摘要
：针对近年来管网消毒技术产生的消毒副产物（DBPs）日益突出进而影响饮用水水质的问题，研究了管网DBPs的生成原理、常见消毒技术的特点以及对应生成DBPs的情况，并从管材和生物膜两方面总结了管网中影响DBPs生成和迁移转化的典型因素，从源头水厂消毒、管网维护、精准补氯、改进消毒技术等方面提出了控制管网DBPs生成和转化的运行管理建议，以及构建完善的管网饮用水去除DBPs体系，以期为提高二次供水水质提供借鉴。
苏乐，硕士研究生，研究方向为管网建模技术、漏损控制、饮用水处理工艺等。
近年来，随着科技的发展和工业现代化
进程的加快，我国人民生活水平不断提升，社会对城市及乡镇供水质量提出了更高的要求。水厂消毒和管网输配水系统消毒分别是保证出厂水和龙头水水质微生物安全性的最后屏障，但消毒剂的投加也往往伴随着消毒副产物（ DBPs）的生成，从而对动物和人体产生致癌风险。由于消毒剂与管网水体接触时间较长，DBPs在管网中的生成量可能高于水厂消毒阶段的生成量。但目前供水管网中去除DBPs技术还不完备，如何通过控制管网输配系统中DBPs的生成，进一步优化饮用水水质，已成为现今供水管网技术改进与提升的重中之重。
在管网消毒技术中，管网中的 DBPs主要是由二级消毒技术中剩余的余氯物质与供水管网中的前体物发生反应生成，以及部分从水厂中生成DBPs沿着管道到达管网中，这些前体物主要有三类腐殖质：腐殖酸、富里酸和胡敏酸，这三类物质主要是死亡生物体经微生物分解而形成的有机物质，此外由于目前源水微污染问题日益突出，可能导致滤后水和出厂水的需氯量增加，从而生成更多的DBPs。同时，出厂水的有机物还可能通过吸附而附着在配水系统的管壁上，在管网中会产生一定量的DBPs。卤代DBPs主要有三卤甲烷（THMs）、卤乙酸（HAAs）、卤乙腈（HANs）、卤代酮（HKs）和致诱变化合物（MX）等有机卤代副产物和氯酸盐、溴酸盐等无机卤代副产物。
现今水厂及管网饮用水消毒方式主要有氯化消毒、氯胺消毒、二氧化氯消毒以及臭氧和紫外线（ UV）消毒，主要消毒方式的技术特点见表1。
表 1 管网主要消毒技术特点比较
从表 1可以看出，多种消毒方式均可应用于管网二次消毒，为此应结合实际情况对DBPs的控制进行分类讨论。朱有长等 分析了一定剂量的 4种消毒剂（液氯、二氧化氯、氯胺、次氯酸钠）DBPs的平均生成量，从整体来看次氯酸钠消毒生成的DBPs含量最少，可以有效控制DBPs。原因是次氯酸钠水解次氯酸程度不如液氯，因而起重要消毒效果的次氯酸较少，液氯氧化有机物生成消毒副产物能力大于次氯酸钠；同时氯胺和二氧化氯的效果也较好，在现实中应结合实际情况并考虑各类消毒方式的技术特点。
1.1.2 管网中消毒副产物的生成情况
DBPs的生成影响因素主要有消毒剂的种类、投加量、水质有机介质浓度、pH、温度、反应时间等，不同的反应条件下生成的DBPs浓度可能不同。Wang等 、 Huang等 通过实验取样得到深圳部分地区管网水部分消毒副产物在四季的变化情况， Yu等 对上海地区农村管网水消毒副产物情况进行了取样研究，相关数据如表 2所示。
表 2 管网水检出的部分DBPs浓度
从表 2可以看出，在管网水中，常见的DBPs均被检出，THMs和HAAs含量较高；从季节上来看，夏季DBPs浓度较高，冬季较低，可能是由于夏季的水质环境（如高温、有机物浓度可能相对冬季较高、消毒剂投加量可能有所增加等）更利于反应的发生；上海采用氯胺（化合氯）消毒的比重较大，故较深圳而言，其THMs和HAAs浓度较低，HANs浓度较高。
在现今城市和乡镇供水管网中，管材主要分为金属和塑料两种，金属管主要有球墨铸铁管、铸铁管、不锈钢管等，塑料管主要包括聚烯烃管和氯乙烯管。
铸铁管在城市供水管网中的利用率达到80%以上，铸铁管易生锈，管壁易形成金属氧化物，这类氧化物能吸附水中的天然有机物（NOM），被吸附的NOM会改变管壁的活性部位，促进余氯的消耗，同时这类金属氧化物能与NOM反应生成THMs的前体物，从而延长DBPs前体物与消毒剂在管道中的接触时间，增加THMs的含量，同时管道腐蚀过程中生成的Fe
2+
与H
2
可以还原卤代物，并且Fe
2+
的释放可以催化生成OH
-
，而它是促进HAAs生成的重要因素。这些因素都会加剧管网中DBPs的迁移转化，还原机理可用如下化学方程式表示：
此外，塑料管深埋地下，可能会发生聚合反应，也可能存在土壤的部分污染物渗入，改变管网中 DBPs的形态。
陈停等
研究了不同管材对 DBPs生成势的影响，其中不锈钢管材中THMs和HAAs生成势最小，PE管（聚乙烯塑料）次之，铸铁管最大。
长距离的输送管道会使管网水停留时间增加、余氯浓度减少，降低对细菌的杀灭作用，造成管道内壁中细菌繁殖生长并形成生物膜。生物膜中的微生物可能会降解管网水体中的有机物，降解后的产物会与 DBPs发生物理化学作用，导致DBPs的迁移转化，其种类和浓度发生变化。此外，生物膜的存在也加剧了管网腐蚀，严重恶化供水水质。Ding等
模拟了饮用水分配系统，结果表明，生物膜对 THMs形成贡献在很大程度上依赖于系统中的水力学模式、季节变化等。此外，水体的硝化作用也会促进硝化生物膜的生成，这类硝化有机物可以作为DBPs的前体。同时水质因素（pH、溶解氧、温度、水龄等）和运行工况（流量、压力等）都会对管道中的生物膜造成影响，进而导致DBPs的迁移转化。
在一级消毒过程中，控制出厂水的 DBPs含量，即可降低其进入管网输配系统的DBPs浓度，可采用的措施如下：
②
在水厂一级消毒过程中，采取消毒剂分段投加方式，如先对源水进行预氯化等，同时也可采用强化混凝、颗粒活性炭吸附和膜分离三种方法，从源头抑制前体物的产生；
③
在一级消毒中，通过预处理或深度处理工艺，如高锰酸钾预氧化、臭氧-生物活性炭深度处理、超滤膜、曝气法、超滤法、臭氧高级氧化技术等方法，有效去除消毒副产物
。
供水管道是输送饮用水的生命线，长期作业使其表面附着滋生大量生物膜和被腐蚀，因此，应定期对管道进行清洗，有条件的，可涂防腐材料。可采取如下措施通过管网维护控制消毒副产物：
①
开启消火栓冲出管道中的沉积物，结垢严重时用刮管器清除，防止管网水因生物膜或管道腐蚀发生水质恶化；
②
适当改变管网水的运行工况，缩短水龄，提高运行效率，减少消毒剂与水体中的前体物长时间接触可能发生的DBPs生成与转化。
管网庞大且密布复杂，深埋地下，长距离的输配管道不适宜像水厂一样采用大型深度处理工艺对前体物进行去除，适宜方式是在管网二级消毒中实现对管网水质的精准补氯，除去附着在管道中的菌落。在管网中，冗长的输配管道使得管网水余氯浓度不断下降，参考国家《生活饮用水卫生标准》（ GB 5749—2006）的规定，应根据供水管网输配距离、总氯衰减情况、管网末梢微生物指标检测结果等调整总氯控制目标，余氯在管网末梢（用户端）的含量不应低于0.05mg/L。传统投加模式已不利于管网各处的余氯浓度调节稳定，因此通过优化管网二级补氯模式，构建管网水质模型，合理布局管网中途补氯点，科学控制加氯量，保证管网末梢余氯浓度达到要求，与水厂一级消毒和管网末梢终端消毒一并形成供水管网多级消毒模式
，保证管网末端水质达标，既能够缓解出厂水对 DBPs的消毒压力，还能够解决一次投加模式存在的消毒剂投加成本较高的问题，同时保证了水中游离氯的浓度，提高DBPs的去除效果。
通常在氯化消毒中会有一个预先处理的消毒模式，但这会导致 DBPs的浓度大大提高，因此应在可能的条件下取消预加氯，在保证消毒效果的前提下控制好加氯量，避免余氯浓度过高，同时投加氯后应与水快速混合。在现今管网的实际应用中，开始采用二次补氯的方式，即在水厂出厂水至供水管网的开始点加入少量的氯，使水中余氯保持较低浓度，在管网末梢二次投加适宜浓度的氯，保证管网末梢水的余氯达到要求，可以有效减少DBPs的产生量
。
在氯胺消毒中，马蓉等的研究表明，DBPs的生成受pH和Cl
2
/N比值的影响较大，氯胺消毒副产物THMs的生成量小于限值，但HAAs（主要是二卤乙酸）的生成量成为新的限值，可以有效指导用于管网控制DBPs生产量。此外，氯胺消毒会产生一定量的N-DBPs，这部分也不可忽视，但对该类DBPs的控制还在实验研究中。
同时利用二氧化氯、紫外线、臭氧等消毒方式能有效减少DBPs的生成浓度。Linden等将新兴的杀菌紫外线发光二极管作为载体用于配水系统的二次消毒，可以非常有效地去除管道内滋生的菌落，破坏生物膜，同时经济实用，无需使用化学二级消毒剂，为公众提供安全饮用水，这是未来消毒技术发展的一个方向。另外，近年来国内外学者研究了不同组合的消毒工艺，如UV/Cl、O
3
/Cl、UV/O
3
等，不但可以减少消毒剂的投加量，同时具有较好的协同效果，产生更低浓度的DBPs。
管网是饮用水输配最重要的场所，在此区域实现 DBPs的有效控制对整个水系统来说至关重要。近年来，专家学者对管网系统中DBPs的生成控制做了很细致的研究工作，越来越多的改良技术以及新型实用技术被应用于实验和实际中。如何统筹城市管网扩建与管网消毒方式之间的关系，在保证供水微生物安全性和经济性的同时进一步提升龙头水的化学安全性，是未来的重要研究课题。
本文的完整版刊登在《中国给水排水》2022年第14期，作者及单位如下：
管网输配系统中消毒副产物生成及控制技术研究
苏乐 1 ，朱延平 1 ，舒诗湖 1 ，闻劼慧 2 ，方芳 2 ，黄强 2
（ 1.东华大学 环境科学与工程学院，上海 201600；2.上海市自来水奉贤有限公司，上海 201400）
