保障水質：飲用水處理中
TOC & THM的風險管理
在飲用水處理廠的源頭，原水通常要經過化學混凝、絮凝、沉淀、過濾和消毒五大過程才能安全飲用。根據原水特性，可能還需要額外步驟來解決特定的水質問題，達到理想的最終出水水質，并控制處理成本。
我們將在此重點討論兩個關鍵元素：碳和氯。我們將探討水中含碳化合物的存在對法規和處理決策的影響，以及作為消毒劑的氯如何推動其他法規和處理決策。
圖1.飲用水工藝概述
氯是一種強效消毒劑，在市政水處理過程中使用已有100多年的歷史。自1908年在新澤西州首次使用至今，它已成為美國大多數飲用水和廢水處理廠使用的主要消毒劑。
氯通過殺死或滅活許多導致疾病的病原體來對水進行消毒。氯能中和的三種已知水傳播疾病是大腸桿菌病、肝炎和賈第鞭毛蟲病。
氯基消毒劑比其他消毒劑具有更強的殘留效果；因此，氯基消毒劑在市政輸水網絡中發揮著至關重要的作用，并且仍然是飲用水廠的首選消毒劑。在消除霍亂和傷寒等瘟疫、降低腸道疾病發病率和其他由水傳播病菌引起的健康問題方面，使用氯消毒劑無疑對公共衛生大有裨益。
使用氯和少量氯胺作為消毒劑的一個后果是，它們很容易形成所謂的消毒副產物。EPA監管的化合物有兩類九種化合物：三鹵甲烷和鹵乙酸以及亞氯酸鹽和溴酸鹽。這些化合物是氯或氯胺與水中的有機碳和溴化物發生反應時形成的。1998年，制定了第1階段DBP規則，以減少飲用水中的DBP暴露。第1階段DBP規則規定了三種消毒劑的最大殘留消毒劑水平（MRDL）：氯、氯胺和二氧化氯。第1階段DBP規則還規定了總三鹵甲烷（TTHM）的MCL為80 ppb、鹵乙酸（HAA5）的MCL為60 ppb、亞氯酸鹽的MCL為1,000 ppb、溴酸鹽的MCL為10 ppb。2006年，第2階段DBP規則要求對輸水系統內DBP水平最高的地點進行監測，從而加強對公眾健康的保護。
消毒副產物和監管合規性
MCLG是飲用水中污染物的最高水平。最高污染物水平（MCL）是根據成本效益分析確定的飲用水中允許的最高水平，強制執行。
地點運行年平均值或“LRAA”是指前四個日歷季度在特定監測地點采集的樣本分析結果的平均值。
表1.第2階段DBPR監管污染物
配水系統總監測點和監測頻率由社區規模和水類型（第H子部分或地下水）決定。
表2.第2階段DBPR MCL合規性
TTHMs和飲用水
EPA批準的總三鹵甲烷（TTHMs）檢測方法是GC/MS或GC/選擇性檢測器方法。常用的方法是實驗室GC/MS方法524.2。要符合《消毒副產物規則》第2階段的規定，必須按照上表中的時間表對輸水系統進行抽樣。
除配水系統中的采樣點外，實時了解水廠最終出水到達配水系統之前的TTHM水平也很有幫助。GC/MS技術無法隨時進行在線測量。然而，有一種方法可以實時測定出水樣本中的TTHMs。
TTHMs在線測定
YSI THM分析儀使用基于吹掃和捕獲/GC的技術來測定TTHMs。用惰性氣體吹掃樣品，將可吹掃的有機物轉化為氣相，并在環境溫度下收集到捕集阱。吹掃樣品后，對捕集阱進行加熱、反沖洗，然后用惰性氣體對色譜柱進行解吸。對氣相色譜儀進行溫度編程以分離可吹掃的有機物：氯仿、溴二氯甲烷、二溴氯甲烷和溴仿。這些化合物通過表面聲波檢測器進行檢測。
1 吹掃狀態
用惰性氣體吹掃樣品，將可吹掃的有機物轉化為氣相，并在環境溫度下收集到捕集阱。吹掃樣品后，對捕集阱進行加熱、反沖洗，然后用惰性氣體對色譜柱進行解吸。對氣相色譜儀進行溫度編程以分離可吹掃的有機物：氯仿、溴二氯甲烷、二溴氯甲烷和溴仿。
圖3.測定TTHMs的吹掃技術
2 解吸狀態
一旦吹掃步驟完成，并且分析物已集中在捕集阱上，閥門就會改變位置，使捕集阱與GC載氣流相通。將捕集阱迅速加熱至解吸溫度，將分析物從吸附材料中釋放出來，并且GC載氣“反吹”捕集阱，將分析物通過加熱的傳輸管線掃出捕集阱并掃至GC入口。
在解吸和烘烤狀態期間，樣品從噴霧容器中排出，并用清水沖洗樣品管線和噴霧器（如紅色所示）。
USEPA方法定義了這一技術，所有商用吹掃和捕集儀器均基于這一操作原理。許多儀器均包含旨在提高整體效率和性能的附加元件，但它們均基于這一基本原理。
圖4.吹掃捕集技術的解吸狀態
結論
簡而言之，總有機碳（TOC）在保證飲用水安全方面發揮著重要作用。EPA已就水處理過程中應去除多少TOC制定了明確的指導原則，尤其是對于遵循40CFR中第H子部分規定的工廠。即使TOC水平較低且穩定，有機化合物或THM前體仍可能存在于整個處理過程中。當使用氯作為消毒劑時，它會與這些化合物發生反應，產生消毒副產物。這就是為何密切監測TOC和氯水平對于確保水處理符合EPA規定并保證水質安全至關重要的原因。
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