典型小区龙头水水质风险调查及影响因素分析
导读Abstract
对某小区内高层写字楼、高层酒店、高层住宅、多层公寓等不同功能建筑物的11处龙头水及该小区市政供水路径上的8处管网水进行多次检测，基于313份样品数据分析影响水质的关键因素，以支撑龙头水水质提升。结果表明，该小区市政供水路径上的管网水水质优良，综合合格率99.83%，肉眼可见物及浊度偶见超标，同期龙头水水质较管网略有下降，但整体良好，综合合格率99.71%，超标指标为菌落总数、肉眼可见物。分析结果显示，输配水距离、水力扰动及管道材质是影响管网水水质的主要因素，龙头水水质主要受停留时间、立管材质、放水时间等因素影响。
引用本文：安娜,梁思宸,张金松，等. 典型小区龙头水水质风险调查及影响因素分析［J］. 给水排水，2022，48（10）：32-38.
随着人民群众对美好生活的需求日益增加，对生活饮用水的要求也逐渐从“有水用”转变为“用好水”，相应地，城镇供水厂出厂水及管网水水质综合合格率不断提高，饮用水安全保障水平得到提升。但诸多研究表明，在出厂及管网水达到国家标准的前提下，仍存在龙头水水质明显下降的情况。目前，国内部分城市已开始探索更高品质的饮用水供给并制定了地方标准，如《深圳市生活饮用水水质标准》（DB4403/T 60-2020）、《上海市生活饮用水水质标准》（DB31/T 1091-2018）等。《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）也明确将末梢水定义为“出厂水经输配水管网送至用户龙头的水”，并对末梢水水质提出要求，将水质保障进一步延伸到用户龙头。因此，如何进一步提高龙头水水质将是未来研究的重点及难点。
然而，目前国内龙头水水质变化规律及其影响因素的研究还不够深入，无法给小区内给水系统的设计及运维提供有效支撑，缺乏对用户科学用水的指导。本文对高层写字楼、高层酒店、高层住宅及多层公寓4类典型建筑的龙头水及其市政供水路径上的管网水水质进行检测及分析，研究水质变化规律及其影响因素，以期为保障龙头水达到新国标要求提供参考。
01、A小区供水基本情况
本文选取A小区开展研究。A小区建于1997年，包含了高层写字楼、高层酒店、高层住宅及多层公寓4类典型建筑。A小区位于A水厂、B水厂的供水交界面处，向该小区供水的沿途市政管网的管材包括钢管、钢筋混凝土管、灰口铸铁管，小区位置及供水路线见图1。
图1 采样点分布
《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）中规定室内给水管道可采用不锈钢管、铜管、塑料给水管和金属塑料复合管及经防腐处理的钢管。A小区内的室内给水立管包括不锈钢管、铜管、金属塑料复合管及镀锌钢管4种常见管材，小区内各栋建筑基本情况供水系统情况见表1，除改造外其他供水设施均为1997年建设。
表1 采样小区建筑信息
02、研究方法
2.1 采样点的确定
2.1.1市政管网采样点
为充分考察管材及输配水距离对水质的影响，市政管网采样点以覆盖不同管材、间隔1km为原则，共设置8个管网水采样点，采样点分布见图1，采样点信息见表2。
表2 管网采样点信息
2.1.2 建筑内采样点
为全面反映A小区水质情况并充分考察供水方式、立管材质、楼层等因素对龙头水水质的影响，龙头采样点以覆盖供水最不利点、包含不同供水方式和管材、不同楼层为原则，共设置11个龙头水采样点，采样点信息见表3。
表3 龙头采样点信息
2.2 采样时间及采样方式
采样时间需覆盖各类建筑的用水高峰低谷时段，以全面评估在不同的用水时期水质情况。图2为小区远传水表统计的用水规律情况，据此设置采样时间为6:00、9:30、16:30、20:30，并在4个工作日及1个休息日进行采样。为保障采样时间符合预期安排，每次采样均由6组采样人员同时采样，实际采样时间偏差控制在30min之内。
图2 用水规律情况
采样方式依据《生活饮用水标准检验方法》要求操作。同时，结合居民日常用水行为，为考察放水时间对龙头水水质的影响，在清晨6:00采样时，针对龙头水额外增加不放水直接采样。
2.3 检测指标及方法
按照世界卫生组织要求，管道输配水系统应检验分析微生物及其相关参数、来源于管道和管件材料的化学成分，以及在输配水过程中会发生浓度变化的成分。本次采样以世界卫生组织要求为原则选择检测指标，并覆盖《城市供水水质标准》（CJ/T 206-2005）的管网水半月检指标及该地区管网水在过往检测中出现1次以上不合格的指标。
共检测浊度、色度、臭和味（级）、臭和味、肉眼可见物、pH、游离氯、菌落总数、大肠埃希氏菌、耐热大肠菌群、总大肠菌群、锌、锰、铁、铜、铅16项指标，均采用《生活饮用水标准检验方法》（GB/T 5750-2006）中规定的检测方法。
同时为分析水质变化的原因，对管段进行管道材质分析，管壁微观形貌及成分分析采用HITACHI SU8010场发射扫描电子显微镜测试，检测方法参照《扫描电子显微镜分析方法通则》（TY/T 0584-2020）、《微束分析 能谱法定量分析》（GB/T 17359-2012）中相关规定。
2.4 评价依据及方法
耐热大肠菌群的检测结果依据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）判定，其他指标依据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2022）判定。
合格率采用综合合格率及样品合格率进行评价。其中，综合合格率=合格指标数/检测指标数；样品合格率=全合格样品数/总样品数。
03、结果与讨论
共计取得样品313份，其中管网水样品112份、龙头水样品201份（含不放水直接采样样品51份）。
为规范水质评价，仅3.3.1和3.3.3小节数据分析包括了不放水直接采样样品数据。为规避供水方式及楼层的影响因素，3.3.2小节仅选择办公大厦5楼采样点（不锈钢管）、酒店7楼采样点（铜管）、住宅6楼（钢塑管）采样点数据分析不同管材对水质的影响。
3.1 水质合格情况
3.1.1 综合合格率及样品合格率
以综合合格率、样品合格率对水质数据进行统计，结果见图3。从图3中可见，管网水及龙头水的综合合格率均大于99.5%且差异不明显，但以样品合格率评价，则呈现出明显的差异并充分暴露了水质风险，其中龙头水样品合格率为95.33%，明显低于管网水的98.21%。
图3 水质总体情况
3.1.2 各项指标的合格率
对检测的16项指标的合格率进行分析，结果见表4。管网水112份样品中，各项指标合格率均高于98.00%，浊度（99.21%）、肉眼可见物（98.21%）出现过超标；在龙头水150份样品中出现过菌落总数（96.00%）、肉眼可见物（99.33%）超标。
表4 指标合格情况
3.2 管网水水质影响因素分析
以样品合格率及指标均值对112份管网水样品水质情况进行统计分析，分析水质受输配水距离、管道材质、水质掺混及水力扰动等因素的影响。
3.2.1 输配水距离
随着输配水距离增加，水质整体呈下降趋势，其中游离氯及菌落总数的变化最为明显，见图4。基于研究管段数据，游离氯平均每公里衰减0.05mg/L，且当游离氯衰减至0.3mg/L左右时菌落总数开始升高。实际细菌滋生可能与管材、溶解氧、AOC等多种因素相关，各地管道特征及水质特征存在差异，不应简单套用该规律。
图4 游离氯、菌落总数随输配距离变化关系
3.2.2 管材
本次水质调查涉及到的市政供水管管材为钢管、钢筋混凝土管及灰口铸铁管，均为常见管材，主要水质指标受管材变化情况如图4、图5所示。经分析可发现灰口铸铁管对水质带来较明显的负面影响。管网水在经过1.2km长的灰口铸铁管后浊度明显升高（0.12 NTU至0.20 NTU）、游离氯明显下降（0.33mg/L至0.27mg/L）、菌落总数明显升高（0.67 CFU/mL至4.27 CFU/mL）。从0.12 NTU升高至0.20 NTU，游离氯从0.33mg/L降至0.27mg/L，菌落总数从0.67 CFU/mL增加至4.27 CFU/mL。
图5 浑浊度随输配距离变化关系
3.2.3 水质掺混及水力扰动
从表5中可见，管网水仅在A、B厂之间供水分界线的采样点处出现了水质不合格情况，表现为肉眼可见物超标，同时伴有浊度、铁、锰指标的明显升高。可能是由于供水分界线处经常出现水质掺混、水力扰动，引起管网中沉积物漂浮或管垢脱落。
表5 管网水水质受水质掺混及水力扰动变化情况
3.3 龙头水水质影响因素分析
3.3.1 停留时间
本次调查考虑到供水方式及楼层对水质的影响，但本质上都是水力停留时间不同带来的水质变化，因此将上述影响因素通过用水量、水箱容积、管道长度等折算为停留时间进行分析，合格率及重点水质指标受停留时间影响情况见图6。可以发现，随着停留时间增加，游离氯及样品合格率呈明显下降趋势，菌落总数呈增加趋势，浑浊度规律不明显。具体表现为在小区进水游离氯0.25~0.35mg/L条件下，停留时间达到8h后，游离氯下降至0.15mg/L左右，细菌开始少量滋生，同时样品合格率下降至80%以下；停留时间达到10h后，细菌滋生速度明显加快并超过国标限值；停留时间超过15h后，样品达标率下降至60%以下，菌落总数达到200 CFU/mL。另外有文献显示，在水泥、瓷砖水箱中，当游离氯衰减到0.14mg/L以下时，细菌开始滋生，当游离氯继续衰减到0.05mg/L时，菌落总数开始超过100 CFU/mL，并快速增加。
图6 水质与停留时间关系
3.3.2 立管材质
对流经不锈钢、铜及钢塑三种材质立管的龙头水样品合格率及指标均值进行统计分析，结果如表5所示。总体来说，不锈钢管水质优于铜管，并明显优于钢塑管。钢塑管水质较差表现为钢塑管浊度、肉眼可见物、铁指标的明显升高，潘海洋等的研究也表明某些钢塑管在浸泡24 h后浊度增加超过0.2 NTU；同时钢塑管细菌滋生情况比不锈钢管严重，这与王杨等的研究结果一致。
截取了该写字楼的一段钢塑管进行管道材质分析。结果显示钢塑管内壁有黄色铁锈样沉积，经扫描电镜观测可见表面粗糙（见图7），经EDS检测沉积物中包含O（42.4%）、Al（15.3%）、C（11.8%）、Fe（9.8%）等元素，除去塑料本身带有的C、O元素，Al可能来源于塑料制作过程中的钛一烷基铝催化剂，而Fe则可能是上游金属管道及水中金属沉积产物，这与水质检测数据的结果相吻合。
表6 不同立管材质水质情况
图7 钢塑管内壁形态
3.3.3 放水时间影响
《香港建筑物食水安全计划指引》及深圳市地方标准《用户安全用水指南》（DB 4403/T 200-2021）均提示用户应在长时间未使用自来水的情况下，先打开水龙头放水一段时间后再使用，但国内大部分用户缺乏这一科学用水知识或未形成习惯性行为。
为进一步验证在长时间未使用自来水的情况下放水对水质提升的效果，对比6:00采样时未放水及放水5min情况下的合格率。结果显示，经过5min的放水，综合合格率从98.42%提升至99.71%，说明长时间未使用自来水的情况下放水对水质提升效果明显。
本文还考察了游离氯、菌落总数、浑浊度、pH四项指标随放水时间的变化情况，结果如图8所示。可以发现游离氯放水5min后明显升高（平均升高幅度69.73%~97.30%）；菌落总数与游离氯浓度变化规律相反，放水5min后明显降低（降低幅度38.19%~87.58%）；浊度变化呈现差异性；pH整体变化不大。
图8 不同放水时间指标均值
基于以上分析可说明虽然经过一夜的停留，清晨第一杯龙头水水质较差，但5min的放水可以大幅度提升水质，保障用水安全。另有以多层建筑为主的研究表明，早上初次用水时放水1min后水质基本稳定，因此放水具体时间应根据是否经过二供水箱、所处楼层等多种因素综合考虑。
3.4 龙头水水质优化建议
综上，龙头水水质受供水方式、立管材质、楼层、放水时间多种因素影响，可通过优化设计、加强维护、科学用水等方式提升。
（1）可在不影响市政管网压力的情况下优先选用叠压供水方式以避免水在水箱内长时间停留，使用水箱时应合理设计水箱容积及材质、增设导流板及末端消毒装置，优先选择不锈钢管、铜管作为建筑内给水管材并在有条件时进行环状布置。
（2）加强水箱的清洗消毒及水质监测。
（3）提倡用户根据供水方式、所处楼层的不同，在早上初次用水时放水1~5min后再进行饮用，各地水司可根据当地水质情况、建筑情况制定细化的科学用水指引。
04、结 论
（1）该小区市政供水路径上的管网水质优良，综合合格率99.83%，偶见肉眼可见物及浑浊度超标；该小区龙头水水质较管网略有下降，但整体良好，综合合格率99.71%，不合格指标为菌落总数、肉眼可见物。
（2）输配水距离、供水交界面处水力扰动及材质是影响管网水水质的主要因素。输配水距离增加，管网水质风险逐渐升高，具体表现为游离氯下降、及菌落总数升高；灰口铸铁管下游处出现了明显的浊度升高及细菌滋生的现象；供水交界面处水质发生较明显变化，肉眼可见物、浊度、铁、锰指标均出现升高。
（3）龙头水水质主要受停留时间、立管材质及放水时间的影响。随停留时间增加样品合格率明显下降，主要表现为游离氯衰减及细菌滋生；不锈钢管及铜管对水质的保障效果较好，钢塑管浑浊度、肉眼可见物及铁指标明显更高；在6:00放水5min可明显提升水质，表现为游离氯明显升高、菌落总数明显降低。
（4）为达到新国标对龙头水水质的要求，建设单位应灵活采用在不影响市政管网压力的情况下优先选用叠压供水设备、合理设计水箱容积及材质、增设末端消毒装置等方式；运行管理单位应加强二次供水水箱的清洗维护；水司应提倡用户在早上初次用水时放水1~5min后再进行饮用。
