引江水入市对管网水水质影响探究.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期：2023 年 12 月 22 日 作者简介：霍新颖（1975），女，汉族，河北唐山人，高级工程师，大学本科，理学学士，主要研究方向为水质检测；肖晓月（1992），通讯作者，男，工程师，研究方向为水质检验技术。-89-引江水入市对管网水水质影响探究 霍新颖 肖晓月（通讯作者）保定市供水有限公司，河北 保定 071000 摘要：摘要：2014 年 12 月 12 日南水北调中线工程正式通水以来，受水区各省（市）累计分水 580.2 亿立方米，这对解决沿线受水区水资源紧张、地下水亏空问题起到了极大的帮助。本次研究针对保定市在接受南水北调引江水以来，用引江水与本地水库水作为混合水源情况下，在动态调整水源用水比例的同时，对市区管网水水质引起的变化情况进行分析，以探究引江水入市之后对市区管网水水质的影响。关键词：关键词：引江水；市区管网水；水质分析 中图分类号：中图分类号：TV67 南水北调中线工程，是从长江最大支流汉江中上游的丹江口水库调水，由于该水库的水源主要来自汉江，故将南水北调中线工程来水称为“引江水”。引江水由丹江口水库东岸的河南省淅川县丹阳村干渠渠首处，经河南、河北最终自流至北京市颐和园团城湖。该工程为沿线 26 个大中城市从根本上改变了供水格局，改善了供水水质，提高了供水保证率。为此，本次研究将从管网水水质变化的角度出发，结合 2014 至2023 年保定市引江水取水口高昌口、保定市第一地表水厂入厂水、出厂水以及管网末梢的保定商校的水质分析数据，对引江水入市之后对市区管网水水质的影响进行研究。1 研究内容的选定依据 1.1 分析样品的地点选定原因 本次研究选取了高昌口、一地表水厂入厂水、出厂水以及保定商校四个地点的水质数据作为研究依据。选定原因如下：高昌口：高昌口位于保定市唐县高昌镇高昌村，该地为引江水向保定市输水的唯一闸口，通过对该地水质分析数据的研究，能够明确同一时期内汇入保定市的引江水水质情况。一地表水厂入厂水：通过对保定市地表水厂入厂水的水质数据进行研究，能够明确该时段内引江水与本地水库水的混合比例。一地表水厂出厂水：通过对保定市地表水厂出厂水的水质数据进行研究，能够明确在该时段内未经管网运输的出厂水的水质情况。保定商校：该地点能够反映出厂水经一定距离的管网运输后，水质的变化情况，能够直观表明引江水入市后对市区管网水水质的影响。1.2 研究水质参数的选定原因 1.2.1 总硬度（以 CaCO3计）水的总硬度是指水中的钙、镁离子沉淀肥皂的程度，是水中钙、镁离子的总含量，折合成水中的碳酸钙的含量。国家生活饮用水标准规定：水的总硬度不得超过 450mg/L。1凡是水质指标检测值，在国家饮用水标准限值内的，均不会对市民的健康造成损害。换句话说就是，凡是合格的水对饮用者都是无害的。在所有的饮用水指标中，多数指标是根据对饮用者健康是否造成损害而规定限值，但硬度不是根据“是否损害健康”而规定的限值。硬度属于一般化学指标，其限值的制定，是根据水煮沸后产生沉淀物（水垢）对饮用者感官的影响以及对输水管网是否造成危害制定的（水的硬度过高会在输水管道中结成水垢，阻塞管道；硬度过低则会腐蚀铁管道而产生铁锈，诱发“红水”现象）。1.2.2 硝酸盐（以 N 计）硝酸盐是硝酸衍生的化合物的统称，是氮类化合物在自然界循环的最终产物。国家生活饮用水标准规定：水的硝酸盐（以 N 计）含量不得超过 10mg/L。常见的硝酸盐有：硝酸钠、硝酸钾、硝酸铵、硝酸钙、硝酸铅和硝酸铈等。硝酸盐广泛存在于土壤、水域及植物中。调查显示饮水是人体接触硝酸盐的主要途径 中国科技期刊数据库 工业 A-90-图 1 同时期引江水与本地水库水的混合比例 之一。儿童是硝酸盐暴露的敏感人群，长期超标摄入可能导致儿童出现高铁血红蛋白血症（俗称蓝婴症），临床上患高铁血红蛋白症的婴儿症状为缺氧，皮肤蓝紫色，严重者可造成死亡。3 1.2.3 锑 锑在自然界中常以正三价和正五价的形式存在。在水溶液中，酸性条件下三价以 Sb(OH)3和 Sb(OH)2的形式存在，五价锑在强酸性条件下以 SbO2+形式存在，而在弱酸、中性和碱性条件下以Sb(OH)6-形式存在。三价的三氯化锑常被用作锑的标准品，溶于浓盐酸，水解产物主要为 SbOCl，但是三价锑和氯化物的研究都是在酸性极强的条件下进行的，五价锑的氯化物水解产物为 Sb(OH)Cl5-和 Sb(OH)3Cl3-。国家生活饮用水标准规定：水中锑含量不得超过 0.0005mg/L。矿产、冶炼等过程中排出的大量含锑废水是锑污染物的主要来源。锑不是生物体必需的元素，锑及其化合物均有毒性，人体摄入后会引起不同程度的中毒。但是控制在国标规定的范围内，饮用是安全的。成人体内的锑大多都是来自饮用水、餐具用的釉，因为釉中的锑可以被食物中的酸溶解而进入到人的体内。进入体内的锑广泛分布再给各个组织。锑在人体内不易蓄积，进入人体的锑大部分会从尿中排出。2 引江水入市对管网水水质影响 2.1 引江水与本地水库水的混合比例分析 鉴于以往其他城市引江水使用的经验，需要根据本地区输水管道的特点，以及引江水水质分析结果，对用水量采取逐渐加大，使管道慢慢适应的措施。在使用引江水前期，只是加入总用水量的 10%左右，检测水质。在没有异常变化的情况下，逐步提高引江水的用水比例，并不断扩大受水面积。对于管道的耐受情况，进行分析统计，保证了后面大面积的用水区域。具体比例调整情况如下图 1 所示。从上图中的数据可以看出，保定市自 2015 年接受引江水以来，在 2015 年 3 月至 2017 年 9 月处于接受引江水的水厂处理工艺调试阶段。在这一时间段内，根据工艺需求及管网水水质变化情况，不断调整引江水与本地水库水的混合比例，此时期为用水量动态调整阶段。在 2016 年 3 月之后，引江水的混合比例逐步增大，并保持在 80%以上，于 2020 年 9 月达到峰值，占比达到了 100%。2.2 水质变化情况分析 结合总硬度（以 CaCO3计）、硝酸盐（以 N 计）、锑三项水质参数检测结果以及同期引江水与本地水库水的混合比例，对引江水入市后，对管网水水质的影响进行分析。2.2.1 总硬度（以 CaCO3计）保定市区在使用引江水前，主要使用本地水库水及地下水混合水源。由于水源水的地方性特质，用户末梢水的总硬度一直在 200-400 mg/L 之间。尤其是在用水高峰期，需要用地下水源补充市区管网水压，致使部分区域水的总硬度达到 400mg/L 左右。市民在用水过程中，能够明显感受到硬度增加，具体就是开水壶内水垢剧增。严重时烧开的水会有较多的悬浮物，在视觉及口感都比较差。随着引江水水源的启用，受水面积在市区的逐渐扩大，水中总硬度得到了很好的稀释，具体效果见图 2。中国科技期刊数据库 工业 A-91-总硬度（以 CaCO3计）变化情况（mg/L）图 2 高昌口、地表水厂出厂水、保定商校 通过图 2 的数据可以看出，引江水入市后，高昌口的总硬度检测结果较为稳定，在 2015 年 3 月至 2017年 9 月的工艺调试阶段结束后，地表水厂入厂水以及保定商校的中硬度检测结果呈现出明显的下降趋势，并逐渐趋于稳定，且检测结果均小于引江水入市前的平均水平，这表明引江水入市对市区管网水的总硬度具有较强的降低作用，下降率达到 33.86%（如表 1 所示）。表 1 引江水入市后市区管网水总硬度（以 CaCO3 计）下降情况（mg/L）2014 年 6 月 2022 年 12 月 下降率 229.8 152 33.86%2.2.2 硝酸盐（以 N 计）在使用引江水为水源前，水库水及地下水的硝酸盐含量多在 2 mg/L 以上。尤其是地下水源，近些年由于生活水平提高，水源中硝酸盐含量明显升高，导致市区管网中的硝酸盐含量也不同程度提高。当用水高峰期，为保障居民用水量，必须启用使用地下水源补充管网水时，使得管网水中硝酸盐含量升高。使用引江水为主要水源后，这一状况明显改善。具体情况如图 3 所示。通过图 3 的数据可以看出，引江水入市后，在 2015年 3 月至 2017 年 9 月的工艺调试阶段结束后，地表水厂入厂水以及保定商校的中硝酸盐（以 N 计）处于持续波动状态，但整体变化趋势与高昌口检测结果基本保持一致，检测结果与引江水入市前相比降低幅度不大，这表明引江水入市对市区管网水的硝酸盐影响效果不大。图 3 高昌口、地表水厂出厂水、保定商校硝酸盐（以 N 计）变化情况（mg/L）表 2 引江水入市后市区管网硝酸盐（以 N 计）下降率情况（mg/L）2014 年 6 月 2022 年 12 月 下降率 2.05 1.26 38.54%2.2.3 锑 自 20 世纪以来，中国已成为世界上最大的锑及化合物生产国，而其中大部分产自我国的南方锡矿山。这些自然存在的金属元素，不可避免的出现在水体中。随着地理位置的北移，锑元素在水体中的含量逐渐减少，并最终消失。对多年的本地水质检测资料中进行统计，在使用引江水前，本地区从未检出过锑元素。但是自从使用引江水作为水源水后，锑逐渐被检出。具体情况见图 4 所示。通过图 4 中的数据可以看出，引江水入市后，在2015 年 3 月至 2017 年 9 月的工艺调试阶段结束后，地表水厂入厂水以及保定商校的锑处于持续波动状态，但整体变化趋势与高昌口检测结果基本保持一致。实验数据表明高昌口、地表水厂出厂水及管网末梢水中锑的含量基本不变，说明现有水厂的水处理工艺无法去除水中含有的锑。在引江水入市前市区管网水中多年均未检测出锑的存在，这表明引江水入市对市区管中国科技期刊数据库 工业 A-92-网水的锑影响效果较大。市区管网水经管道运输后，水中的锑依然存在，但是都在国标规定限值内。锑变化情况（mg/L，小于检出限以 0.00025 计）图 4 高昌口、地表水厂出厂水、保定商校 表 3 引江水入市后市区管网锑上升率情况（mg/L）2014 年 6 月 2022 年 12 月 上升率 0.0005 0.0008 220%3 引江水入市后对保定市管网水水质的影响 受地质因素影响，自从开展水质监测工作以来，保定市地下水源区地下水总硬度普遍偏高，根据保定市区用水量需求，长期采用管网水以地表水与地下水混合供水的方式，所以总硬度（以 CaCO3 计）常年维持在 200-400mg/L 之间，在引江水入市后，总硬度（以CaCO3 计）降低至 150mg/L 以下，这一变化使得居民饮用水的口感得到了明显改善，在对管网水进行加热后饮用时的感官也有明显改善。同时，由于硬水由于含有较多的钙、镁离子，会对家用电器产生负面影响，同时也可能增加人体获取其他重要矿物质（如锌和铜）的难度。自开展水质监测工作以来，保定市地下水水源区硝酸盐（以 N 计）的含量持续升高，究其原因有以下几点：第一，地下水水源区所处农田的主要作物为玉米，当氮肥施用量的增加，不能被农作物完全吸收的情况下，除一小部分可通过挥发或脱氮返回大气圈外，绝大部分残留在土壤或经降水溶解进入地下，使地下水受到氮素的污染，导致地下水中硝酸盐氮的提高。第二，地下水水源区附近畜牧业、养殖业的迅速发展所造成的其周围畜禽粪便的大量堆积，会引发区域性地下水水质污染，使得水源区地下水硝酸盐含量升高。第三，随着水冲马桶的逐步普及，人的排泄物经有城市生活污水管道输送至污水处理厂，在 2005 年前后，地下水水源区所处行政区域的污水处理厂的处理工艺中缺少反硝化处理，使得生活污水中的硝酸盐难以被去除，并且污水处理厂的水处理后的去向主要是排入附近地表水或用作农田灌溉，长此以往就造成了该地区地下水中硝酸盐含量的上升。在多种因素的影响下，在引江水入市前，保定市管网水的硝酸盐（以 N计）含量持续升高。引江水入市后，由于原水水质较好且较为稳定，管网水中的硝酸盐（以 N 计）呈现出下降的趋势。4 结论 综上所述，南水北调中线工程通水以后，在很大程度上解决了受水区水资源匮乏、水资源分配不合理的情况。通过不断调整引江水与本地水源的用水比例，使得市区管道逐渐适应引江水的特点，没有发生市区管网水质的异常变动，利用近两年的时间，使引江水在市区用水量达到 100%，实现平稳过渡。在引江水入市后，对市区管网水的水质在总硬度、硝酸盐（以 N计）指标上有了明显改善，末梢水总硬度明显降低。烧开后，烧水器内水垢大大减少，市民也在使用中感受到引江水的益处。硝酸盐（以 N 计）指标较以前水源，出厂水及管网水也明显降低。但是，正如本次研究结果中提出的，在引江水入市后，保定市区管网水中的少量锑的检出，存在着一定程度上的供水水质风险，今后应加强对锑指标的监测力度。所以，通过本次的探究，建议南水北调中线工程受水区各城市的供水部门，加强对于引江水原水的水质检测力度，根据引江水原水水质的变化情况，及时调整水厂水处理工艺，在最大程度上降低供水水质风险。中国科技期刊数据库 工业 A-93-参考文献 1张宝军,王国平,袁永军,刘红侠.水处理工程技术M.重庆大学出版社:2015.2展惠英,景茜,汪雅娟.水样总碱度的测定J.云南化工,2018,45(09):89-90.3申付振.中国大气污染物浓度及空气质量健康指数的时空变化研究D.南京:南京信息工程大学,2021.