福州市城門水廠原水特征污染分析研究

＊劉夢霏

（福州水質監測有限公司 福建 350000）

飲用水安全直接影響城市居民日常生產生活。研究表明，發展中國家約80%的疾病與飲用水污染及衛生設施不完善有關[1]，全球范圍內平均每8s就有一名兒童死于同水相關的疾病，每年有12億人因飲用的水被污染而患上各種疾病[2]。飲用水中污染主要可分為微生物污染（如細菌、病毒、寄生原蟲等）、化學污染（如重金屬、有機物等）。隨著居民生活方式的轉變和對水質安全關注的增加，需建立更高質量的供水體系，保障飲用水安全。

福州市屬福建省會城市，主城區人口約330萬，采用雙水源供水，主城區6座水廠（城門水廠、飛鳳山水廠、東區水廠、東南區水廠、西區水廠、北區水廠）設計日供水能力約170萬噸，水源類型為水庫水（塘坂水庫）和河流水（閩江）。城門水廠設計日供水能力占全市12%，水源地位于閩江南港，其生產工藝如圖1所示，是福州市主城區主要水廠，供水區域為倉山區城門、螺洲、蓋山、金山等片區，服務人口約45萬戶。閩江作為城門水廠水源，全長577km，被喻為福建省母親河，養育了福建省三分之一人口的用水[3]。然而，隨著閩江流域經濟快速發展，城鎮化、工業化進程不斷推進，部分流域水質問題突出[4]，呈現點污染和非點污交叉狀況[5]，尤其是閩江下游水質情況同上游比較差，南港河段健康狀態為亞病態[6]。

圖1 城門水廠生產工藝圖

為了保障福州市居民用水安全，以城門水廠水源地為研究對象，開展水質跟蹤檢測，結合城門水廠現有生產工藝，分析城門水廠原水特征污染物，探究特征污染物的發展規律，為受咸潮影響的水廠提供合理的意見和建議。

1.材料與方法

(1)樣本來源

采樣位置：城門水廠取水口。

采樣頻次：2011—2022年，每月一次對城門水廠原水進行采樣檢測。

采樣方法：采用水廠一級泵房虹吸取水，取表層下約3m的水樣。

(2)檢測指標

依據《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）（以下簡稱《標準》）中基本項目和補充項目的要求，對城門水廠原水開展29項水質采樣檢測，包括高錳酸鹽指數、溶解氧、pH值等共計24項基本項目及硫酸鹽、氯酸鹽、硝酸鹽、鐵、錳在內共計5項的補充項目。

2.結果與討論

(1)城門原水水質分析

①基本項目水質分析

統計2011—2022年城門水廠原水基本項目中超標情況，結果見表1。除化學需氧量（COD）、糞大腸菌群、溶解氧、總磷，其余項目均符合《標準》基本項目Ⅲ類標準限值要求。其中，糞大腸菌群在144個監測月份中，81個月的檢測值超過《標準》基本項目Ⅲ類標準限值要求，超標率達56%。COD偶有超過《標準》基本項目Ⅲ類標準限值要求，最大值為42mg/L，發生于2021年2月和3月，最大超標倍數1.1。溶解氧超過《標準》基本項目Ⅲ類標準限值要求主要發生在2011年—2013年間，最小值為3.51mg/L，發生于2011年8月。總磷偶有超過《標準》基本項目Ⅲ類標準限值要求，僅出現在2022年1月和10月，最大值為0.30mg/L，最大超標倍數0.5。

表1 2011—2022年城門水廠原水基本項目中超標次數

②補充項目水質分析

《標準》中補充項目重點關注硫酸鹽、硝酸鹽、氯化物、鐵、錳。根據12年的監測數據結果，城門水廠原水氯化物、鐵、錳均出現超標現象，如表2所示。氯化物分別在2020年1月、2021年1月、2021年2月、2022年10月不符合《標準》補充項目限值要求，最大值為421mg/L，最大超標倍數0.68。鐵、錳常出現不符合《標準》補充項目限值，最大值分別為3.20mg/L、0.548mg/L，最大超標倍數9.67、4.48，超標率分別為85.4%、40.3%。

表2 2011—2022年城門水廠水源補充項目中超標次數

(2)城門水廠水源特征污染物評估

結果表明，城門水廠水源污染物為COD、糞大腸菌群、溶解氧、總磷、氯化物、鐵、錳，且鐵、錳主要以非溶解的形態存在。

城門水廠采用混凝沉淀+過濾+消毒的常規工藝，對COD、糞大腸菌群、鐵、錳[7]均有去除效果，出廠水指標均符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2022）。但常規工藝無法去除氯化物，出廠水存在不符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2022）的風險。

通過對城門水廠原水監測，結合城門水廠現有處理工藝，可知氯化物為其特征污染物。因近年受水口水庫、河床演變影響[8]，城門水廠受咸潮影響越來越大，研究城門水廠咸潮發生規律，為生產提供科學的基礎數據尤為重要。

(3)城門水廠咸潮規律

①氯化物超標的趨勢

城門水廠建廠至今，水源地多次受到咸潮入侵，致使水廠減產。在1994年、2003年、2009年、2013年、2017—2022年城門水廠發生咸潮入侵現象，原水氯化物最高值呈上升趨勢，影響程度在不斷增強，2018年后尤為嚴重。氯化物最大值由297mg/L上升至2579mg/L，影響天數由每年7天增加到100多天。針對水廠近年的監測數據，可識別出每年8月至次年3月屬城門水廠咸潮期，10月份發生咸潮概率最大，4月—7月屬城門水廠非咸潮期，見圖2、圖3、表3。

表3 2017年—2022年城門水廠受咸潮影響最大值及月超標天數

圖2 城門水廠氯化物影響趨勢圖

圖3 2017年—2022年發生咸潮的月份

城門水廠咸潮入侵影響加劇的根本原因是河床下切演變和上游來水量減少，其中閩江水口水庫下泄流量的控制成為降低城門水廠咸潮入侵影響的主要手段。根據分析近年水口下泄流量和咸潮發生頻次的相關性，見表4，可知，當水口水庫下泄的月均流量低于400m3/s，城門水廠必受咸潮影響；當水口水庫下泄的月均流量低于900m3/s，城門水廠很可能受咸潮影響。

表4 2017年—2022年水口下泄月均流量（單位：m3/s）

(4)應對措施

①建立預警體系

A.通過歷史數據，識別水廠咸潮期和非咸潮期。咸潮期間，重點關注原水在線氯化物變化趨勢，加強人工氯化物檢測頻次，將人工檢測與在線監測進行比對，確保在線設備連續、穩定、準確運行。

B.建立水庫下泄流量預警體系，與上游水庫聯動監控，當水庫下泄流量日均低于600m3/s，水廠應加強氯化物人工檢測，同時關注在線氯化物變化趨勢。

C.設置原水氯化物200mg/L為預警線，確保出廠水氯化物符合《生活飲用水衛生標準》（GB 5749—2022）。

②開展應急響應

A.咸潮期間，及時調整水廠進出水水量，啟動原水和出廠水應急蓄水池，實行錯峰取水機制。清水池盡量保持較高水位運行，最大限度儲存符合標準的出廠水。

B.降低水廠供水壓力，提升外管網供水壓力，保證水廠供水范圍內居民提供不間斷的生活飲用水。

C.優化水廠生產工藝，在常規處理工藝中增加膜處理工藝[9]，根據于建等人的研究表明，采用納濾+反滲透工藝，氯化物的去除率可達95%～98%。開展雙水源建設，提升水源抗咸潮風險的能力。

3.總結

結果表明，城門水廠水源污染物為COD、糞大腸菌群、溶解氧、總磷、氯化物、鐵、錳，特征污染物為氯化物。原水氯化物最高值呈上升趨勢，影響程度在不斷增強。每年8月至次年3月屬城門水廠咸潮期，10月份發生咸潮概率最大；4—7月屬城門水廠非咸潮期。因此，受咸潮影響水廠需加強咸潮影響規律探究，建立預警及響應機制，通過錯峰取水、管網調水、優化工藝、配備雙水源等手段，降低咸潮對水廠的影響，實現城門用水安全可持續運行。