物，如從病原微生物的分類出發(fā)，分別從細(xì)菌、病毒、寄生蟲中選出有代表性的指示生物，對(duì)于評(píng)價(jià)水質(zhì)的生物學(xué)安全性具有重要意義。大腸菌群作為水質(zhì)指示細(xì)菌已有很長(zhǎng)時(shí)間，是因?yàn)樗鼈冎饕嬖谟跍匮獎(jiǎng)游锏募S便中，濃度高，易檢測(cè)，與糞便污染程度成正相關(guān)。但對(duì)再生水而言，目前尚無統(tǒng)一觀點(diǎn)，大多仍沿襲傳統(tǒng)習(xí)慣，選擇大腸菌群或糞大腸菌群為生物學(xué)指標(biāo)，美國(guó)現(xiàn)行的再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，大多數(shù)仍選擇總大腸菌群或糞大腸菌群作為生物學(xué)控制指標(biāo)，其中糞大腸菌群在表示水體受糞便污染狀況時(shí)更具代表性。
與糞大腸菌群相比，病毒、寄生蟲對(duì)消毒處理的抵抗力更強(qiáng)，在環(huán)境中存活的時(shí)間也長(zhǎng)。有人曾試圖將病毒和寄生蟲作為水質(zhì)安全指標(biāo)。但美國(guó)環(huán)保局認(rèn)為，在污水再生處理工藝中，過濾和消毒處理可完全去除寄生蟲，必要時(shí)可在過濾前添加化學(xué)試劑以徹底殺滅寄生蟲。另外，寄生蟲的檢測(cè)相對(duì)復(fù)雜，周期長(zhǎng)，準(zhǔn)確度也低。同樣，選擇病毒作為水質(zhì)安全指標(biāo)，也存在相似問題。
根據(jù)上述分析，結(jié)合我國(guó)的國(guó)情，選擇大腸菌群/糞大腸菌群作為再生水水質(zhì)安全指標(biāo)。另外，再生水中余氯的含量對(duì)于控制病原微生物的再生繁殖非常重要。雖然余氯不屬于生物學(xué)范疇，但為了便于應(yīng)用，也將余氯作為控制指標(biāo)之一。
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4.2 綜合生物毒性指標(biāo)
廢水中的化學(xué)污染物，回用時(shí)可能引起各種各樣的綜合污染和復(fù)合毒性，有些研究者嘗試將生物毒性作為水質(zhì)指標(biāo)，目前的研究還比較零散。綜合毒性指標(biāo)主要是用來評(píng)價(jià)和控制再生水中的化學(xué)污染物，防止污染物直接或間接威脅人體健康、危害生態(tài)系統(tǒng)。該研究已逐步成為環(huán)境領(lǐng)域研究的一個(gè)亮點(diǎn)，美國(guó)、加拿大等國(guó)家已把生物毒性列為廢水水質(zhì)控制指標(biāo)之一。近年來，以廢水綜合毒性(WET)控制廢水排放的研究在國(guó)內(nèi)外已有很多報(bào)。
污水綜合毒性指標(biāo)應(yīng)用在工業(yè)污水排放控制、排污許可證管理以及污水處理廠水質(zhì)控制中更具優(yōu)越性。對(duì)此，國(guó)外已開展了大量相關(guān)研究和應(yīng)用。20世紀(jì)80年代末，美國(guó)環(huán)保局制訂了應(yīng)用毒性測(cè)試法評(píng)價(jià)水體綜合毒性的計(jì)劃，通過直接測(cè)試水體總毒性以減少和取代對(duì)單個(gè)污染物的鑒別和分析，并在隨后頒發(fā)的污染物排放消除系統(tǒng)許可證中應(yīng)用。此外，聯(lián)邦德國(guó)等國(guó)家已經(jīng)著手研究工業(yè)污水的毒性評(píng)價(jià)方法和控制技術(shù)。我國(guó)的生物毒性研究工作已有一定基礎(chǔ)，具備了對(duì)污水進(jìn)行毒性控制的手段，也取得了一些可喜的成果。
此外，污染物的遺傳毒性不容忽視。在目前合成和使用的化學(xué)品中，已有很多被確定或懷疑有三致效應(yīng)。這類化學(xué)品對(duì)人類以至整個(gè)生物圈構(gòu)成了巨大的威脅，而它們的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試相對(duì)比較困難，缺乏合適的方法。Ames試驗(yàn)是最早開發(fā)的檢測(cè)致突變性的方法，但方法復(fù)雜，每個(gè)樣品大約需要3d才能得到結(jié)果。近年來很多研究者致力于開發(fā)致突變性快速檢測(cè)方法，如目前常用的UMU遺傳毒性檢測(cè)法，大約需要4 h，彗星試驗(yàn)只需要2 h。蠶豆根尖微核試驗(yàn)在近年有較多應(yīng)用，測(cè)試費(fèi)用較低，容易掌握，操作方便。
4.3 特異性指標(biāo)
特異性指標(biāo)主要用來評(píng)價(jià)除毒性效應(yīng)外的其他生物效應(yīng)，如對(duì)生物酶的抑制效應(yīng)、生物累積效應(yīng)、化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)分泌干擾活性等。其中內(nèi)分泌干擾活性的測(cè)試有助于了解內(nèi)分泌干擾物對(duì)人和野生生物的影響。常用的測(cè)試方法有：ER-CALUX®檢測(cè)法，MVLN檢測(cè)法，YES檢測(cè)法。Witters等通過對(duì)不同水體的生物檢測(cè)后發(fā)現(xiàn)，內(nèi)分泌干擾活性從高到低的順序是：受污染的江湖水體>污水處理廠出水>地表飲用水源。有關(guān)再生水分泌干擾活性的特異、高效測(cè)試方法的研究處于剛剛起步階段。
4.4 可吸附有機(jī)鹵化物
有機(jī)鹵化物是國(guó)內(nèi)外環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的三類有機(jī)污染物之一，U.S. EPA 1979年提出的129種優(yōu)先控制污染物中，鹵代有機(jī)物約占60%。由于有機(jī)鹵化物來源廣泛，分子量分布范圍寬(>2500)，不可能用某一種方法同時(shí)檢測(cè)，有必要建立一種類似于COD、BOD等的綜合指標(biāo)以評(píng)價(jià)有機(jī)鹵化物的污染水平。20世紀(jì)70年代，可吸附有機(jī)鹵化物AOX就被列入德國(guó)和荷蘭等國(guó)的飲用水研究領(lǐng)域，現(xiàn)在德國(guó)等歐洲國(guó)家已制定了AOX的飲用水標(biāo)準(zhǔn)和污水排放標(biāo)準(zhǔn)，以AOX表征的有機(jī)鹵化物已成為一項(xiàng)國(guó)際性水質(zhì)指標(biāo)。我國(guó)對(duì)AOX的研究還剛剛起步，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18918-2002《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中推薦將AOX作為水污染選擇控制指標(biāo)。
4.5 揮發(fā)性有機(jī)化合物
水體中揮發(fā)性有機(jī)物，特別是低分子鹵代烴和苯系物均被列入環(huán)境優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物，隨著污水再生回用范圍不斷擴(kuò)大，再生水中的VOCs也可能通過各種途徑對(duì)人體健康造成威脅。比如，景觀娛樂用水、環(huán)境景觀灌溉、街道灑掃、地下水滲濾回補(bǔ)等過程中，水體中的VOCs揮發(fā)進(jìn)入空氣，人體吸入影響健康。另外，若消防用水中VOCs含量較高，火災(zāi)撲救時(shí)， VOCs隨溫度升高而揮發(fā)，可能對(duì)消防人員和周邊居民的健康造成傷害。目前有關(guān)再生水中VOCs的研究還不多，也有個(gè)別研究表明再生水中VOCs對(duì)人體危害較小。即使在飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中，也只對(duì)部分常見VOCs物質(zhì)的含量作了限制。Rowe等1997年收集、總結(jié)了已發(fā)表的87種VOCs類物質(zhì)的毒理學(xué)信息和部分水質(zhì)指標(biāo)[14]。但是，如果目前還只是通過制訂單一物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)來控制水質(zhì)的安全性，顯然難以達(dá)到真正的保護(hù)目的，希望在今后的研究中，能構(gòu)建一個(gè)或幾個(gè)較好反映VOCs物質(zhì)總體污染效應(yīng)的指標(biāo)。
5 結(jié)語
綜上，本研究提出的綜合生物毒性指標(biāo)、生物學(xué)綜合指標(biāo)、特異性指標(biāo)等，能更全面、直觀地反映污水再生處理及回用過程中，水體中化學(xué)污染物和病原微生物對(duì)人體健康和生態(tài)安全的影響，以及水質(zhì)安全性的變化。當(dāng)然，這些指標(biāo)的使用不能脫離傳統(tǒng)的水質(zhì)指標(biāo)，即與傳統(tǒng)指標(biāo)相輔相成。另外，國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究還相對(duì)較少，還有很多問題有待于研究。
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