福州市城门水厂原水特征污染分析研究

＊刘梦霏

（福州水质监测有限公司 福建 350000）

饮用水安全直接影响城市居民日常生产生活。研究表明，发展中国家约80%的疾病与饮用水污染及卫生设施不完善有关[1]，全球范围内平均每8s就有一名儿童死于同水相关的疾病，每年有12亿人因饮用的水被污染而患上各种疾病[2]。饮用水中污染主要可分为微生物污染（如细菌、病毒、寄生原虫等）、化学污染（如重金属、有机物等）。随着居民生活方式的转变和对水质安全关注的增加，需建立更高质量的供水体系，保障饮用水安全。

福州市属福建省会城市，主城区人口约330万，采用双水源供水，主城区6座水厂（城门水厂、飞凤山水厂、东区水厂、东南区水厂、西区水厂、北区水厂）设计日供水能力约170万吨，水源类型为水库水（塘坂水库）和河流水（闽江）。城门水厂设计日供水能力占全市12%，水源地位于闽江南港，其生产工艺如图1所示，是福州市主城区主要水厂，供水区域为仓山区城门、螺洲、盖山、金山等片区，服务人口约45万户。闽江作为城门水厂水源，全长577km，被喻为福建省母亲河，养育了福建省三分之一人口的用水[3]。然而，随着闽江流域经济快速发展，城镇化、工业化进程不断推进，部分流域水质问题突出[4]，呈现点污染和非点污交叉状况[5]，尤其是闽江下游水质情况同上游比较差，南港河段健康状态为亚病态[6]。

图1 城门水厂生产工艺图

为了保障福州市居民用水安全，以城门水厂水源地为研究对象，开展水质跟踪检测，结合城门水厂现有生产工艺，分析城门水厂原水特征污染物，探究特征污染物的发展规律，为受咸潮影响的水厂提供合理的意见和建议。

1.材料与方法

(1)样本来源

采样位置：城门水厂取水口。

采样频次：2011—2022年，每月一次对城门水厂原水进行采样检测。

采样方法：采用水厂一级泵房虹吸取水，取表层下约3m的水样。

(2)检测指标

依据《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）（以下简称《标准》）中基本项目和补充项目的要求，对城门水厂原水开展29项水质采样检测，包括高锰酸盐指数、溶解氧、pH值等共计24项基本项目及硫酸盐、氯酸盐、硝酸盐、铁、锰在内共计5项的补充项目。

2.结果与讨论

(1)城门原水水质分析

①基本项目水质分析

统计2011—2022年城门水厂原水基本项目中超标情况，结果见表1。除化学需氧量（COD）、粪大肠菌群、溶解氧、总磷，其余项目均符合《标准》基本项目Ⅲ类标准限值要求。其中，粪大肠菌群在144个监测月份中，81个月的检测值超过《标准》基本项目Ⅲ类标准限值要求，超标率达56%。COD偶有超过《标准》基本项目Ⅲ类标准限值要求，最大值为42mg/L，发生于2021年2月和3月，最大超标倍数1.1。溶解氧超过《标准》基本项目Ⅲ类标准限值要求主要发生在2011年—2013年间，最小值为3.51mg/L，发生于2011年8月。总磷偶有超过《标准》基本项目Ⅲ类标准限值要求，仅出现在2022年1月和10月，最大值为0.30mg/L，最大超标倍数0.5。

表1 2011—2022年城门水厂原水基本项目中超标次数

②补充项目水质分析

《标准》中补充项目重点关注硫酸盐、硝酸盐、氯化物、铁、锰。根据12年的监测数据结果，城门水厂原水氯化物、铁、锰均出现超标现象，如表2所示。氯化物分别在2020年1月、2021年1月、2021年2月、2022年10月不符合《标准》补充项目限值要求，最大值为421mg/L，最大超标倍数0.68。铁、锰常出现不符合《标准》补充项目限值，最大值分别为3.20mg/L、0.548mg/L，最大超标倍数9.67、4.48，超标率分别为85.4%、40.3%。

表2 2011—2022年城门水厂水源补充项目中超标次数

(2)城门水厂水源特征污染物评估

结果表明，城门水厂水源污染物为COD、粪大肠菌群、溶解氧、总磷、氯化物、铁、锰，且铁、锰主要以非溶解的形态存在。

城门水厂采用混凝沉淀+过滤+消毒的常规工艺，对COD、粪大肠菌群、铁、锰[7]均有去除效果，出厂水指标均符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）。但常规工艺无法去除氯化物，出厂水存在不符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）的风险。

通过对城门水厂原水监测，结合城门水厂现有处理工艺，可知氯化物为其特征污染物。因近年受水口水库、河床演变影响[8]，城门水厂受咸潮影响越来越大，研究城门水厂咸潮发生规律，为生产提供科学的基础数据尤为重要。

(3)城门水厂咸潮规律

①氯化物超标的趋势

城门水厂建厂至今，水源地多次受到咸潮入侵，致使水厂减产。在1994年、2003年、2009年、2013年、2017—2022年城门水厂发生咸潮入侵现象，原水氯化物最高值呈上升趋势，影响程度在不断增强，2018年后尤为严重。氯化物最大值由297mg/L上升至2579mg/L，影响天数由每年7天增加到100多天。针对水厂近年的监测数据，可识别出每年8月至次年3月属城门水厂咸潮期，10月份发生咸潮概率最大，4月—7月属城门水厂非咸潮期，见图2、图3、表3。

表3 2017年—2022年城门水厂受咸潮影响最大值及月超标天数

图2 城门水厂氯化物影响趋势图

图3 2017年—2022年发生咸潮的月份

城门水厂咸潮入侵影响加剧的根本原因是河床下切演变和上游来水量减少，其中闽江水口水库下泄流量的控制成为降低城门水厂咸潮入侵影响的主要手段。根据分析近年水口下泄流量和咸潮发生频次的相关性，见表4，可知，当水口水库下泄的月均流量低于400m3/s，城门水厂必受咸潮影响；当水口水库下泄的月均流量低于900m3/s，城门水厂很可能受咸潮影响。

表4 2017年—2022年水口下泄月均流量（单位：m3/s）

(4)应对措施

①建立预警体系

A.通过历史数据，识别水厂咸潮期和非咸潮期。咸潮期间，重点关注原水在线氯化物变化趋势，加强人工氯化物检测频次，将人工检测与在线监测进行比对，确保在线设备连续、稳定、准确运行。

B.建立水库下泄流量预警体系，与上游水库联动监控，当水库下泄流量日均低于600m3/s，水厂应加强氯化物人工检测，同时关注在线氯化物变化趋势。

C.设置原水氯化物200mg/L为预警线，确保出厂水氯化物符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）。

②开展应急响应

A.咸潮期间，及时调整水厂进出水水量，启动原水和出厂水应急蓄水池，实行错峰取水机制。清水池尽量保持较高水位运行，最大限度储存符合标准的出厂水。

B.降低水厂供水压力，提升外管网供水压力，保证水厂供水范围内居民提供不间断的生活饮用水。

C.优化水厂生产工艺，在常规处理工艺中增加膜处理工艺[9]，根据于建等人的研究表明，采用纳滤+反渗透工艺，氯化物的去除率可达95%～98%。开展双水源建设，提升水源抗咸潮风险的能力。

3.总结

结果表明，城门水厂水源污染物为COD、粪大肠菌群、溶解氧、总磷、氯化物、铁、锰，特征污染物为氯化物。原水氯化物最高值呈上升趋势，影响程度在不断增强。每年8月至次年3月属城门水厂咸潮期，10月份发生咸潮概率最大；4—7月属城门水厂非咸潮期。因此，受咸潮影响水厂需加强咸潮影响规律探究，建立预警及响应机制，通过错峰取水、管网调水、优化工艺、配备双水源等手段，降低咸潮对水厂的影响，实现城门用水安全可持续运行。