末梢水與水源水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象探討

史綿紅，胡雅琴，張敏

(安徽省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，安徽 合肥 230071)

飲用水安全一直是公眾普遍關(guān)注的環(huán)境與健康焦點之一。管網(wǎng)末梢水是水源水經(jīng)自來水廠處理后，經(jīng)輸水管道輸送至用戶水龍頭處的飲用水，直接關(guān)系到大眾的飲水健康，并受到高度重視[1-3]。理論上，除了因消毒等工藝過程中必須添加試劑而引起部分物質(zhì)含量有所增加外，其余物質(zhì)，尤其是對健康有影響的污染物質(zhì)在末梢水中的含量應(yīng)不大于其水源水中的含量。然而，末梢水與其水源水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象時有出現(xiàn)，即末梢水監(jiān)測、感觀到的污染物含量大于其水源水。為有效抑制或降低末梢水“倒掛”這種不合理現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)對其出現(xiàn)的原因進行剖析，并有針對性地采取措施，確保管網(wǎng)末梢水的水質(zhì)安全，消除因末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”而產(chǎn)生的飲水風險。

1 末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”表現(xiàn)形式

末梢水與其水源水數(shù)據(jù)“倒掛”一般有以下3種表現(xiàn)形式：

(1)出現(xiàn)在新聞報道中，發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)末梢水水質(zhì)明顯變差。除了因水源水污染，水廠處理能力不足等因素導(dǎo)致末梢水水質(zhì)突然變差之外，仍有部分管網(wǎng)末梢水水質(zhì)變差屬于末梢水與其水源水的數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。例如，2016年12月上旬，鄭州市不斷有鄭東新區(qū)用戶反映家中自來水發(fā)渾、發(fā)黃并伴有異味。鄭州自來水公司調(diào)查后承認，此次事件的根本原因是公司利用一條原水干管反向輸水，在沒有清洗干凈并檢測水質(zhì)的情況下，貿(mào)然和城市供水管網(wǎng)連接，造成末梢水水質(zhì)污染事故的發(fā)生[4]。2017年8月，赤壁市供水公司在進行供水主管改遷施工中，造成附近管網(wǎng)水出現(xiàn)短時間渾濁現(xiàn)象，經(jīng)對該區(qū)域所有供水管網(wǎng)全面排污沖洗后，水質(zhì)恢復(fù)正常[5]。2019年1月，江蘇省連云港市灌南縣水務(wù)集團發(fā)布自來水管道沖洗消毒的通知，指出對城區(qū)供水管道進行沖洗消毒后，恢復(fù)供水時水質(zhì)會有短暫渾濁及輕微消毒劑味等現(xiàn)象[6]。

(2)通過政府信息公開，發(fā)現(xiàn)末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。例如，阜陽市衛(wèi)生健康委對阜陽市城區(qū)2018年第2季度水龍頭水質(zhì)檢測結(jié)果公示顯示，所抽檢20個末梢水水樣中，有7份氟化物出現(xiàn)超標現(xiàn)象[7]，而同期水源水監(jiān)測結(jié)果顯示，水源水在2季度各月份的監(jiān)測結(jié)果均符合相關(guān)標準要求[8-10]。其中，《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)[11]與《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3838—2002)[12]中，對氟化物的標準限值要求一致。因此，管網(wǎng)末梢水中氟化物監(jiān)測結(jié)果明顯大于水源水，出現(xiàn)數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。

(3)出現(xiàn)在各類相關(guān)調(diào)查與研究活動中。牛海玲[13]以東營市某地區(qū)2019年1—12月的水源水和管網(wǎng)末梢水為研究對象，檢測發(fā)現(xiàn)，錳、鐵、銅、硒、砷、鉛等指標出現(xiàn)一定的末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。王士然等[14]在對G市某地水源水和管網(wǎng)末梢水水質(zhì)檢測分析時也出現(xiàn)了類似現(xiàn)象，監(jiān)測指標中的錳、鐵和硒出現(xiàn)了一定比例的末梢水和水源水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。金曉輝等[15]在對多環(huán)芳烴在飲用水處理中的行為進行研究時所獲取的數(shù)據(jù)表明，部分多環(huán)芳烴出現(xiàn)了末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象。

2 末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”原因分析

從水源水到管網(wǎng)末梢水，需經(jīng)歷水源水取水調(diào)配、水廠凈化處理、管網(wǎng)輸配，可能的二次供水過程，最后才到達用戶的水龍頭成為末梢水[1-2]。再綜合考慮水源水和末梢水的采樣、運輸及分析過程，造成末梢水與水源水數(shù)據(jù)“倒掛”的影響因素主要包括監(jiān)測采樣和分析偏差，各種物理因素、化學(xué)或生物反應(yīng)造成的污染以及綜合因素造成的污染等。這些由于污染所造成的末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象應(yīng)努力消除或降低，避免因末梢水污染而影響居民的飲水安全。

2.1 監(jiān)測采樣及分析因素

(1)水源水和相應(yīng)末梢水的非絕對同步采樣。前后對應(yīng)水體的不一致性導(dǎo)致監(jiān)測結(jié)果的非絕對一致。由于水處理前的水源水與處理后的末梢水不可能做到絕對對應(yīng)一致，這也就造成大部分監(jiān)測指標結(jié)果允許有一定的正常波動。

(2)實驗室分析的正常偏差波動。對不同濃度水平的水質(zhì)監(jiān)測指標，允許存在一定范圍內(nèi)的正常數(shù)值波動，即合理實驗室分析精密度要求[16]。因此，末梢水與水源水在監(jiān)測次數(shù)與監(jiān)測點位等具有一定代表性和完整性的情況下，這種波動應(yīng)是雙向的，即末梢水與水源水的監(jiān)測結(jié)果均有一定比例的大小分布，如只是單純的末梢水監(jiān)測結(jié)果大于其水源水，則需要進一步分析原因。

2.2 物理因素污染

物理因素污染一般多發(fā)生在自來水輸水管運輸、加壓、水龍頭采樣及水樣運輸?shù)拳h(huán)節(jié)，具體表現(xiàn)為外來污染源、輸水管網(wǎng)管材所含物質(zhì)的析出、管壁和管垢物理吸附后的解吸附、水處理藥劑的使用等[4,17-21]，相應(yīng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)“倒掛”的指標多為外來污染源所含物質(zhì)，比如濁度，管材所含物質(zhì)成分鐵、鋁、多環(huán)芳烴等，所使用水處理藥劑中的鋁離子、消毒劑及其副產(chǎn)物等。而存在管壁、管垢物理吸附后解吸附現(xiàn)象的指標需經(jīng)長期觀察，其濃度一般會隨管道使用時間而出現(xiàn)先低后高的變化特征。

因自來水運輸管道多采用合金或高聚物塑料等材質(zhì)[17-18]，材質(zhì)的種類和質(zhì)量差異會對末梢水水質(zhì)帶來一定影響。錢靜汝等[17]通過對19個采樣點57組數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)二次供水末梢水水質(zhì)與直供水水質(zhì)相比，鋁、鐵、銅有所增加，這些指標的增加與二次供水管材、水龍頭材質(zhì)有關(guān)。趙杰等[18]嘗試制定塑料管材供給生活飲用水中多環(huán)芳烴的檢測方法標準，以避免塑料水管中的多環(huán)芳烴從水管中遷移至水中，對人體健康造成直接或間接傷害。水源水處理工藝過程中消毒等藥劑的引入也會帶來末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象，例如，消毒劑及次生的三氯甲烷等消毒副產(chǎn)物在末梢水中含量的增加[17,19]。孫茂艷[20]通過調(diào)查生活飲用水中鋁的含量，指出由于枯水期水質(zhì)處于高濁期，水廠處理時投放一定量的鋁鹽類混凝劑，造成末梢水中鋁的含量明顯高于非枯水期。

2.3 化學(xué)、生物因素污染

化學(xué)、生物反應(yīng)造成的污染一般多發(fā)生在運輸管道及二次供水的儲水環(huán)節(jié)，具體影響因素涉及末梢水不同水源水的切換、出廠水水質(zhì)的化學(xué)穩(wěn)定性、管網(wǎng)水中溶解氧及余氯的含量、管材和管壁的化學(xué)穩(wěn)定性等[22-24]，相應(yīng)可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)“倒掛”的指標為金屬管網(wǎng)材料經(jīng)腐蝕產(chǎn)生的金屬離子或其不完全氧化產(chǎn)物，亞硝酸鹽等缺氧條件下產(chǎn)生的還原性物質(zhì)以及各類微生物指標等。虞吉寅等[22]在調(diào)查一起海水淡化末梢水鐵超標事件時發(fā)現(xiàn)，海水淡化出廠水pH值為6.61，呈弱酸性，由于海水淡化水與水庫水存在化學(xué)穩(wěn)定性差異，造成自來水顏色變黃，在聯(lián)合供水交叉性較強區(qū)域出現(xiàn)管網(wǎng)鐵釋放現(xiàn)象，引起末梢水鐵含量超標。趙樂樂等[24]在對南方某城市供水管網(wǎng)經(jīng)常出現(xiàn)紅水現(xiàn)象進行調(diào)查研究后發(fā)現(xiàn)，出廠水本身具有腐蝕性，管網(wǎng)中長期存在的低余氯和低溶解氧環(huán)境，各水廠供水量及水質(zhì)變化以及微生物腐蝕等因素共同促進了管網(wǎng)鐵的釋放，導(dǎo)致管網(wǎng)中出現(xiàn)紅水現(xiàn)象。黃香等[25]通過研究拉薩管網(wǎng)末梢水化學(xué)穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn)，對化學(xué)穩(wěn)定性較差的管網(wǎng)水，運輸管道管材中的鐵、鋅、銅、鉛等重金屬會被侵蝕下來進入管網(wǎng)水中，從而影響末梢用戶飲水安全。錢靜汝等[17]指出若管網(wǎng)水亞硝酸鹽達到0.20 mg/L，就說明該區(qū)域管網(wǎng)水水質(zhì)不穩(wěn)定，管壁可能有生物膜形成。林明利[2]指出飲用水在管道輸送、水池儲存過程中會發(fā)生水質(zhì)下降的現(xiàn)象，原因是水中消毒劑及溶解氧會與管道、水箱以及水中的有機物等還原性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，或在鐵細菌、硫細菌的作用下，發(fā)生設(shè)施腐蝕與沉積反應(yīng)。一方面，會造成鐵、錳等管道內(nèi)壁氧化物溶出，導(dǎo)致水中色度、濁度升高；另一方面，由于消毒劑反應(yīng)消耗，造成微生物指標升高，出現(xiàn)細菌增殖、耐氯紅蟲滋生、管道生物膜生長，進而導(dǎo)致臭味加重。

2.4 綜合因素污染

綜合因素所造成的末梢水污染與前述物理因素污染以及化學(xué)、生物反應(yīng)造成的污染密不可分。大多是輸水管道使用一段時間后因銹蝕、吸附等產(chǎn)生內(nèi)壁附著物脫落，以及末梢水的不良使用習(xí)慣等造成，相應(yīng)可能出現(xiàn)數(shù)據(jù)“倒掛”的指標多為管垢組分。黃香等[25]研究發(fā)現(xiàn)輸水管網(wǎng)老化、水化學(xué)穩(wěn)定差引起管道腐蝕和結(jié)垢是影響供水末梢水水質(zhì)下降的主要原因之一。由于管網(wǎng)水的腐蝕作用，管材材料(如鐵)被侵蝕析出；當自來水在管網(wǎng)長時間滯留(如夜晚期間)，鐵銹形成并沉積于管道內(nèi)壁形成結(jié)垢；當清晨打開水龍頭，管道內(nèi)流速突然增大時，鐵銹脫落進入水中從而導(dǎo)致濁度升高，而當?shù)鼐用裼钟薪忧宄康谝粨芩娘L俗習(xí)慣。錢靜汝等[17]也指出日常檢測及調(diào)查采樣時，按照國家標準要求應(yīng)放一段時間的水，水質(zhì)穩(wěn)定后才采樣，而用戶則是打開水龍頭就用，缺少一定的放水時間。林明利[2]指出用戶供水水質(zhì)下降甚至無法達標的直接原因是部分設(shè)施老舊失修、材質(zhì)落后以及清洗消毒等運行維護不到位。此外，居民小區(qū)入住率、用水量、用戶管道材質(zhì)等也是影響居民飲用水水質(zhì)的重要因素。

3 解決末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”問題的建議

雖然隨著水質(zhì)健康要求的不斷提高，絕大部分管網(wǎng)末梢水滿足或優(yōu)于《GB 5749—2006》中飲用水的標準要求，但是仍要高度重視末梢水與其水源水的數(shù)據(jù) “倒掛”現(xiàn)象，防止因飲用水前處理工藝、末梢水運輸管道、飲用水使用不良習(xí)慣等人為因素引入污染。飲用水安全相關(guān)工作的持續(xù)有效開展也為有效降低末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象出現(xiàn)概率，防止因末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”而帶來飲食安全問題等提供了有效保障。

3.1 水源水的安全與穩(wěn)定

在水源水方面，通過規(guī)范化管理確保飲用水水源的持續(xù)合格與取水水源的長期穩(wěn)定[26]，能有效減少水處理環(huán)節(jié)藥劑的使用量，降低水處理環(huán)節(jié)及因水源水切換給末梢水水質(zhì)帶來的影響[17,19,27]。林愛武等[26]為了考察北方某市水源切換為黃河水源后管網(wǎng)的適應(yīng)性等問題，在當?shù)?處典型供水區(qū)域管段搭建管網(wǎng)模擬系統(tǒng)，進行水源切換試驗，發(fā)現(xiàn)歷史水源水質(zhì)、管道在供水管網(wǎng)中所處位置共同影響著管道中的溶解氧和消毒劑濃度，繼而影響水的氧化還原電位。在地表水條件下形成的管垢較穩(wěn)定，而在地下水條件下所形成的管垢穩(wěn)定性較差。切換為黃河水源后，部分管段會出現(xiàn)不同程度的“黃水”，不同區(qū)域管段適應(yīng)期時段會有差異。趙樂樂等[24]在調(diào)查南方某城市供水管網(wǎng)紅水現(xiàn)象時也發(fā)現(xiàn)，在來自不同水廠管網(wǎng)水交匯的地方，居民自來水中經(jīng)常出現(xiàn)紅水問題。毛潔等[28]研究分析了不同水源水和水處理工藝對上海市生活飲用水水質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)要改善上海市飲用水水質(zhì)，應(yīng)從選擇優(yōu)質(zhì)水源和有效的水處理工藝入手，其中水源對于飲用水水質(zhì)起著決定性的作用，水處理工藝能在一定程度上改善水質(zhì)。

3.2 高效安全的水處理方式

在水處理階段，應(yīng)根據(jù)水源狀況選擇更加適合并且安全高效的水處理方式，加強水廠出水的健康風險研究及監(jiān)控，在提高出廠水化學(xué)穩(wěn)定性的前提下，防止因不合理的藥劑使用而額外引入污染物質(zhì)[23-24,29-30]。同時，加強技術(shù)儲備與研究，在發(fā)生突發(fā)水源污染等狀況時確保生活飲用水的安全供給[31-32]。袁展等[33]通過飲用水處理工藝中臭氧劑量控制消毒副產(chǎn)物生成勢研究發(fā)現(xiàn)，臭氧-生物活性炭飲用水深度處理工藝能夠較有效地去除各類消毒副產(chǎn)物，有利于保障飲用水出水的生物穩(wěn)定性和水質(zhì)安全性。抗生素抗性基因進入飲用水系統(tǒng)大部分源于水源水，以水平轉(zhuǎn)移為主要方式進行傳播。對比不同飲用水處理工藝對抗生素抗性基因的去除效果發(fā)現(xiàn)，不同的處理工藝對不同種類的抗生素抗性基因去除效果不盡相同，其中傳統(tǒng)飲用水處理工藝和光催化方法對抗生素抗性基因去除效果略好[34]。雖然生物活性炭具有物理吸附、化學(xué)吸附、化學(xué)氧化和生物氧化等性質(zhì)，常被作為一種高效的水處理工藝，但是其對抗生素抗性基因的去除效果卻不盡如人意。Su等[35]觀察到顆粒狀活性炭會增加飲用水系統(tǒng)中抗生素抗性基因的含量，如tetS、fexA、qepA、qnrA和qnrD等抗性基因有上升趨勢，這可能是因為生物活性炭表面形成了促進抗性基因擴散的生物膜。氯制劑消毒副產(chǎn)物如二溴乙酸、二氯乙腈和溴酸鉀等表現(xiàn)出了對抗生素抗性細菌的選擇作用，Lv等[36]發(fā)現(xiàn)致病性銅綠假單胞菌PAO1的致病基因來自飲用水中消毒副產(chǎn)物的誘導(dǎo)作用，表明氯消毒可以誘導(dǎo)抗生素抗性基因的產(chǎn)生。

3.3 輸水管網(wǎng)的材質(zhì)健康與高效維護

在飲用水運輸管道的健康材質(zhì)選擇與高效維護方面，健康材質(zhì)的選擇應(yīng)重點關(guān)注管道內(nèi)壁的化學(xué)鈍性、抗吸附和抗結(jié)垢能力以及抗菌性等。自來水的水質(zhì)與給水管道的管材有著密切的關(guān)系[37-38]。陳湘萍等[37]指出，從水廠出口水到末梢水要經(jīng)過漫長的管網(wǎng)和蓄水設(shè)施，往往需要幾個小時，甚至幾天。管網(wǎng)實際上是一個大反應(yīng)器，繼續(xù)進行出廠水未完成的反應(yīng)及水與管壁物質(zhì)的反應(yīng)。應(yīng)慎重選擇運輸管道的材質(zhì)，健康的水必須采用健康的管道來輸送。張韜[38]則明確指出，自來水的水質(zhì)與給排水管道的管材有密切的關(guān)系。在某些地區(qū)大面積使用的金屬管道材料，會在很大程度上造成水質(zhì)的二次污染。而采用高壓射流法、機械清洗法、彈性沖管器法、空氣脈沖法、酸洗法、脫脂法等給排水管道系統(tǒng)高效維護方法，可以有效提高管道系統(tǒng)內(nèi)部的清潔性。加強輸水管網(wǎng)體系的后期運行維護，如監(jiān)控加定期沖洗、消毒等措施，并注重信息公開[6]，可以保障居民安全用水。

3.4 輸水管網(wǎng)的合理規(guī)劃及良好用水習(xí)慣

除了上述措施以外，輸水管網(wǎng)體系的合理規(guī)劃設(shè)計也能夠起到良好的預(yù)防作用。陳湘萍等[37]指出，管網(wǎng)老化、樹狀管道鋪設(shè)過長、末端滯水、死水等因素會導(dǎo)致末梢水水質(zhì)變差。而良好的用水習(xí)慣也是確保健康用水的重要因素[17,25,37]，包括二次供水管理、健康用水宣傳等系列措施。

4 結(jié)語

末梢水與其水源水的數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象是影響居民飲水健康的安全隱患。引起末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”的不良因素主要包括各種物理、化學(xué)和生物反應(yīng)以及綜合因素造成的污染等。為有效降低末梢水數(shù)據(jù)“倒掛”現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，提升居民的飲用水安全水平，建議保持飲用水水源的持續(xù)合格與取水水源的長期穩(wěn)定，在水處理階段根據(jù)水源狀況選擇更加適合且安全高效的水處理方式，選擇健康的飲用水運輸管道材質(zhì)并高效維護，合理規(guī)劃設(shè)計輸水管網(wǎng)體系，同時加強用水宣傳，形成良好的用水習(xí)慣。