铜仁市三座自来水厂水质比较研究

Comparative Study on Water Quality of Three Waterworks in Tongren City

摘要: 为了解铜仁市城区供水水质情况，文章参照生活饮用水及地表水相关检测标准，对城区三座自来水厂的水源水和出厂水进行了为期两年的检测。结果显示，白马洞水厂、鹭鸶岩水厂、尖岩水厂水源均符合地表水Ⅲ类标准，出厂水各项指标均符合生活饮用水卫生标准。经2021年各水厂陆续优化改造后，各水厂出厂水平均浑浊度低于0.5 NTU，水质提升显著。

Abstract: In order to understand the water quality of water supply in the urban area of Tongren City, this article refers to the relevant testing standards for domestic drinking water and surface water, and monitors the source water and effluent water of three water plants in the urban area for a period of two years. The results show that the source water of Baimadong Waterworks, Lusiyan Waterworks, and Jianyan Waterworks all meet the Class III standard for “Environmental quality standards for surface water” and all indicators of the produced water meet the “Standards for drinking water quality”. After the optimization and renovation of their respective, the average turbidity of the water produced by these waterworks has dropped below 0.5 NTU, marking a significant improvement in water quality.

1. 引言

我国拥有28,000亿立方米的淡水储备总量，占全球水资源的6%，位列世界第四位。但我国的人均水资源量却只相当于全球平均值的1/4，在世界排第110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。

我国约有70%的人口是以地下水为主要饮用水水源，95%以上的农民依赖于地下水来维持饮水需求，超过40%的耕地同样依赖于地下水灌溉[1]，此外，超过三分之一的城镇也依靠地下水作为生活饮用[2]。根据2023年《中国水资源公报》显示，2023年全国用水总量为5906.5亿m³，生活用水为909.8亿m³，较上年相比用水总量减少91.7亿m³，生活用水量增加4.1亿m³ [3]，用水总量有所减少，但生活用水量却在上升。

本文探讨的三座水厂均采用絮凝–沉淀–过滤–消毒的传统净水工艺，利用絮凝作用再结合滤料的过滤作用去除水中的杂质，结合余氯或二氧化氯等消毒剂以起到净化水质的作用。这种工艺能有效降低中的悬浮物、细菌、胶体颗粒物的含量，对于溶解性有机物的去除能力较低。

随着技术的进步，各厂的消毒方法也在不断改进，目前已有的多种消毒技术，如氯及其衍生物、臭氧、紫外线照射和某些重金属离子等[4]。我国城镇大中型自来水厂中采用液氯消毒的比例较高，中小型水厂则主要采用二氧化氯工艺[5]，由于ClO₂制取相对昂贵，因而限制了ClO₂消毒在制水工艺中的广泛应用[6]。次氯酸钠(NaClO)是一种能高效将病菌的蛋白质变性，从而杀死病菌的消毒剂[7]，在生产上同样运用广泛。

2. 目的与意义

本文通过对铜仁市2021年至2022年白马洞水厂、鹭鸶岩水厂、尖岩水厂进出水进行了每月不间断采样检测和研究分析，旨在了解和监测城区供水水质情况，是否符合《生活饮用水卫生标准》的要求，并为自来水厂后期建设和制水工艺提升改造提供部分水质参考依据。

3. 材料方法

三座水厂的样品采集和保存参考《生活饮用水标准检验方法 水样的采集与保存》(GB 5749.2-2006)和《水质采样 样品的保存和管理技术规定》(HJ 493-2009)。样品检测参照《生活饮用水标准检验方法》(GB/T 5750-2006)和《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)规定的相关检测方法。

制定采样计划，包括采样人员、点位、测定项目和数量、采样质量保证措施、采样时间及路线、采样人员及分工、采样器具分配以及现场测定项目和安全保障措施，根据检测指标选择合适的采样器及样品容器(G/P)，对于有特殊要求的采样项目，按照标准进行单独采样，贴好样品标识并添加固定剂，填写现场检测记录，采样时应选好合适的点位，避免扰动水底沉积物，确保符合样品采集技术规范。采样检测指标如表1所示。

Table 1. Testing indicators of source water and drinking water

表1. 水源水和生活饮用水出厂水检测指标

样品类型	检测指标
水源水	水温(T)、溶解氧(DO)、pH、化学需氧量(CODCr)、生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH3N)、总磷(TP)、 总氮(TN)、铜(Cu)、锌(Zn)、砷(As)、汞(Hg)、硒(Se)、铬(六价) (Cr^6+)、氰化物、硫化物、 粪大肠菌群、氟化物、氯化物、硝酸盐(以N计) (NO3N)、硫酸盐(${\text{SO}}_4^{2-}$ )、铁、锰、 高锰酸盐指数(CODMn)、铅、镉、石油类、挥发酚、阴离子表面活性剂。
出厂水	总大肠菌群、菌落总数、耐热大肠菌群、大肠艾希氏菌、砷(As)、六价铬(Cr^6+)、汞(Hg)、 硒(Se)、氰化物(CN^−)、氟化物(F^−)、硝酸盐(以N计)、色度、浑浊度、臭和味、肉眼可见物、 pH、铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、氯化物(Cl^−)、硫酸盐、溶解性总固体(TDS)、 总硬度(TH)、耗氧量(CODMn)、挥发酚类、阴离子合成洗涤剂、总α放射性、总β放射性、 游离氯、二氧化氯、铅、镉、亚氯酸盐(二氧化氯消毒检测项)、氯酸盐(二氧化氯消毒检测项)、 三氯甲烷、四氯化碳。

样品采用ICP-MS、GC-MS、离子色谱仪、火焰原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计等设备进行检测出。数据采用SPSS 23、Excel 2016和Origin 9.9进行图表统计和相关性分析。

4. 结果与分析

4.1. 三座水厂水源水和出厂水水质相关性分析

通过对2021~2022年的数据进行相关性分析得到，白马洞水源水中水温与DO、COD_Cr、硫酸盐、COD_Mn呈显著负相关；DO与BOD₅呈显著正相关；氨氮与总磷、硝酸盐氮呈显著正相关；总磷与氯化物呈显著负相关、总磷与硝酸盐氮呈显著正相关；氯化物与硝酸盐氮呈显著负相关，氯化物与COD_Mn呈显著正相关。白马洞出厂水中硝酸盐氮与COD_Mn、总β放射性呈显著负相关(p < 0.05)，与二氧化氯呈显著正相关；pH与总β放射性呈显著负相关；氯化物与总β放射性、氯酸盐呈显著负相关；TDS与总硬度呈显著正相关；COD_Mn与总α呈显著正相关；亚氯酸盐与氯酸盐呈显著正相关。

鹭鸶岩水厂水源水水温与pH呈显著负相关；DO与COD_Cr呈显著正相关；pH与氨氮呈显著负相关；BOD₅与硫酸盐呈显著正相关；总磷与氯化物、COD_Mn呈显著负相关；氯化物与COD_Mn呈显著正相关；硝酸盐氮与COD_Mn呈显著负相关。鹭鸶岩水厂出厂水硝酸盐氮与铝、COD_Mn呈显著负相关；pH与TDS、总硬度、总β放射性呈显著正相关；氯化物与硝酸盐氮呈显著正相关；总硬度与TDS、总α放射性呈正相关；COD_Mn与总α放射性呈显著正相关与余氯呈显著负相关；总α与总β放射性呈显著正相关。

尖岩水厂水源水温与DO呈显著负相关；溶解氧与BOD₅呈显著正相关；COD_Cr与BOD₅、硝酸盐氮呈显著正相关；BOD₅与氯化物呈显著负相关；BOD₅与硝酸盐氮、硫酸盐呈显著正相关。尖岩水厂出厂水的硝酸盐氮与TDS、COD_Mn、总β放射性呈显著负相关；浑浊度与氯化物呈显著正相关；pH与TDS、总硬度、总β放射性呈显著正相关；氯化物与总α放射性呈显著正相关；TDS与总硬度、总α放射性、总β放射性呈显著正相关；二氧化氯与总β放射性、亚氯酸盐、氯酸盐呈显著负相关。

4.2. 各水厂水源水水温与溶解氧变化分析

通过比较，三座水厂水源水平均水温为18.9℃ ± 4.6℃，平均溶解氧为 8.53 ± 1.16 mg/L，其中白马洞水厂水源水溶解氧为8.70 ± 1.0 mg/L，鹭鸶岩水厂水源水溶解氧为8.97 ± 1.17 mg/L，尖岩水厂水源水溶解氧为7.91 ± 1.09 mg/L，且溶解氧与水温的变化呈显著负相关(p < 0.05)，即水温低时溶解氧较高(图1)。

Figure 1. Relationship between temperature and dissolved oxygen

图1. 温度与溶解氧变化关系

4.3. 各水厂出厂水浑浊度变化

三座水厂平均浑浊度为0.42 ± 0.18 NTU，其中白马洞水厂出厂水浑浊度为0.38 ± 0.15 NTU，鹭鸶岩水厂出厂水浑浊度为0.49 ± 0.23 NTU，尖岩水厂出厂水浑浊度为0.40 ± 0.14 NTU，白马洞和尖岩水厂浑浊度变化趋于稳定，鹭鸶岩水厂出厂水浑浊度2021年至2022年呈下降趋势(图2)。

Figure 2. Turbidity trend of water leaving the three water plants

图2. 三座水厂出厂水浑浊度变化趋势

4.4. 各水厂COD_Mn去除率比较

三座水厂水源水平均COD_Mn为1.98 mg/L，出厂水平均COD_Mn为0.94 mg/L。白马洞水厂水源水2.40 ± 1.39 mg/L，出厂水1.02 ± 0.48 mg/L，COD_Mn去除率为57.47%。鹭鸶岩水厂水源水2.22 ± 1.21 mg/L，出厂水1.01 ± 0.54 mg/L，COD_Mn去除率为54.50%；尖岩水厂水源水1.37 ± 0.28 mg/L，出厂水0.81 ± 0.29 mg/L，COD_Mn去除率为64.20% (图3)。

Figure 3. Comparison of COD_Mn of inlet and outlet water of three water plants

图3. 三座水厂进出水COD_Mn比较图

4.5. 水厂水质数据分布

如图4~6所示，通过对三座水厂出厂水部分数据的分析，数据变化幅度不大，较为集中，数据分布符合正态分布，水厂各项指标数值大小及分布较为相似。其中尖岩水厂出厂水中的二氧化氯0.30 ± 0.11 mg/L、氯酸盐0.23 ± 0.20 mg/L、亚氯酸盐0.24 ± 0.23 mg/L大于白马洞水厂的二氧化氯0.23 ± 0.07 mg/L、氯酸盐为0.23 ± 0.13 mg/L、亚氯酸盐0.16 ± 0.13 mg/L，且二者数据波动相对较大。

Figure 4. Water leaving Baimadong water plant

图4. 白马洞水厂出厂水

Figure 5. Water leaving Jianyan water plant

图5. 尖岩水厂出厂水

Figure 6. Water discharged from Lushiyan water plant

图6. 鹭鸶岩水厂出厂水

如图7所示，三座水厂水源水数据分布图形结构相似，水质检测结果较为相近，其中尖岩水厂各项理化数据略低于其余水厂。

Figure 7. Distribution of water source data of three water plants

图7. 三座水厂水源水数据分布图

本文探讨的三座水厂出厂水参照《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)中规定的指标开展检测。结果显示，三座水厂出厂水多项理化指标检测结果低于方法检出限，出厂水水质结果均符合《生活饮用水卫生标准》规定的限值要求。通过参考《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)对三座水厂水源水的29项检测指标进行测定，各项理化数据均符合地表水Ⅲ类标准，适合用于作为生活饮用水的水源点。

5. 讨论

本文探讨的白马洞水厂和鹭鸶岩水厂的水源点都位于城市河道上游，两条河水的均起源于梵净山，且上游水体为Ⅱ类水源保护地，水体水质良好。尖岩水厂水源点位于松桃县大兴镇兴欣水利枢纽，其取水口位于水库坝前位置，由于水库水体较大，水体沉降系数大，自净能力强，因此，尖岩水厂水源水水质优于另外两座以河道为取水点的水源水。而兴欣水利枢纽位置附近有较大锰矿区，在汛期水量大而急时搅动水底沉积的淤泥，可能使水源水中锰含量升高的情况，随着气候变化秋冬季节容易发生水体垂直对流的情况，同样会出现锰含量升高的情况，给制水工艺提高工作负担。采用预臭氧–活性炭技术可以对水中铁、锰、色度、臭味、藻类、有机物等进行有效去除[8]-[10]。因此要进一步加强水源水的水质监控力度，不断提高水源水水质安全，并及时调整合适的制水工艺[11]。

鹭鸶岩水厂采用余氯消毒，白马洞水厂与尖岩水厂采用二氧化氯消毒。由于尖岩水厂供水量大于白马洞水厂，在出厂水二氧化氯的投加上略高于白马洞水厂，在对白马洞水厂和尖岩水厂检测过程中时常检测出亚氯酸盐和氯酸盐浓度高于二氧化氯的情况，可能是因为制水过程中通常使用的二氧化氯消毒剂是以二氧化氯为主成分的复合消毒剂，其主要成分是二氧化氯和亚氯酸钠(NaClO₂)等化学物质，在消毒过程中二氧化氯的分解和歧化反应也可能导致亚氯酸盐和氯酸盐的升高。因此，在制水工艺过程中要加强对饮用水中次氯酸盐和氯酸盐的检测，并找出二氧化氯投加量与水中次氯酸盐和氯酸盐对应的逻辑关系，同时要加强出厂水水质监测指标和频次，确保自来水符合《生活饮用水卫生标准》要求，为自来水厂突发事件原因排查和后期制水工艺提升改造提供水质部分参考依据。

NOTES

^*通讯作者。