王佐正 費(fèi)云帆 李澤宇 劉嘉乾 秦晉之 吳菁飛

（清華大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100084）

以清華附中為例研究飲用水水質(zhì)的安全保障

王佐正 費(fèi)云帆 李澤宇 劉嘉乾 秦晉之 吳菁飛

（清華大學(xué)附屬中學(xué)，北京 100084）

清華附中同學(xué)們?cè)谛Ｆ陂g的飲用水從以往的自帶變?yōu)閷W(xué)校的飲水機(jī)取用，使同學(xué)們的飲水更加方便。飲水機(jī)里的水和家中燒的白開(kāi)水是否有區(qū)別？飲水機(jī)的水是否更好？國(guó)家對(duì)于飲用水有什么標(biāo)準(zhǔn)和要求？飲水機(jī)的飲用水能否滿(mǎn)足國(guó)家要求？飲用水中的成分對(duì)身體有什么利弊？帶著這些問(wèn)題，我們抽取高一年級(jí)的72位同學(xué)進(jìn)行了問(wèn)卷調(diào)查，并針對(duì)同學(xué)們的問(wèn)題，對(duì)飲水機(jī)飲用水的水質(zhì)開(kāi)展了相關(guān)的研究。

飲用水 水質(zhì) 安全保障

1 調(diào)查問(wèn)卷及分析（附件1：調(diào)查問(wèn)卷）

①相比較來(lái)說(shuō)，在學(xué)校喝飲水機(jī)里的飲用水的同學(xué)最多，其他大部分同學(xué)也都以飲用水為主，喝飲料的很少。②極大一部分同學(xué)關(guān)心學(xué)校飲水機(jī)中飲用水的水質(zhì)健康問(wèn)題。③有一半的同學(xué)對(duì)廁所旁邊的飲水機(jī)衛(wèi)生狀況存在顧慮。④對(duì)于飲用水中存在的具體問(wèn)題，有很大一部分同學(xué)對(duì)水中是否存在有害離子存在顧慮，認(rèn)為硬度較高的同學(xué)和認(rèn)為不容物（懸浮物）濃度較高的同學(xué)比例差不多，僅有10%的同學(xué)對(duì)此感到無(wú)所謂，認(rèn)為如果飲水機(jī)中存在微量的有害物質(zhì)不足以對(duì)人體健康產(chǎn)生影響。⑤對(duì)于飲用水口感的問(wèn)題，主要反映在：水有異味、難喝到不能喝以及儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)影響口感的顧慮。⑥對(duì)于飲用水水質(zhì)的酸堿性問(wèn)題（主觀感受），認(rèn)為偏堿性的同學(xué)比偏酸性的人要多。⑦對(duì)于談到哪個(gè)樓的飲用水口感最好時(shí)，有一半同學(xué)（住校生）認(rèn)為宿舍樓的水質(zhì)最好。認(rèn)為實(shí)驗(yàn)樓的水相較而言較差。從調(diào)查來(lái)看，大多數(shù)同學(xué)對(duì)學(xué)校的飲水機(jī)的飲用水很關(guān)注。根據(jù)同學(xué)們關(guān)心的問(wèn)題，我們研究小組對(duì)學(xué)校飲水機(jī)中飲用水的水質(zhì)開(kāi)展了研究。

2 文獻(xiàn)研究

通過(guò)查閱文獻(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)行的飲用水國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在2006年頒布（GB5749-2006），共有106項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，并將在2012年7月1日實(shí)施新標(biāo)準(zhǔn)。我們同一時(shí)段采集了6個(gè)水樣，分別來(lái)自清華附中的高中樓（A座）、初中樓（C座）、B座、實(shí)驗(yàn)樓、男生宿舍樓、廁所中的自來(lái)水。分別選取了六大類(lèi)的11項(xiàng)有代表性的指標(biāo)，進(jìn)行了六組實(shí)驗(yàn)，對(duì)這些水樣的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)指標(biāo)包括：大腸桿菌、電導(dǎo)率、pH值、總氯、CODMn、濁度、Ca2+，Mg2+、SO42-，NO3-，Cl-。通過(guò)比對(duì)附中飲用水和國(guó)標(biāo)的水質(zhì)指標(biāo)，我們可以科學(xué)的分析清華附中飲用水的水質(zhì)。

3 實(shí)驗(yàn)及指標(biāo)檢測(cè)情況

3.1 大腸桿菌

表1

表2

表3

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z測(cè)大腸桿菌的數(shù)量。我國(guó)目前沿用的飲用水標(biāo)準(zhǔn)：1mL自來(lái)水中細(xì)菌總數(shù)不得超過(guò)100個(gè)；1L自來(lái)水中大腸菌標(biāo)準(zhǔn)是不得檢出。

實(shí)驗(yàn)原理：細(xì)菌總數(shù)的測(cè)定采用平板培養(yǎng)菌落計(jì)數(shù)法，大腸菌群數(shù)的測(cè)定是將一定量的樣品接種乳糖發(fā)酵管，根據(jù)發(fā)酵反應(yīng)結(jié)果，確證大腸菌群的陽(yáng)性管數(shù)后，在檢索表中查出大腸菌群的近似值。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：大腸桿菌數(shù)檢測(cè)（LB培養(yǎng)基平板，37℃培養(yǎng)），如表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：各個(gè)樓層的水質(zhì)均符合標(biāo)準(zhǔn)，但從72h的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)看實(shí)驗(yàn)樓的水質(zhì)相對(duì)容易長(zhǎng)菌，且在學(xué)校接的水放置3天后就不能再飲用。生水不能直接飲用。

3.2 電導(dǎo)率

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模和ㄟ^(guò)測(cè)量電導(dǎo)率的大小，可以間接計(jì)算出溶液中所含電解質(zhì)的濃度，了解水中電解質(zhì)的含量。

實(shí)驗(yàn)原理：電導(dǎo)率的測(cè)量原理是將相互平行且距離是固定值L的兩塊極板（或圓柱電極），放到被測(cè)溶液中，在極板的兩端加上一定的電勢(shì)（為了避免溶液電解，通常為正弦波電壓，頻率1～3kHz）。然后通過(guò)電導(dǎo)儀測(cè)量極板間電導(dǎo)。由測(cè)量到的電導(dǎo)池常數(shù)K和兩電極板之間的電導(dǎo)G而求得電導(dǎo)率σ。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：宿舍樓22.5μS/cm，實(shí)驗(yàn)樓337μS/cm，廁所388μ S/cm，A座362μS/cm，B座323μS/cm，C座326μS/cm、自來(lái)水384 μS/cm。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：國(guó)標(biāo)中飲用水的電導(dǎo)率要求低于1500μS/cm。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所有地點(diǎn)的水的電導(dǎo)率都低于1500μS/cm，符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)。宿舍樓飲水機(jī)的水的電導(dǎo)率最低，明顯低于其他采用點(diǎn)水的電導(dǎo)率，并且最接近純水10μS/cm。宿舍樓飲水機(jī)的飲用水的水質(zhì)含有非常低的溶解性離子，即：宿舍樓的水經(jīng)過(guò)了除離子工藝。其余地方電導(dǎo)率較高，溶液中電解質(zhì)濃度高，甚至接近自來(lái)水，此結(jié)果也說(shuō)明其他采樣點(diǎn)水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理。

3.3 高錳酸鹽

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z測(cè)水中CODMn的含量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)方法：用試劑：①33.3%硫酸。②草酸鈉溶液。測(cè)定水樣中高錳酸鉀溶液的體積（V1）。用空白試驗(yàn)測(cè)定100ml水回滴的KMnO4溶液的體積V0?？瞻讓?shí)驗(yàn)滴定后的溶液中加入Na2C2O4標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.0100mol/ L），測(cè)定消耗的KMnO4溶液的體積V2。經(jīng)相關(guān)公式計(jì)算，測(cè)定水中CODMn的含量。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

宿舍樓0.124 mg/ L，實(shí)驗(yàn)樓0.124 mg/L，廁所0.14 mg/L，A座0.137mg/L，C座0.143mg/L空白（去離子水）0.137mg/L。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：國(guó)家對(duì)于CODMn的標(biāo)準(zhǔn)是不超過(guò)0.3mg/L。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)所有水質(zhì)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，但初中樓所提供飲用水中高錳酸鹽指數(shù)較其他而言略高，而宿舍樓以及實(shí)驗(yàn)樓所提供飲用水中高錳酸鹽指數(shù)較其他而言略低，所以在這一方面，宿舍樓以及實(shí)驗(yàn)樓所提供飲用水較其他而言更安全。

3.4 濁度

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量飲用水樣品的濁度。

實(shí)驗(yàn)方法：用濁度儀（濁度計(jì)）測(cè)量。原理是由光發(fā)出的平行光束通過(guò)溶液時(shí)，一部分被吸收和散射，另一部分透過(guò)溶液。在入射光恒定條件下，在一定濁度范圍內(nèi)，散射光強(qiáng)度與溶液的混濁度成正比。可表示為：Is/I0= K′N(xiāo) （K′為常數(shù)）根據(jù)這一公式，可以通過(guò)測(cè)量水樣中微粒的散射光強(qiáng)度來(lái)測(cè)量水樣的濁度。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：宿舍樓為0.15 NTU，實(shí)驗(yàn)樓0.4 NTU，廁所0.68 NTU，A座0.4 NTU，B座0.2 NTU。C座0.7 NTU。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)濁度不能超過(guò)1NTU。B座，初中樓，實(shí)驗(yàn)樓，A座，宿舍樓飲用水樣品均未超標(biāo)，但初中樓樣品濁度最大，超過(guò)廁所水樣品濁度，宿舍樓濁度最小接近0NTU。通過(guò)對(duì)比宿舍樓濁度較其他而言最好。

3.5 陰離子檢測(cè)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)量單位體積內(nèi)飲用水中的陰離子含量。

實(shí)驗(yàn)原理：用離子色譜法測(cè)定。離子交換平衡。離子之間進(jìn)行可逆交換和分析物溶質(zhì)對(duì)交換劑親和力的差別而被分離。適用于親水性的陰、陽(yáng)離子的分離。然后用相關(guān)儀器進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氯離子和硫酸根均不能超過(guò)250mgL，硝酸根離子（以N計(jì)）不超過(guò)10mgL。氯離子、硝酸根和硫酸根離子均未超標(biāo)（因廁所為水源所以國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)為硝酸根離子不超過(guò)20mgL），但硝酸根除宿舍樓外，其他均超過(guò)廁所水中硝酸根含量。 綜上宿舍樓水質(zhì)較其他而言最好。

3.6 Ca+，Mg+離子

ICP-AES的基本原理和測(cè)量結(jié)果：

利用氬等離子體產(chǎn)生的高溫使用試樣完全分解形成激發(fā)態(tài)的原子和離子，由于激發(fā)態(tài)的原子和離子不穩(wěn)定，外層電子會(huì)從激發(fā)態(tài)向低的能級(jí)躍遷，因此發(fā)射出特征的譜線。通過(guò)光柵等分光后，利用檢測(cè)器檢測(cè)特定波長(zhǎng)的強(qiáng)度，光的強(qiáng)度與待測(cè)元素濃度成正比。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：因?yàn)?g水=1ml所以μgg=mgL，國(guó)家在《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB5749規(guī)定中，因?yàn)殁}鎂不是有毒物質(zhì)，所以沒(méi)有表單獨(dú)列出標(biāo)準(zhǔn)，只有鈣鎂的間接體現(xiàn)的總硬度，國(guó)標(biāo)規(guī)定飲用水總硬度不超過(guò)450mgL，所有樓層均符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.7 pH值（表3）

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z測(cè)清華附中飲用水的pH值，對(duì)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明飲用水的酸堿度會(huì)對(duì)我們產(chǎn)生哪些影響。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：同一時(shí)段采集的100ml水樣，分別來(lái)自清華附中的高中樓（A座）、初中樓（C座）、B座、實(shí)驗(yàn)樓、男生宿舍樓、廁所中的自來(lái)水以及做空白實(shí)驗(yàn)的去離子水。

實(shí)驗(yàn)原理：利用pH計(jì)測(cè)定7個(gè)水樣的pH值，當(dāng)pH計(jì)的讀數(shù)在18攝氏度的室溫下穩(wěn)定后進(jìn)行讀數(shù)。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)：1次

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

國(guó)標(biāo)PH值6.8～8.5，實(shí)驗(yàn)樓PH值7.14，宿舍樓PH值6.54，廁所PH值7.51，A座PH值7.25，B座PH值6.85，C座PH值6.71。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：國(guó)標(biāo)范圍是6.8~8.5。pH值最低的飲用水樣本出現(xiàn)在男生宿舍樓，為6.54，呈略酸性；pH值最高的飲用水樣本出現(xiàn)在高中樓（A座），為7.25，呈略堿性。但pH值均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3.8 余氯

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定清華附中飲用水中余氯（cl）的含量，對(duì)比國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)驗(yàn)對(duì)象：同一時(shí)段采集的100ml水樣，分別來(lái)自清華附中的高中樓（A座）、初中樓（C座）、B座、實(shí)驗(yàn)樓、男生宿舍樓、廁所中的自來(lái)水以及做空白實(shí)驗(yàn)的去離子水。

實(shí)驗(yàn)原理：通過(guò)余氯檢測(cè)儀，該儀器用于快速檢測(cè)余氯，儀器相當(dāng)于一臺(tái)小型的分光光度計(jì)，水樣經(jīng)與專(zhuān)門(mén)的試劑反應(yīng)后，通過(guò)分光光度方法計(jì)算出其余氯值。

實(shí)驗(yàn)次數(shù)：1次

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

實(shí)驗(yàn)樓余氯（cl）的含量0.1（mg/L），宿舍樓余氯（cl）的含量0.1（mg/L），廁所余氯（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），實(shí)驗(yàn)室中的去離子水0。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：飲用水處理過(guò)程中是可以存在余氯的，它可以保證在水處理的過(guò)程中，抑制處理水中微生物的生長(zhǎng)。而最終生產(chǎn)用水，則無(wú)余氯。而在上述測(cè)得的飲用水樣本中，除了B座的水樣余氯的含量為零以外，其余飲用水水樣的余氯含量都在0.1毫克每升左右。沒(méi)有達(dá)到嚴(yán)苛的“0”剩余。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)這幾項(xiàng)檢測(cè) 我們得出的總的結(jié)論是：清華附中飲水機(jī)的飲用水指標(biāo)均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。其中宿舍樓的水質(zhì)比其他樓層好，且每一項(xiàng)檢測(cè)的指標(biāo)（除余氯、PH值、鈣鎂離子外）其余數(shù)值均接近純水（水質(zhì)極好的水），而其他樓層的各個(gè)檢測(cè)指標(biāo)的數(shù)值差不多一樣，且都偏大，濁度幾乎接近自來(lái)水的濁度，其余的硫酸根、氯離子、鈣鎂離子雖未超出國(guó)標(biāo)但與宿舍樓相比量較高。在濁度檢測(cè)中，我們將廁所旁的水（高中樓一層）和離廁所稍微遠(yuǎn)一些（樓梯旁）做了比較發(fā)現(xiàn)，廁所旁的水濁度超過(guò)自來(lái)水的濁度。

5 同學(xué)們關(guān)心的問(wèn)題

根據(jù)這些數(shù)據(jù)，我們?cè)賮?lái)回答同學(xué)們所關(guān)心的一些問(wèn)題。

①學(xué)校飲水機(jī)中的水還是比較健康的。②廁所旁的水確實(shí)沒(méi)有離廁所較遠(yuǎn)的水好，原因有可能是該類(lèi)型的飲水機(jī)對(duì)于濁度處理本身存在缺陷（從各樓層濁度都接近自來(lái)水濁度看出），而廁所旁的人流較大，且頻繁使得進(jìn)入水中的顆粒物較多，導(dǎo)致濁度偏大，甚至超過(guò)自來(lái)水（濁度代表了水中懸浮物的多少）。③水中的重金屬離子對(duì)人體是有嚴(yán)重影響的，因此國(guó)標(biāo)把重金屬含量指標(biāo)定在每升幾微克左右。④學(xué)校A、B、C座及實(shí)驗(yàn)樓硬度較宿舍樓而言高，但鈣鎂離子不是重金屬，對(duì)人體沒(méi)有多大的害處，國(guó)家對(duì)于總硬度的標(biāo)準(zhǔn)定得很低，為＜450mg/L，因此學(xué)校水質(zhì)不存在硬度較高的原因。⑤清華附中的飲用水PH值在6.54—7.25左右浮動(dòng)，不排除飲用水管道內(nèi)壁的差異對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。但清華附中的飲用水PH值均沒(méi)有超過(guò)自來(lái)水呈堿性的PH值7.51?？偠灾?，在pH值方面是沒(méi)有問(wèn)題的。⑥有的同學(xué)發(fā)現(xiàn)飲水機(jī)水的味道不一樣，有的較難喝，其原因是：硬度：硬度過(guò)高，口感不好且有異味，個(gè)別飲用者還會(huì)有胃腸反映；硬度過(guò)低，水就沒(méi)有甘甜味。從鈣鎂離子含量中分析發(fā)現(xiàn)宿舍樓的水有可能沒(méi)有甘甜的味道。有溶解性總固體硫酸根、錳、余氯。⑥有的同學(xué)認(rèn)為飲水機(jī)中的水儲(chǔ)存時(shí)間太長(zhǎng)。通過(guò)瀏覽飲水機(jī)提供公司的官方網(wǎng)站，我們找到了其原理圖，從圖中我們發(fā)現(xiàn)飲水機(jī)中并沒(méi)有儲(chǔ)存的設(shè)備，水是直接從水龍頭流出經(jīng)過(guò)過(guò)濾器再加熱獲得的，因此不用擔(dān)心水儲(chǔ)存時(shí)間會(huì)很長(zhǎng)。⑦大多數(shù)同學(xué)的猜測(cè)是正確的，宿舍樓的水的確較其他樓層水質(zhì)較好。原因有可能是飲水機(jī)型號(hào)不同，也有可能因?yàn)樗奚針侨松伲褂么螖?shù)少，人員走動(dòng)少（帶起的灰塵少）使得水質(zhì)比其他樓層好。

6 意見(jiàn)建議

①建議同學(xué)多到宿舍樓取水。宿舍樓的飲用水品質(zhì)更優(yōu)良，而且口感也較好。②建議學(xué)校把三個(gè)月清洗一次改為兩個(gè)月一次。原因：實(shí)驗(yàn)時(shí)間為1月22日而清洗時(shí)間大約為2月出頭（總務(wù)處了解）且從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有些數(shù)據(jù)超過(guò)廁所（原水）的數(shù)據(jù)。③宿舍樓飲水機(jī)中飲用水的水質(zhì)含有非常低的溶解性離子，其余地方電導(dǎo)率較高，溶液中電解質(zhì)濃度高，甚至接近自來(lái)水，說(shuō)明宿舍樓的水經(jīng)過(guò)了除離子工藝，其他采樣點(diǎn)水沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理。建議等到下次飲水機(jī)更換時(shí)，采用宿舍樓的那種型號(hào)的飲水機(jī)。

［1］《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GBT5750-2006.

［2］王瓊杰，奚圣美，程琳，楊艷.《飲用水檢測(cè)方法簡(jiǎn)介》.《中國(guó)建筑金屬結(jié)構(gòu)》，2011（9）54-57.

［3］陳昕.《新舊版《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法中微生物指標(biāo)及檢測(cè)方法比較》.《環(huán)境與職業(yè)醫(yī)學(xué)》，2008年6月297-299.