城市集中式供水由原水经自来水厂处理后,通过输水管、配水管的输送(包括二次供水的储存、加压、处理),最后到达用户龙头。其间由于可能存在的管网污染、二次供水设施污染、水体滞流以及用户用水方式不科学等因素的影响,合格的出厂水送至用户龙头时,其水质往往会产生不同程度的下降。国内各部委、专家和供水企业对如何解决城镇供水“最后一公里”的水质安全问题日益重视。2012年《国务院关于保障饮用水安全工作情况的报告》显示,2011年全国设市城市供水出厂水水质达标率为83.0%,而设市城市和县城公共供水末梢水水样达标率为79.6%,这都反映了自来水运输过程中存在污染风险。

《城市供水水质标准》(CJ/T 206—2005)中规定^[1]:用户受水点的水质也应符合本标准规定的水质要求,但目前不论是供水企业的自行检测,还是政府部门的监督检测,其检(监)测点多设置在输水管、末梢配水管及居民经常用水点,而与百姓身体健康和生活质量息息相关的用户龙头水的水质状况一直了解甚少,公开报道更是鲜有披露。本文通过对绍兴市供水管网中所有小区全范围的调查、全面探明了管辖范围内用户龙头水的水质状况,系统分析了各种因素对用户龙头水质的影响,以期为供水企业提高终端用户的龙头水质提供科学依据。

本调查以浙江省绍兴市供水企业的供水用户为调查对象。绍兴市采用2座水厂供水(供水管网见图1),原水均为Ⅱ类水库水,出厂水水质基本相同,近5年出厂水合格率均为100%。

2座水厂地处城市东南方向,供水总体方向由东南向西北输送,主体管线连成环状。DN100以上管材主要以球墨管为主(68.10%),其次是铸铁管(12.00%)、钢管(10.59%),DN100以下的管材以不锈钢复合管为主(66.31%),其次是镀锌管(17.17%)、塑料管(15.61%)。管网整体运行情况较好,近3年漏损率平均为3.64%。多层小区已全部取消了水箱,一表一户率达到100%。按照“由水源向末梢,从大口径到小口径”的原则,输水管网每年进行一次系统的冲洗排放,同时根据用水量、投诉情况、小区管道材质等多种因素,对不同小区采取不同周期的定期排放。辖区内高层小区自2009年由供水企业接管,采用管网直接供水和二次供水相结合的模式,即黄海标高在20～24m以下的楼层由市政管网直接供水,以上楼层则采用水箱变频调速供水或管网叠压(无负压)方式进行二次供水。

本次调查覆盖了绍兴市供水企业供水范围内的全部住宅小区共427个,包括全部357个多层小区及70个高层小区(尚有27个高层小区处于接管改造中,不列入调查)。调查用户共1 453户,其中多层小区1 246户,占85.75%,高层小区207户,占14.25%。调查历时一年半,期间,按基本相同的比例分别在不同月份,不同管辖区中完成用户采样。

调查用户选取原则:各多层小区每条配水支管前端和末梢各选定一幢单元楼,再从每幢单元楼中选出用水量最大和最小的用户作为调查对象。各高层小区则选择入住率相对较高的1～2个单元楼,再按不同的立管分别选定用户。采样方式:用户龙头经酒精棉擦拭,排放10s后进行采样。

分析绍兴市历年管网水质检测结果可以发现:从水厂至管网,主要波动的水质参数为浑浊度、余氯、pH、菌落总数、铁、锰、三氯甲烷、耗氧量、肉眼可见物,并且以前4项最为常见。因此本次调查以浑浊度、余氯、pH、菌落总数为主要水质评价参数,分别统计其合格率,同时取4项合格率的平均值作为综合合格率(浑浊度、余氯、pH、菌落总数4项合格率之和/4)以评价调查水样的合格情况。当浊度出现问题时进一步检测铁、锰、锌等相关金属指标;菌落总数出现问题时进一步检测异养菌落总数指标(Heterotrophic plate counts,HPC)。

水质检测及评价依据为《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)^[2]、《城市供水水质标准》(CJ/T206-2005)^[1]。其中,浑浊度测定采用散射法-福尔马肼标准,余氯测定采用N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法,pH测定采用标准缓冲溶液比色法,菌落总数测定采用平皿计数法。浑浊度、余氯、pH 3个项目均在现场测定。

以平均值和合格率分别对出厂水、管网水和用户龙头水进行统计,结果见表1。从表中可见,绍兴市的供水水质从出厂到用户龙头存在小幅下降,但均值仍处在国家标准限值之内,除余氯合格率稍低于国家标准(95%)外,其他3项指标均高于国家标准。可见余氯是影响终端用户水质达标的主要影响因素。若以4项指标全部合格为依据进行统计,则水样合格率为93.74%。

根据管辖范围,绍兴市供水区域分为越城、城南、城东、袍江、镜湖5个区域(见图1)。综合合格率调查结果显示:输水距离最远的镜湖区域综合合格率最低,为93.48%,其中影响最大的指标是余氯,合格率仅为73.91%,其余4个区域差异并不明显,综合合格率均在98%以上。从平均值结果(见图2)分析可知:从水厂出水到用户龙头,浑浊度存在0.2～0.4NTU的增幅,其中城东和镜湖区域增幅较小,原因是前者地处输水管网最前端,而后者属城市新区,所有的配水管网均建于2004年后;管网中pH的变化比较平稳,除镜湖由于新装球墨管水泥砂浆的影响pH略有升高外,其他各区基本与出厂水持平;余氯是管网波动最大的一个指标,在各区域中的平均下降幅度为0.3～0.4mg/L,特别是输送距离最远的镜湖,经20km的长距离输送,平均余氯含量下降至0.11mg/L,并且部分用户龙头低于国家标准0.05mg/L;但余氯的下降并没有直接导致菌落总数超标,镜湖的菌落总数合格率为100%,而管材相对比较陈旧的越城区域,其合格率99.34%。

将用户龙头水质按不同采样季节进行统计,其综合合格率分别为春季98.72%、夏季98.44%、秋季97.02%、冬季98.95%。可见,季节变化对水质合格率的影响很小,但在指标上,还是呈现一定的特征,主要表现为夏季菌落总数的增加和秋季余氯的减少(见图3)。

绍兴市出厂水余氯控制执行夏季和冬季2个标准,进入气象学意义夏季(连续5d日平均气温大于22℃)后出厂水余氯控制标准是0.5～0.8mg/L,而其他时间执行冬季标准0.4～0.7mg/L。进入秋季后,气温虽有所下降,但地面温度和水温相对滞后,管网衰减仍较大,此时切换成冬季标准,至用户处的余氯普通偏低,有的甚至超标。因此,从既节省氯耗,又保障水质的角度考虑,可根据多年的管网运行经验确定一个参照温度用以控制出厂余氯,这样比简单按季节划分会更加科学。

对菌落总数和余氯的检测值进行相关性分析,其相关系数r=-0.018(P=0.487),即无显著相关性。这与区域分析的结果一致,参考相关文献^[3,4,5]也发现:环境温度的升高对管网中菌落总数的影响更为显著,特别是当环境温度处于20～30℃时,菌落总数明显增多。由此可见,管网水质的生物风险并非仅与余氯有关。此外,通过对菌落总数超标的用户进行采样现场分析后发现,部分超标用户的采样龙头周围的环境卫生比较差,容易滋生细菌,虽然采样前对水龙头进行了统一、规范的消毒处理,但仍不可排除室内环境对所采水样水质的影响。

由于调查所涉高层用户室内管材基本为PPR管,为确保分类的代表性,仅对多层用户进行分类统计。从调查的结果看:调查所涉多层用户的室内管材使用情况分别为镀锌管64.4%、PPR管27.1%、不锈钢复合管7.4%、其他管材1.1%。按不同管材对用户水质合格率进行统计,除使用镀锌管的终端用户水质比使用其他管材的稍差,表现出浑浊度高、余氯低、合格率低外,其他差异并不明显(见图4)。

为进一步了解不同用户管材对其他水质指标的影响,分别针对使用比较广泛的镀锌管、不锈钢复合管、PPR管进行了早上第一次用水前的滞流水质调查。调查对3种管材分别选取了10～15个用户,其中针对镀锌管检测铁、锰、锌、铝和铅指标,不锈钢复合管检测铁、锰、锌、镍、铬和铅,PPR管检测邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯和邻苯二甲酸二丁酯。检测结果表明:镀锌管用户的滞流水体中铁、锰、锌和铝的平均值分别为0.135 mg/L、<0.005 mg/L、0.170mg/L和0.030mg/L,相应的最高值分别为0.982 mg/L、0.008 mg/L、0.67 mg/L和0.038mg/L,铅未检出;不锈钢复合管用户的滞流水体中铁、锰、锌的平均值分别为0.083 mg/L、<0.005mg/L、0.093 mg/L,相应的最高值分别为0.23mg/L、0.006mg/L、0.35mg/L,而镍、铬和铅均未检出;PPR管的相关指标均未检出。

由于高层用户用水量基本处在6～10m³/(户·月)区间,且其水质受入住率影响较大,故仅对多层用户进行用水量分析。根据普查用户的平均水量(8.7m³/(户·月))和国家用水量标准(三口之家10.8～16.2m³/(户·月))^[6],将每户用水量按月平均划分为3个梯度,即≤5 m³/(户·月)(占比35.69%),6～10m³/(户·月)(占比34.78%)和≥11m³/(户·月)(占比29.53%)进行统计,结果发现:用水量的不同对水质的影响主要体现在余氯指标,其他水质指标与用水量关系不大。当用水量大于等于国家标准时,其余氯合格率最高可达98.33%,用水量为6～10m³/(户·月)时,余氯合格率为96.46%,当用水量小于5m³/(户·月)时,余氯合格率降至95.17%,已临近国标限值95%,并且浑浊度合格率也有明显下降(见图5)。另一方面,对管辖区内所有余氯不合格的用户用水量进行统计,发现51.17%的不合格用户其月均用水量小于5 m³/(户·月)。由此可见,用户用水量大小是影响用户余氯不达标的一个主要因素。

针对高层小区配水管的水质问题,分析配水管管径的合理性发现:高层小区的配水管管径设计均符合相关国家标准,但高层小区入住率普遍较低(参与调查的70个高层小区平均入住率仅为48.17%),进一步将入住率细分成<40%、40%～60%和60%以上3个区段对用户水质进行分析,结果发现:余氯合格率受高层入住率的影响比较明显(见图6),浑浊度、pH、菌落总数基本不受入住率高低的影响。当入住率≤40%时,综合合格率最低,为93.15%,低于95%的国家标准。入住率为40%～60%时,综合合格率为96.50%。当入住率>60%时,综合合格率达到99.63%,高于多层小区合格率(98.72%)。因此,对于入住率较低的小区需进一步增加相应的管理措施以改善用户的龙头水质。

自来水经过夜间滞流,早上初次用水时可能发生水质发黄、变浊的现象,需要适当排放,而不同的用户用水习惯往往也不尽相同,对此,按室内管材为PPR管、不锈钢复合管、镀锌管各30%左右的比例,在调查对象中随机选取了41个用户,分别对其清晨初次用水进行连续检测,结果发现pH、锰、菌落总数基本不变,而浑浊度、余氯、铁、锌等4个指标随着水流时间的变化出现了波动(见图7)。但总体上,龙头在刚开启时,水质明显较差,10s后即会有明显提升,1min后基本趋于稳定。由此可见,为确保用水水质,早上初次使用时放水1min是必需倡导的用水习惯。

为摸清水质不合格出现的主要环节,对不合格用户进行了进一步调查,延伸至供水管网“最后一公里”进行跟踪检测。即发现用户水质不合格时,首先拆除水表,检测入户水质,若发现入户水质不合格则进一步开启就近的消火栓,检测配水支管的水质。通过对3个环节水质的检测,结果发现:多层小区水质不合格的环节69%产生于用户内部,31%源于表前的入户水体问题,而配水支管的水质则全部合格。至表前入户水体主要是余氯超标(<0.05 mg/L),而至用户内部后,不合格指标主要为余氯、浑浊度、菌落总数和pH。而高层小区水质不合格24%产生于用户内部环节,68%源于表前入户水体的环节,8%源于小区配水管不合格。其中至配水管处时,不达标指标基本为余氯(<0.05mg/L),至表前入户处,除余氯外,部分用户还出现了pH超标,均值可达8.6,之后至用户内部,则可能出现余氯、pH、菌落总数3个指标的不同程度超标。

由此可见,虽然绍兴市总体管网水质较好,但“最水一公里”的水质仍是保障水质达标的瓶颈。多层供水的受制点在于用户内部,包括室内管材、用水量、用水习惯等,而高层供水则更多地受制于入住率、二次供水泵站设计、二次供水设备的管理等等。

(1)基于绍兴市良好的管网管理模式,其管辖区内用户水质总体较好。余氯、浊度、pH、菌落总数4项指标平均合格率可达98.24%。其中余氯是影响绍兴市区用户龙头水质的主要影响因素,合格率为94.77%,稍低于国家标准(95%),其他3项指标合格率均高于国家标准。

(2)供水区域、季节变化均可影响终端用户的水质,特别是余氯指标。为确保终端用户的余氯达标,对单向供水的管网应考虑管网补氯或通过环状管、城市多点供水等优化管网布局的措施尽量减少长距离输水区域。同时,为节省加氯成本,并减少终端用户水中的异味,不同季节可依据环境温度或水温差异,制定并采用不同的出厂余氯控制标准。

(3)用户管材的不同对水质影响相对较少,但使用镀锌管和不锈钢复合管的用户,水质存在铁超标的风险。

(4)在输、配水管网水质保证的前提下,供水“最后一公里”的水质改善仍是供水企业需要通过管理加以突破的瓶颈。特别是高层供水,用户表前的水质达标率尚有较大提升空间。当入住率低于40%时,用户余氯达标率仅为77%,需通过二次供水的科学化管理加以提高。

(5)终端用户的水质保障,需要供水企业不断地改善供水条件,但同样也需要用户养成良好的用水习惯。调查发现当用户用水量大于5m³/(户·月),早晨初次用水前放水1min后正常使用时,用户水质合格率可得到明显的提升。