以清华附中为例研究饮用水水质的安全保障

王佐正 费云帆 李泽宇 刘嘉乾 秦晋之 吴菁飞

（清华大学附属中学，北京 100084）

以清华附中为例研究饮用水水质的安全保障

王佐正 费云帆 李泽宇 刘嘉乾 秦晋之 吴菁飞

（清华大学附属中学，北京 100084）

清华附中同学们在校期间的饮用水从以往的自带变为学校的饮水机取用，使同学们的饮水更加方便。饮水机里的水和家中烧的白开水是否有区别？饮水机的水是否更好？国家对于饮用水有什么标准和要求？饮水机的饮用水能否满足国家要求？饮用水中的成分对身体有什么利弊？带着这些问题，我们抽取高一年级的72位同学进行了问卷调查，并针对同学们的问题，对饮水机饮用水的水质开展了相关的研究。

饮用水 水质 安全保障

1 调查问卷及分析（附件1：调查问卷）

①相比较来说，在学校喝饮水机里的饮用水的同学最多，其他大部分同学也都以饮用水为主，喝饮料的很少。②极大一部分同学关心学校饮水机中饮用水的水质健康问题。③有一半的同学对厕所旁边的饮水机卫生状况存在顾虑。④对于饮用水中存在的具体问题，有很大一部分同学对水中是否存在有害离子存在顾虑，认为硬度较高的同学和认为不容物（悬浮物）浓度较高的同学比例差不多，仅有10%的同学对此感到无所谓，认为如果饮水机中存在微量的有害物质不足以对人体健康产生影响。⑤对于饮用水口感的问题，主要反映在：水有异味、难喝到不能喝以及储存时间过长影响口感的顾虑。⑥对于饮用水水质的酸碱性问题（主观感受），认为偏碱性的同学比偏酸性的人要多。⑦对于谈到哪个楼的饮用水口感最好时，有一半同学（住校生）认为宿舍楼的水质最好。认为实验楼的水相较而言较差。从调查来看，大多数同学对学校的饮水机的饮用水很关注。根据同学们关心的问题，我们研究小组对学校饮水机中饮用水的水质开展了研究。

2 文献研究

通过查阅文献，我国现行的饮用水国家标准在2006年颁布（GB5749-2006），共有106项水质指标，并将在2012年7月1日实施新标准。我们同一时段采集了6个水样，分别来自清华附中的高中楼（A座）、初中楼（C座）、B座、实验楼、男生宿舍楼、厕所中的自来水。分别选取了六大类的11项有代表性的指标，进行了六组实验，对这些水样的水质进行检测。检测指标包括：大肠杆菌、电导率、pH值、总氯、CODMn、浊度、Ca2+，Mg2+、SO42-，NO3-，Cl-。通过比对附中饮用水和国标的水质指标，我们可以科学的分析清华附中饮用水的水质。

3 实验及指标检测情况

3.1 大肠杆菌

表1

表2

表3

实验目的：检测大肠杆菌的数量。我国目前沿用的饮用水标准：1mL自来水中细菌总数不得超过100个；1L自来水中大肠菌标准是不得检出。

实验原理：细菌总数的测定采用平板培养菌落计数法，大肠菌群数的测定是将一定量的样品接种乳糖发酵管，根据发酵反应结果，确证大肠菌群的阳性管数后，在检索表中查出大肠菌群的近似值。

实验数据：大肠杆菌数检测（LB培养基平板，37℃培养），如表1。

实验结论：各个楼层的水质均符合标准，但从72h的实验数据来看实验楼的水质相对容易长菌，且在学校接的水放置3天后就不能再饮用。生水不能直接饮用。

3.2 电导率

实验目的：通过测量电导率的大小，可以间接计算出溶液中所含电解质的浓度，了解水中电解质的含量。

实验原理：电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块极板（或圆柱电极），放到被测溶液中，在极板的两端加上一定的电势（为了避免溶液电解，通常为正弦波电压，频率1～3kHz）。然后通过电导仪测量极板间电导。由测量到的电导池常数K和两电极板之间的电导G而求得电导率σ。

实验数据：宿舍楼22.5μS/cm，实验楼337μS/cm，厕所388μ S/cm，A座362μS/cm，B座323μS/cm，C座326μS/cm、自来水384 μS/cm。

实验结论：国标中饮用水的电导率要求低于1500μS/cm。实验发现所有地点的水的电导率都低于1500μS/cm，符合国家饮用水标准。宿舍楼饮水机的水的电导率最低，明显低于其他采用点水的电导率，并且最接近纯水10μS/cm。宿舍楼饮水机的饮用水的水质含有非常低的溶解性离子，即：宿舍楼的水经过了除离子工艺。其余地方电导率较高，溶液中电解质浓度高，甚至接近自来水，此结果也说明其他采样点水没有经过处理。

3.3 高锰酸盐

实验目的：检测水中CODMn的含量是否符合国家标准。

实验方法：用试剂：①33.3%硫酸。②草酸钠溶液。测定水样中高锰酸钾溶液的体积（V1）。用空白试验测定100ml水回滴的KMnO4溶液的体积V0。空白实验滴定后的溶液中加入Na2C2O4标准溶液（0.0100mol/ L），测定消耗的KMnO4溶液的体积V2。经相关公式计算，测定水中CODMn的含量。

实验数据：

宿舍楼0.124 mg/ L，实验楼0.124 mg/L，厕所0.14 mg/L，A座0.137mg/L，C座0.143mg/L空白（去离子水）0.137mg/L。

实验结论：国家对于CODMn的标准是不超过0.3mg/L。实验发现所有水质符合国家标准，但初中楼所提供饮用水中高锰酸盐指数较其他而言略高，而宿舍楼以及实验楼所提供饮用水中高锰酸盐指数较其他而言略低，所以在这一方面，宿舍楼以及实验楼所提供饮用水较其他而言更安全。

3.4 浊度

实验目的：测量饮用水样品的浊度。

实验方法：用浊度仪（浊度计）测量。原理是由光发出的平行光束通过溶液时，一部分被吸收和散射，另一部分透过溶液。在入射光恒定条件下，在一定浊度范围内，散射光强度与溶液的混浊度成正比。可表示为：Is/I0= K′N （K′为常数）根据这一公式，可以通过测量水样中微粒的散射光强度来测量水样的浊度。

实验数据：宿舍楼为0.15 NTU，实验楼0.4 NTU，厕所0.68 NTU，A座0.4 NTU，B座0.2 NTU。C座0.7 NTU。

实验结论：根据国家标准浊度不能超过1NTU。B座，初中楼，实验楼，A座，宿舍楼饮用水样品均未超标，但初中楼样品浊度最大，超过厕所水样品浊度，宿舍楼浊度最小接近0NTU。通过对比宿舍楼浊度较其他而言最好。

3.5 阴离子检测

实验目的：测量单位体积内饮用水中的阴离子含量。

实验原理：用离子色谱法测定。离子交换平衡。离子之间进行可逆交换和分析物溶质对交换剂亲和力的差别而被分离。适用于亲水性的阴、阳离子的分离。然后用相关仪器进行测量。实验数据如表2。

实验结论：根据国家标准氯离子和硫酸根均不能超过250mgL，硝酸根离子（以N计）不超过10mgL。氯离子、硝酸根和硫酸根离子均未超标（因厕所为水源所以国家标准为硝酸根离子不超过20mgL），但硝酸根除宿舍楼外，其他均超过厕所水中硝酸根含量。 综上宿舍楼水质较其他而言最好。

3.6 Ca+，Mg+离子

ICP-AES的基本原理和测量结果：

利用氩等离子体产生的高温使用试样完全分解形成激发态的原子和离子，由于激发态的原子和离子不稳定，外层电子会从激发态向低的能级跃迁，因此发射出特征的谱线。通过光栅等分光后，利用检测器检测特定波长的强度，光的强度与待测元素浓度成正比。

实验结论：因为1g水=1ml所以μgg=mgL，国家在《生活饮用水卫生标准》GB5749规定中，因为钙镁不是有毒物质，所以没有表单独列出标准，只有钙镁的间接体现的总硬度，国标规定饮用水总硬度不超过450mgL，所有楼层均符合标准。

3.7 pH值（表3）

实验目的：检测清华附中饮用水的pH值，对比国家标准，说明饮用水的酸碱度会对我们产生哪些影响。

实验对象：同一时段采集的100ml水样，分别来自清华附中的高中楼（A座）、初中楼（C座）、B座、实验楼、男生宿舍楼、厕所中的自来水以及做空白实验的去离子水。

实验原理：利用pH计测定7个水样的pH值，当pH计的读数在18摄氏度的室温下稳定后进行读数。

实验次数：1次

实验数据：

国标PH值6.8～8.5，实验楼PH值7.14，宿舍楼PH值6.54，厕所PH值7.51，A座PH值7.25，B座PH值6.85，C座PH值6.71。

实验结论：国标范围是6.8~8.5。pH值最低的饮用水样本出现在男生宿舍楼，为6.54，呈略酸性；pH值最高的饮用水样本出现在高中楼（A座），为7.25，呈略碱性。但pH值均符合国家标准。

3.8 余氯

实验目的：测定清华附中饮用水中余氯（cl）的含量，对比国家标准。

实验对象：同一时段采集的100ml水样，分别来自清华附中的高中楼（A座）、初中楼（C座）、B座、实验楼、男生宿舍楼、厕所中的自来水以及做空白实验的去离子水。

实验原理：通过余氯检测仪，该仪器用于快速检测余氯，仪器相当于一台小型的分光光度计，水样经与专门的试剂反应后，通过分光光度方法计算出其余氯值。

实验次数：1次

实验数据：

实验楼余氯（cl）的含量0.1（mg/L），宿舍楼余氯（cl）的含量0.1（mg/L），厕所余氯（cl）的含量0.2（mg/L），A座余氯（cl）的含量0.1（mg/L），B座余氯（cl）的含量0（mg/L），C座余氯（cl）的含量0.1（mg/L），实验室中的去离子水0。

实验结论：饮用水处理过程中是可以存在余氯的，它可以保证在水处理的过程中，抑制处理水中微生物的生长。而最终生产用水，则无余氯。而在上述测得的饮用水样本中，除了B座的水样余氯的含量为零以外，其余饮用水水样的余氯含量都在0.1毫克每升左右。没有达到严苛的“0”剩余。

4 结语

通过这几项检测 我们得出的总的结论是：清华附中饮水机的饮用水指标均符合国家标准。其中宿舍楼的水质比其他楼层好，且每一项检测的指标（除余氯、PH值、钙镁离子外）其余数值均接近纯水（水质极好的水），而其他楼层的各个检测指标的数值差不多一样，且都偏大，浊度几乎接近自来水的浊度，其余的硫酸根、氯离子、钙镁离子虽未超出国标但与宿舍楼相比量较高。在浊度检测中，我们将厕所旁的水（高中楼一层）和离厕所稍微远一些（楼梯旁）做了比较发现，厕所旁的水浊度超过自来水的浊度。

5 同学们关心的问题

根据这些数据，我们再来回答同学们所关心的一些问题。

①学校饮水机中的水还是比较健康的。②厕所旁的水确实没有离厕所较远的水好，原因有可能是该类型的饮水机对于浊度处理本身存在缺陷（从各楼层浊度都接近自来水浊度看出），而厕所旁的人流较大，且频繁使得进入水中的颗粒物较多，导致浊度偏大，甚至超过自来水（浊度代表了水中悬浮物的多少）。③水中的重金属离子对人体是有严重影响的，因此国标把重金属含量指标定在每升几微克左右。④学校A、B、C座及实验楼硬度较宿舍楼而言高，但钙镁离子不是重金属，对人体没有多大的害处，国家对于总硬度的标准定得很低，为＜450mg/L，因此学校水质不存在硬度较高的原因。⑤清华附中的饮用水PH值在6.54—7.25左右浮动，不排除饮用水管道内壁的差异对测定结果的影响。但清华附中的饮用水PH值均没有超过自来水呈碱性的PH值7.51。总而言之，在pH值方面是没有问题的。⑥有的同学发现饮水机水的味道不一样，有的较难喝，其原因是：硬度：硬度过高，口感不好且有异味，个别饮用者还会有胃肠反映；硬度过低，水就没有甘甜味。从钙镁离子含量中分析发现宿舍楼的水有可能没有甘甜的味道。有溶解性总固体硫酸根、锰、余氯。⑥有的同学认为饮水机中的水储存时间太长。通过浏览饮水机提供公司的官方网站，我们找到了其原理图，从图中我们发现饮水机中并没有储存的设备，水是直接从水龙头流出经过过滤器再加热获得的，因此不用担心水储存时间会很长。⑦大多数同学的猜测是正确的，宿舍楼的水的确较其他楼层水质较好。原因有可能是饮水机型号不同，也有可能因为宿舍楼人少，使用次数少，人员走动少（带起的灰尘少）使得水质比其他楼层好。

6 意见建议

①建议同学多到宿舍楼取水。宿舍楼的饮用水品质更优良，而且口感也较好。②建议学校把三个月清洗一次改为两个月一次。原因：实验时间为1月22日而清洗时间大约为2月出头（总务处了解）且从数据中发现有些数据超过厕所（原水）的数据。③宿舍楼饮水机中饮用水的水质含有非常低的溶解性离子，其余地方电导率较高，溶液中电解质浓度高，甚至接近自来水，说明宿舍楼的水经过了除离子工艺，其他采样点水没有经过处理。建议等到下次饮水机更换时，采用宿舍楼的那种型号的饮水机。

［1］《生活饮用水卫生标准检验方法》GBT5750-2006.

［2］王琼杰，奚圣美，程琳，杨艳.《饮用水检测方法简介》.《中国建筑金属结构》，2011（9）54-57.

［3］陈昕.《新旧版《生活饮用水标准检验方法中微生物指标及检测方法比较》.《环境与职业医学》，2008年6月297-299.