长江水分中分解性有机物的时空散布和消毒衍生物的钻研

第一章 绪论

1.1 中国水资源现状及主要问题
1.1.1 水资源现状及其分布特征
水资源是人类赖以生活的一种天然资源。随着世界人口的不停增加以及工业的急速开展，这种名贵的天然资源被一直消费和净化。中国作为世界上人口最大的开展中国度，水资源显得尤为名贵。目前我国水资源最为突出的问题是水资源总量丰硕，人均占领量低。中国水资源总量注1尽管丰硕(中国年均匀水资源总量为 2.2 1012m3，居世界第 6 位),但是人均占领量很少。我国近 10 年的水资源总量虽然没有浮现显著的降落趋向(见表 1-1)，但是在人口增加的压力下(从 2000年的 12.9 亿增加到 2010 年的 13.7 亿)[1, 2]，我国人均水资源量由 2,138.5 m3降落到 1,764.3 m3，并且人均水资源量的递加趋向在我国人口高速增加的压力降一提高加剧。目前有 16 个省(区、市)人均水资源量低于重大缺水线。另外，我国水资源的散布存在重大的不平衡性。依据 09 年中国水资源公报的统计(表 1-2)，我国的水资源总量为 2.4 1012m3，其中北方 4 区(包含长江、珠江、东南诸河、东北诸河)的水资源量到达了 1.9 1012m3，占全国的 80.5%。而北方6区(包含松花江、辽河、海河、黄河、淮河、东南诸河)的水资源量仅为4.7 1011m3，占全国的 19.5%。水资源的不平衡散布使得城市缺水和农业缺水在我国尤为重大。
一方面，城市是人口密集和工业、商业活动频繁的地区，北方城市受水资源分布的影响容易出现缺水现象。另一方面，作为农业大国，我国农业用水占据全国用水总量的绝大部分。目前全国有效灌溉面积约占全国耕地面积的 51.2%，然而近一半的耕地得不到灌溉，尤其是位于北方的灌溉耕地约占 72%，却只有19.5%的水资源量。
我国水资源的不均匀性还体现在时间分布上。全国大部分地区在汛期四个月左右的径流量占据了全年降雨量的 60～80%。这就导致了年内的分布不均，甚至出现连续丰水年或连续枯水年的情形，使水资源供需矛盾十分突出，水的短缺问题更加严重。除此以外，近年的发展使得全国用水量和废水排放量由 2000 年的5.5 1011m3和 6.2 1010m3增长到 2009 年的 6.0 1011m3和 7.7 1010m3，意味着在人均水资源量逐渐下降的形势下，人类面临着更严重的水资源消耗和污染。

1.2 珠江水资源现状
1.2.1 珠江流域的概况
珠江作为我国南方最大的河流，由西江、北江、东江和珠江三角洲诸河组成。其流域面积之大遍及云南，贵州，广西，广东，湖南，江西，海南和福建等八大省份，并且占地总面积和总人口数分别高达 44,210 km2和 1.66 亿(未计港澳)。其中，西江作为珠江的主干流，全长 2,214 km，流域面积 353,120 km2，平均径流总量为 2,380×108m3。西江发源于云南省曲靖市沾益县(市)境内的马雄山，从上游往下游分为南盘江、红水河、黔江、浔江及西江等河段，主要支流有北盘江、柳江、郁江、桂江及贺江等，最终在广东省珠海市的磨刀门注入南海。北江发源于江西省信丰县石碣大茅坑，干流全长 468 km，流域面积 46,710 km2，均径流总量为 394×108m3。较大支流有武水、连江、滃江、潖江和绥江等，干流在思贤滘与西江交汇后进入珠江三角洲。东江主流发源于江西省寻乌县桠髻钵，干流全长 520 km，集水面积 27,040 km2，平均径流总量为 238×108m3。较大支流有安远水、新丰江、西枝江等，在广东省东莞市石龙镇进入珠江三角洲。
珠江三角洲诸河包括西江和北江思贤滘以下及东江石龙以下河网水系注入三角洲的潭江、高明河、沙坪河、流溪河、增江、深圳河、茅洲河等中、小河流，香港特别行政区的九龙和澳门特别行政区在其地理范围内。河网区水道总长 1,600 km，流域面积26,820 km2，平均径流总量为 3.3×1010m3，泥沙运输量达 7.1×107t[6]。三角洲诸河纵横交错，水流相互贯通，自东而西经由虎门、蕉门、洪奇门、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门及崖门入注南海，构成独特的“诸河通汇，八口分流”的水系特征。珠江流域地势特点为北高南低，西高东低，整体趋势由西北向东南倾斜。北有南岭、苗岭等山脉；西有横断山脉，东有玳瑁山脉；西南有云开大山、十万大山等山脉环绕。
区域内大多山脉为东西走向(出横断山脉)，以山地、丘陵为主，约占全片面积的 94.55%，平原面积少，约占全片总面积的 5.45%，岩溶地貌发育，约占总面积的 29.9%。另外，珠江片地处热带、亚热带季风气候区，气候温和，雨量丰沛。特点为季节变化明显：春雨连绵，雨日特多；夏季温高湿热，暴雨集中；夏秋季台风入侵频繁；冬季雨量稀少，严寒天气不多。多年平均相对湿度在70～80%之间，多年平均降水量 1,525.1 mm，约 80%降水集中在 4～9 月。近年，随着我国农业与工业等行业的高速发展，珠江的水质受到了进一步污染，其主要污染来源为工业废水和生活污水[7]。根据珠江水资源公报的统计，每年排入珠江的工业废水及生活污水的总量达到了 11.1×109m3和 5.3×109m3[8]。
特别是广东省的污水排放量在整个珠江流域中占据了极高的比例，其工业废水的年排放量达 7.1×109m3(＞63%总排放量)，生活污水的年排放量达 3.9×109m3(＞73%总排放量)。并且珠江作为广东省众多城市的饮用水源(包括广州和周边的城市)[9]，当地庞大的污水排放量必然增加水中有机物的浓度和改变有机物的性质，继而影响其消毒过程中三卤甲烷等有害物质的生成能力，最终危及广东省内 1.04亿常驻人口的健康安全[10]。表 1-3 归纳了珠江近 10 年的水资源量变化。珠江片区的水资源量并没有呈现明显的时间趋势，只是受降雨影响明显，在雨水充足的年份水资源量会明显增加，如 2001 年和 2008 年。另外，随着珠江流域的工业发展，近年珠江片区的废水年排放量有明显增加的趋势。在 2003～2008 年间，珠江流域的废污水年排放量仅为 126.0×109～142.3×109m3，而统计数据显示 2009 年和 2010 年的废污水年排放量已经上升到 182.1×109和 190.5×109m3。废水排放量的增加必然加重水体负担，导致水质的下降。

目录
第二章 溶解性有机物的时空分布....................................................16
2.1 实验仪器及方法..................................................................16
2.1.1 实验仪器........................................................................16
2.1.2 采样方法.......................................................................16
第三章 消毒副产物生成势以及生成活性的时空分布................................................30
3.1 实验仪器及方法...................................................................30
3.1.1 实验仪器.......................................................................30
3.1.2 实验方法.......................................................................32
第四章 相关水质指标对珠江水质的指代作用.............................................48
4.1 实验仪器及方法...................................................................48
4.1.1 实验仪器......................................................................48
4.1.2 实验方法........................................................................48

结论
珠江水体中溶解性有机物的时空分布及消毒副产物的研究本研究以珠江水体为研究对象，在 2009 ~2010 年间，共对珠江中 10 个城市进行定期采样，采样范围包括西江(梧州、德庆、肇庆) 、东江(河源、惠州、东莞)、北江(韶关、英德、清远)和三江交汇处(广州)。考察了珠江中溶解性有机物(DOC)的质量浓度、UVA254、pH 和电导率(EC)等相关水质指标。珠江中有机物组成的研究则采用 XAD 树脂多级分馏法分离出溶解性有机物中的 HPOA、HPON、TPHA、TPHN、HPIA。另外，在统一培养条件(UFC)下对珠江水样进行加氯实验，确定加氯反应后生成三卤甲烷的种类和数量，并且研究有机物浓度、组成对 THMFP 的影响。最终得出以下结论：
(1) 珠江水体中的 DOC 质量浓度范围为 0.7~33.0 mg·L-1。在空间分布上，各支流的 DOC 质量浓度从上游至下游逐渐增加，最终在各支流出口处(广州)达到最高。在时间分布上，珠江下游城市的 DOC 质量浓度在雨季(7 月和 10 月)要明显高于(P＜0.05)旱季(1 月和 4 月)。与下游城市相似，各支流的上游城市的 DOC 质量浓度也呈现在雨季较大的规律，但上游城市的径流量要高于下游城市，因此雨季的DOC 质量浓度没有明显高于(P＞0.05)旱季。DOC 质量浓度与 THMFP 呈现显著的正线性相关，所以 THMFP 与 DOC 质量分数的时空分布的基本一致。
(2) 在各支流的对比中发现，西江的 DOC 质量浓度和上下游的浓度变化均低于其他支流，但其有机组成却较其他支流稳定，并且 STHMFP 也要较其他支流高。这反映了西江作为珠江主干，水径流量大，污水可能受到稀释，从而导致有机组分受周边城市所排放的污水影响最小。同时，该结果也说明了城市污水中的有机物的 STHMFP 较天然有机物的 STHMFP 低。
(3) 珠江中各采样城市的消毒副产物的 BSF 通常在 20%以下，只有广州地区的BSF 高达 48.0%，是其他城市的 2 倍以上。含溴消毒副产物的细胞毒性和遗传毒性一般为含氯消毒副产物的 10 以上，应引起水处理工作者的足够重视。
(4) 珠江水体中 64.6%的 THMs 来源于 HPO 组分，其 STHMFP 约为其他组分的2.5 倍。因此，检测天然水体中的 HPO 组分可以在一定程度上用于指示消毒副产物前驱物。然而流域之间随着 DOC 质量浓度的提高，HPO 组分的 STHMFP 会逐渐减少，而非 HPO 组分的 STHMFP 则会逐渐增加，并且在某些 DOC 质量浓度较高(污水排放量较大)的地区会由非 HPO 组分成为 THMFP 的决定因素。这是因为城市污水当中的腐殖质以 HPI 组分形式存在，随着污水的排入，珠江中 HPI组分的质量分数和 STHMFP 均会逐渐增加。
(5) UVA254分别与 DOC 质量浓度、THMFP 呈现出良好的正比例线性关系，可以在用于指示天然水体的 THMFP。然而因为 UVA254仅对 HPOA、HPON 和 TPHA等组分有指示作用，而并非所有的消毒副产物前驱物。因此，UVA254仅对以 HPO等组分为消毒副产物前驱物的天然水体适用，而对以 HPI 为消毒副产物前驱物的城市污水有一定的局限性，希望引起相关研究者的注意。

参考文献
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[2] 中华人民共和国国家统计局. 2010 年第六次全国人口普查主要数据公报(第 1号)[EB/OL]. , 2010.
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[5] 中华人民共和国水利部. 2009年中国水资源公报[EB/OL],2012-04-26.
[6] Reckhow, D.A., Rees, R.L.S., Bryan, D. Watershed sources of disinfectionbyproduct precursors[J]. Water Science and Technology, 2004, 4:61-69.
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[10] Rook, J.J. http://sblunwen.com/xdx/Formation of haloforms during chlorination of natural waters[J]. WaterTreatment Exam, 1974, 23(2):234-243.