Hong och medarbetare har undersökt tre parametrars inverkan på bildandet av klor- och bromättiksyra (halogenated acetic acids, HAA) i dricksvatten vid produktion av kloramin.
Av: Kenneth M Persson
Hong och medarbetare har undersökt tre parametrars inverkan på bildandet av klor- och bromättiksyra (halogenated acetic acids, HAA) i dricksvatten vid produktion av kloramin. Bromerad ättiksyra är mer cyto-och genotoxiskt än klorerad. De studerade löst organiskt material (Dissolved Organic Matter, DOM), pH och bromidhalten i vattnet . DOM från två ytvatten med låg (2,9) och hög (5,1) specifik UV-absorbans (mätt som SUVA254 med enheten l/mg*m) isolerades och fraktionerades i tre fraktioner efter det organiska materialets hydrofobicitet, vilket är ett översiktligt mått på det organiska materialets innehåll av karboxyl- och hydroxidgrupper.
DOM delades upp i grupperna hydrofoba ämnen (HPO), transfila ämnen (TPH) och hydrofila ämnen (HPI). För att bestämma vad de olika fraktionerna hade för effekt på HAA-bildningen mätte de förändringar i DOM-halt och i produktion av desinfektionsbiproduter vid kloraminering. NOM-fraktionerna fick reagera med klor och ammoniak för att bilda kloramin vid tre olika pH:n och tre olika bromidhalter. Deras resultat visade att det var pH som hade störst inverkan på hur mycket HAA som bildades och hur stor andel av HAA som bromerades. Totalhalten HAA minskade signifikant när pH ökade från 6,3 till 9,0. Mängden bromerad HAA minskade också med stigande pH, så att inga bromerade HAA alls kunde mätas vid kloraminering vid pH 9. Den hydrofoba fraktionen av DOM gav upphov till högre halt HAA än den transfila och hydrofila fraktionen. Men den hydrofila fraktionen reagerade i större omfattning med bromid än de transfila eller hydrofoba fraktionerna. För att upprätthålla höga och stabila halter totalt klor i vattnet efter kloraminering bör desinfektions-pH vara högt och åtminstone över pH 7,5. En sådan styrning ger upphov till lägre andel bromerad ättiksyra.
Vatten som undersöktes kom från två råvatten till ytvattenverk i Sydcarolina: Greenville (GV) och Myrtle Beach (MB), Löst organiskt material anrikades med hjälp av omvänd osmos, RO. Greenville har DOM som domineras av akvatiskt bildat organiskt material och har ett SUVA-index på 2,9 efter koncentrering med omvänd osmos. Myrtle Beach får ytvatten som är påverkat av mycket terrestert kol från skog och våtmark. Dess vatten har ett SUVA-index på 5,1 efter koncentrering med omvänd osmos. Massbalansmätningen mätt som löst organiskt kol före och efter koncentrering med omvänd osmos visade god överensstämmelse med totalhalten kol i vattnet. 88% av Greenvilles kol och 99% av Myrtle Beachs kol återfanns i RO-koncentratet. Klorerings- och kloramineringsreaktioner var i stort sett oberoende av om DOM hade behandlats med omvänd osmos eller inte.
Efter koncentrering med omvänd osmos fraktionerades det organiska materialet med hjälp av jonbytare i tre grupper (HPO, TPI och HPI). Varje fraktion från jonbytarna späddes därefter till en kolhalt på cirka 8 mg/l mätts om löst organiskt kol, så att kloraminbildningen skulle ske vid ungefär samma kolkoncentration. Alla fraktioner buffrades med karbonat och pH-justerades med saltsyra och lut till önskvärt pH. Tre pH:n (6,3, 7,5 och pH 9) och tre bromid/kol-kvoter valdes ut (50 µg/mg Br/DOC, 130 µg/mg Br/DOC och 350 µg/mg Br/DOC).
I USA är Br/DOC-kvoten i naturligt ytvatten under 100 µg/mg Br/DOC, men så höga halter som 528 µg/mg Br/DOC har detekterats. Vattenproverna kloraminerades därefter genom tillsats av nyberedd kloraminlösning som hade bildats av natriumhypoklorit och ammoniumsulfat i proportionen 3,5:1 Cl2:N vid pH 9.
Kloramindosen ställdes in till de olika DOM-fraktionerna för att ge en ungefärlig total klorhalt efter 24 timmar omkring 2,0 mg/l. Omsättningen av klor mättes efter 0,5, 1, 2, 4, 8, 24, 48 och 72 timmars exponering. Vid slutet av varje försök mättes pH, fritt klor och totalt klor i proven.
HPO-fraktionerna hade högst SUVA-index och det terrest påverkade Myrtle Beach-vattnet hade högre SUVA-index än Greenville-vattnet. Av allt DOM var HPO-andelen 73% i Myrtle Beach-vattnet medan Greenville-vattnets HPO-fraktion var 61% av hela kolhalten. Se tabell 1 (illustration ej längre tillgänglig).
Kloramin förbrukades i vattnet. Vid pH 6,3 förbrukades 2-5 mg/l kloramin efter 72 timmars exponering. Vid pH 7,5 förbrukades 0,5-2 mg/l och vid pH 9 0,2-0,9 mg/l efter 72 timmar. Bildandet av halogenerade ättiksyra var också pH-beroende. Vid pH 6,3 bildades som mest 0,5 µM/l halogenerad ättiksyra medan pH 9 endast gav upphov till som högst 0,08 µM/l. Vid detta höga pH hade i stort sett DOM-fraktioner och bromidkoncentrationen ingen betydelse för hur mycket halogenerad ättiksyra som bildades, medan DOM-fraktionerna hade stor betydelse vid pH 6,3. Halogenerad ättiksyra bildades mycket lättare i den hydrofoba fraktionen än den hydrofila. Generellt ökar förekomst av halogenerad ättiksyra med ökande SUVA-index, vilket tyder på att det är den hydrofoba komponenten som främst ger upphov till halogenerad ättiksyra. Effekterna av bromid på bildandet av halogenerad ättiksyra var pH-beroende. Hög bromidhalt vid pH 6,3 ökade bildningen av halogenerad ättiksyra och större andel av de halogenerade föreningarna innehöll brom. Men här reagearde de hydrofila komponenter lättare med brom än de hydrofoba. Totalhalten halogenerad ättiksyra var dock högst i den hydrofoga fraktionern, medan andelen bromerad ättiksyra var högre i den hydrofila fraktionen. Vattenverk rekommenderas att överväga att bibehålla pH vid eller över 7,5 som en strategi för att upprätthålla högre och relativt stabila totalklorhalter samtidigt som bildandet av halogenerad ättiksyra minimeras liksom eventuell bildning av bromerad ättiksyra.
Slutsatser
Bromidhalten i svenska ytvatten är generellt sett låg men eftersom brom inte finns med i de allmänna dricksvattenanalyserna är halten förmodligen okänd på de flesta vattenverken. Kemisk fällning är den mest förekommande reningen för ytvatten och denna metod avskiljer de hydrofoba organiska fraktionerna lättare än de hydrofila. Därför minskar totalhalten organiskt material rejält och 8 mg/l organiskt kol i dricksvatten är föga förekommande i Sverige. Att vidmakthålla höga pH:n vid desinfektion med kloramin är ett gott råd men om klorering föregår kloraminbehandling är det viktigt att minnas att klor har bäst desinfektionsverkan vid låga pH:n, helst lägre än pH 7. Att optimera vattenberedning bara för att minimera bildandet av bromerade ättiksyra är därför inte att rekommendera. Totalhalten kol i vattnet är också viktigt. Den behöver vara låg för att undvika oönskad desinfektionsbiprodukter. Här finns alltså massor av analyser och tankearbete kvar att göra för att få ett säkert och stabilt dricksvatten.
Källa: Ying Hong, Hocheol Song och Tanju Karanfil: Formation of haloacetic acids from dissolved organic matter fractions during chloramination. Water research 47 (2013) 1147-1155
Hela artikeln i Water Research finns att köpa här.
