评估印度尼西亚传统城市污水处理厂中溶解有机物的去除效果及三卤甲烷的去除情况：一种性能监测方法

《Chemosphere》：Evaluating dissolved organic matter and trihalomethanes removal in conventional urban water treatment plants in Indonesia: A performance monitoring approach

　　``

摘要

天然有机物（NOM）的存在在Dago Pakar水处理厂（WTP）中作为消毒副产物（DBPs）的前体起着关键作用。本研究旨在评估NOM特性对受监管DBPs（特别是三卤甲烷（THMs）形成潜力的影响。研究内容包括物理化学参数分析、NOM的光谱特征分析以及DBPs的形成潜力分析。结果表明，温度和余氯的物理化学参数未达到质量标准，而pH值、浊度和电导率（EC）则保持在可接受范围内。通过对有色溶解有机物（CDOM，包括UV254、UV355、UV250/365或E2/E3比值）和荧光溶解有机物（FDOM）的测量，发现这些有机化合物主要为芳香族物质，如来自本地和陆地来源的腐殖酸和富里酸。传统的处理工艺能成功去除93.24%的腐殖酸类似物，但对其他成分影响不大。原水中三卤甲烷-4（THM4）的形成潜力为1457.76 μg/L，经过处理后仅降低了24%，仍超过了美国环保署（USEPA）和印度尼西亚卫生部规定的最大污染物浓度。降雨事件可以减少原水和处理后水中THM4的生成量，但仍高于USEPA的规定标准。基于这些发现，传统处理工艺无法改变Dago Pakar WTP中THMs的前体物质。

引言

水是维持生命的关键，对生态平衡和人类福祉至关重要（Hridoy等人，2025年）。NOM是决定水体质量的关键因素之一（Qadafi等人，2020年；Zevi等人，2022年）。NOM来源于水生环境中自然存在的有机化合物，这些化合物是由植物、动物和微生物的降解产生的（Qadafi等人，2024年）。它也可能来源于人为活动，例如含有肥料和农药的农业径流（Gilca等人，2020年；M Qadafi等人，2023a）。Cikapundung河作为印度尼西亚万隆市饮用水公司的Dago Pakar WTP的原始水源已有四十多年的历史。Cikapundung河流域的土地利用主要以人为活动为主，包括工业、农业和城市用地（Roosmini等人，2018年），这导致水质持续下降。先前关于污染河流的研究表明，干燥季节的溶解有机物（DOM）具有更强的芳香性和疏水性，且更偏向腐殖质，这与干燥季节总三卤甲烷形成潜力（TTHMFP）的较高浓度相关（Sururi等人，2020年）。

水源中的NOM对供水系统的多个方面都有重要影响，包括WTP中传统处理工艺的效率和性能（Bei等人，2019年）。尽管可以通过各种水处理工艺去除NOM，但传统WTP的有效去除能力有限（Lin等人，2014年）。传统WTP中的关键工艺，如混凝和絮凝，往往无法充分去除NOM（Chen等人，2013年；Ilunga等人，2021年）。受污染原水中过量蛋白质类化合物的存在，如色氨酸和酪氨酸类似物质，进一步复杂化了传统WTP中的NOM去除过程（Sururi等人，2023年）。

水中的NOM可以与化学消毒剂（如氯）发生反应，氯是传统水处理过程中常用的消毒剂（Mian等人，2018年；Qadafi等人，2021年）。未经处理的NOM是氯化DBPs形成的关键前体（Zevi等人，2022年；Zimoch和?obos，2018年）。通过NOM与氯的相互作用形成的常见受监管DBPs包括THMs和 haloacetic acids（HAAs）（Bond等人，2012a；Shi等人，2024年；Zimoch等人，2025年）。虽然THMs通常比其他DBPs毒性较低（Wagner和Plewa，2017年），但其浓度往往较高（Zazouli和Kalankesh，2017年）。例如，先前的研究发现，干燥季节Cikapundung河原水中的平均THM形成潜力（THMFP）达到636.79 μg/L，而雨季为430.13 μg/L（Sururi等人，2020年）。研究还揭示了传统WTP（如Dago Pakar WTP）的局限性，它们在去除NOM方面不够有效，这一点从快速砂滤器（RSF）出口处的THM浓度可以证明，干燥季节和雨季分别为160 μg/L和100 μg/L（Sururi等人，2020年）。这些THMFP值超过了美国环境保护署（USEPA）的标准限值。总三卤甲烷-4（THM4）包括三氯甲烷（TCM）、溴二氯甲烷（BDCM）、氯二溴甲烷（CDBM）和三溴甲烷（TBM），其最大污染物浓度为80 μg/L（USEPA，1998年）。印度尼西亚当地规定WTP出水中THM4的允许浓度上限为560 μg/L（印度尼西亚卫生部，2010年）。

THMs是使用氯进行饮用水消毒时产生的不希望出现的卤代有机化合物，主要是由于其致癌性（D?browska，2020年；Wagner和Plewa，2017年）。THM4的存在及其相关健康风险不可忽视。接触THMs已被报道具有吸入麻醉作用，并与肝癌、肾癌以及结肠和直肠癌相关，慢性每日摄入量（CDI）分别为TCM 6.85 × 10^?4 mg/kg·day、BDCM 1.47 × 10^?3 mg/kg·day、CDBM 2.07 × 10^?3 mg/kg·day以及所有年龄和性别的TBM 6.68 × 10^?4–2.52 × 10^?3 mg/kg·day（Dobaradaran等人，2020年）。此外，长期暴露可能增加癌症风险（Mazhar等人，2020年；Pandian等人，2022年）。DBPs的形成受氯剂量和水中有机物浓度的影响较大；这两个因素的浓度越高，DBPs的形成通常也越多（Ding等人，2018年；Muammar Qadafi等人，2023b）。无机卤化物（如溴化物）的存在也很重要，尤其是在促进溴化THMs的形成方面（Tan等人，2016年）。这个问题在印度尼西亚尤为突出，因为许多主要城市的WTP依赖受污染的河水作为主要水源，并采用基于氯的消毒工艺（Roosmini等人，2018年）。

尽管全球范围内对NOM特性和DBPs形成的研究很多，但针对印度尼西亚实际规模传统WTP的研究仍然有限。特别是缺乏同时评估NOM转化、光学特性（如CDOM和FDOM）以及热带条件下THM形成潜力的综合评估。因此，本研究通过提供印度尼西亚WTP不同处理阶段NOM动态及其与THM形成关系的全面评估，做出了新的贡献。这种区域性和基于过程的视角对于改进发展中国家的DBP控制策略至关重要，因为这些国家的原水质量通常变化较大，并且受到人为活动的显著影响。

本研究的主要目的是通过高锰酸钾（KMnO₄）消耗量和CDOM指标（包括UV₂₅₄、UV₂₅₀、UV₃₆₅和E2/E3比值）来分析传统WTP处理过程中NOM特性的变化。此外，本研究还旨在通过FDOM分析识别特定类型的DOM化合物，并评估DBPs的形成潜力，重点关注THMs这一关键指标。

章节摘录

采样点

本研究从印度尼西亚万隆市Perumda Tirtawening饮用水处理厂的Dago Pakar单元的传统处理系统（图1）收集了水样。采样在两个点进行：（1）预沉淀池的出口，作为来自Cikapundung河和Cikareo泉的含悬浮固体的原水来源；（2）消毒过程之前的过滤出口（处理后的水）。原水样

物理化学特性

水样的物理化学特性总结见表1。所有采样点的温度范围为21.45°C至23.15°C。pH值普遍呈中性，范围为6.90至7.37。电导率（EC）值在162.45至182.10 μS/cm之间，处于淡水的典型范围内（20–1500 μS/cm）。各采样位置的浊度从原水到处理后的水呈现下降趋势

结论

研究表明，由Perumda Tirtawening运营的Dago Pakar WTP在减少THMs的形成潜力方面效果不佳。虽然处理工艺成功去除了类似腐殖酸的物质，但在消除类似富里酸以及酪氨酸和色氨酸类化合物方面效果较差。处理后THM形成潜力的持续存在受到原始水质量的强烈影响

CRediT作者贡献声明

Mohamad Rangga Sururi：写作 - 审稿与编辑、验证、监督、资源提供、项目管理、方法论制定、资金获取、正式分析、概念构思。Mayla Zahra Nugraha：写作 - 初稿撰写、可视化、验证、资源提供、调查、正式分析、数据整理。Mila Dirgawati：写作 - 审稿与编辑、验证、资源提供、调查、正式分析、数据整理。Muammar Qadafi：写作 - 初稿撰写、监督、软件使用,

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在准备本作品时，作者使用了ChatGPT来完善手稿内容。使用该工具/服务后，作者对内容进行了必要的审阅和编辑，并对出版内容承担全部责任。

资金

本研究得到了印度尼西亚研究、技术和高等教育部的财政支持（资助编号：28/SPK/Rektorat/Itenas/VI/2025）。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所报道工作的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢Bandung市Poltekkes Kemenkes综合实验室提供的实验室分析设施。同时也非常感谢Dago Pakar单元WTP作为本研究地点的支持。

Mohamad Rangga Sururi|Mayla Zahra Nugraha|Mila Dirgawati|Muammar Qadafi

印度尼西亚万隆国立技术学院环境工程系，Jl. PHH Mustafa No. 23，40124

```