目前，从中央到地方都越来越重视居民饮用水安全问题，饮用水安全已经上升到国家战略高度。国务院颁布的《水污染防治行动计划》明确指出，要保障饮用水水源安全，从水源到水龙头全过程监管饮用水安全。我国饮用水水质不断提高，但仍不能确保龙头水水质达到直接生饮水平。老旧小区用户家中管道以镀锌管为主，腐蚀严重，水质问题投诉较多；二次供水小区由于入住率降低，水停留时间长，易发生水质恶化。让市民喝上优质水和放心水是供水企业的使命。由于条件限制，大部分供水企业无法管控供水管网最后一公里（或小区内最后一百米），尤其是二次供水小区水箱的维护一般由物业代管。因此，宜将水质安全保障的防线前移至小区入口。

供水管网消毒方案的研究主要是基于管网水质模型，以末梢节点水质达标为前提，优化消毒点位置和消毒剂投加量。管网水质模型的末梢节点一般为小区入口，我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）虽然规定了末梢龙头水最低余氯浓度限值，但是未规定小区入口余氯浓度限值。目前，也尚未有关于小区入口最低余氯浓度值的研究。

因此，本文在常州市进行小内区余氯降解规律研究，分析不同季节和用水时段小区入口至末端用户的余氯衰减情况，提出小区入口应满足的最低余氯浓度限值，为供水企业水质安全保障防线前移和消毒方案的优化提供科学依据。

1.1 研究背景

研究区位于常州市中心，总人口约100万人，共有直供小区39个，二次供水小区137个。二次供水模式分为水箱供水、无负压供水、水箱-无负压双模式供水。其中，采用水箱供水的小区占二次供水小区34.78%，二次供水水箱的平均水力停留时间为11.61 h。在采用水箱供水的二次供水小区中，根据小区规模（户数）、入住率、小区年限等条件，选择13个代表性的小区进行试验，基本情况如表1所示。

表1 小区基本情况

注：入住率=（小区户表总数-零水量户表数）/小区户表总数。水箱水力停留时间=水箱体积/二次供水用水量，由于二次供水用水量未单独计量，以小区总用水量代替。试验小区二次供水方式为分区供水，增压一区为7～13层，增压二区为14～20层，由于位于小区管线末端的高层住宅楼层数不同，采样时所选取的增压管道分为增一和增二两种。管长为水箱出水口至小区末端用户表前距离。

1.2 研究方法

小区入口最低余氯浓度计算见式（1）：

式中 CI——小区入口余氯浓度，mg/L；

ΔC——小区内余氯衰减量，包括水箱和小区管线余氯衰减量，mg/L；

CR——龙头水最低余氯浓度限值，取值0.05 mg/L。

如图1所示，设置采样点5个，分别为水箱进水口a（小区入口）、水箱出水口b、中途点c、中途点d、小区末端用户表前e。2019年9月和12月各采样1次。根据小区用水量变化情况，设置4个采样时段，分别为夜间2:00至3:30（时段1）、早上7:00至8:30（时段2）、中午12:00至13:30（时段3）、晚上20:30至22:00（时段4），每个采样时段以半小时为间隔采样，共采样4次，水箱出水流至小区末端用户龙头的时间平均为30 min。选择增压一区（7～13层）管道，中途点c、中途点d采样前先放水3 min，末端采样点e采样前放水1 min；选择增压二区（14～20层）管道，中途点c、中途点d采样前先放水4 min，末端采样点e采样前放水1 min。

图1 小区内余氯衰减示意

采集水箱水置于带盖烧杯中，检测48 h内主体水的余氯衰减，计算公式见式（2）：

式中 Ct——t时刻余氯浓度，mg/L；

C0——初始余氯浓度，mg/L；

t——时间，h；

k——主体水余氯衰减系数，h-1。

由于二次供水水箱进出水流量未检测，仅考虑静态水箱的最大衰减情况，即最大水力停留时间的主体水余氯衰减量。

常州水厂采用次氯酸钠作为消毒剂，因此，根据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）以游离氯作为消毒剂评价指标。余氯检测仪器为美国HACH Pocketcolorimeter Ⅱ型便携式余氯仪，检测指标为游离氯，检测精度为0.01 mg/L。

2.1 小区内余氯衰减

采样结果显示，13个试验小区龙头水余氯浓度均大于0.05 mg/L，满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）要求。如图2所示，小区7龙头水余氯浓度平均值为0.28 mg/L，小区1、小区10、小区11龙头水余氯浓度平均值在0.30～0.40 mg/L，其余小区龙头水余氯浓度平均值在0.40～0.60 mg/L。小区1、小区7、小区11龙头水余氯浓度最小值在0.10～0.20 mg/L，其余小区龙头水余氯浓度最小值均在0.20 mg/L以上。可以看出，试验小区龙头水余氯浓度普遍偏高。有研究表明，余氯影响饮用水口感，当余氯低于0.70 mg/L可以基本解决口感问题。另外，消毒副产物的产生与消毒过程中加入的氯量有关，加氯量越高，消毒副产物越多。从提升饮用水口感和降低消毒副产物两方面考虑，应在水质达标的前提下尽量降低饮用水中余氯浓度。小区入口最低余氯浓度可由式（1）计算得出，水司可将此值作为管网余氯管控的依据。

图2 试验小区龙头水余氯浓度分布

如图3所示，小区4、小区7、小区12余氯衰减量平均值在0.30～0.40 mg/L范围，小区5、小区6、小区11余氯衰减量平均值在0.20～0.30 mg/L范围，其他小区余氯衰减量平均值在0.10～0.20 mg/L范围。小区4、小区6、小区7、小区11、小区12余氯衰减量最大值大于0.40 mg/L，其中小区7余氯衰减量最大值0.61 mg/L。在供水管网消毒方案优化中，小区入口余氯浓度值相同使计算过程更简单，从图3可以看出，各小区余氯衰减量不同，由式（1）计算出各小区入口余氯浓度值也不同，因此，确定小区入口余氯浓度值的关键是确定统一的小区余氯衰减量参考值。

图3 试验小区内余氯衰减情况

小区余氯衰减量为水箱和管线余氯衰减量之和，图3中小区4、小区6、小区7、小区12余氯衰减量（0.32 mg/L、0.28 mg/L、0.35 mg/L、0.38 mg/L）较大，从图4可以看出，小区4、小区6、小区12余氯衰减量大的原因为水箱内余氯衰减量（0.25 mg/L、0.20 mg/L、0.27 mg/L）较大，小区7余氯衰减量大的原因为水箱内余氯衰减量（0.14 mg/L）和管线余氯衰减量（0.21 mg/L）均较大。

图4 水箱和管线余氯衰减情况

水箱内余氯衰减量主要取决于水力停留时间。《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）规定：生活用低位贮水池有效容积应按进水量与用水量变化曲线经计算确定，当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%～25%确定。按照规范估算，水箱水力停留时间宜为4.80～6.00 h。如图4所示，小区4、小区6、小区12水箱内余氯衰减量大于1.50 mg/L，主要原因为这3个小区水力停留时间较大，如冬季水力停留时间分别为17.73 h、12.92 h、16.63 h。

水箱水力停留时间=水箱体积/小区用水量，小区用水量与户数、入住率和户均用水量有关。小区4的水箱体积和户数与小区5相近，小区4水力停留时间长主要原因为入住率较低、户均用水量较小。小区12的水箱体积和入住率与小区5相近，户数是小区5的1.65倍，小区12水力停留时间长主要原因为户均用水量较小。小区6的水箱体积是小区5的2.43倍，户数和入住率与小区5相近，小区6水力停留时间长主要原因为水箱体积较大、户均用水量较小。

在小区供水管网管理中，相比于管线维护，水箱的管理更方便，通过合理调控水箱水位可降低水力停留时间，从而将水箱内余氯衰减量控制在0.10 mg/L以内。因此，确定小区余氯衰减量的关键是确定统一的管线余氯衰减量参考值。

2.2 季节变化

从图5可以看出，除小区3外，其他小区9月管线余氯衰减量均大于12月，说明温度升高管线余氯衰减量增加。12月，小区3、小区6、小区7、小区12管线余氯衰减量高于平均值34.76%、33.62%、74.39%、58.54%；9月，这4个小区管线余氯衰减量相对于平均值-62.56%、-39.99%、+147.23%、-4.47%；仅小区7管线余氯衰减量均高于平均值，说明温度升高不同小区管线余氯衰减量的增长率不同。

图5 冬夏管线余氯衰减情况

管线余氯衰减量参考值的设定应最大程度保障龙头水水质。根据各小区的实际管线余氯衰减量，分析设定不同管线余氯衰减量参考值的条件下，各小区龙头水余氯浓度是否为零，即当小区实际管线余氯衰减量大于设定值时，认为龙头水余氯浓度为零，当小区实际管线余氯衰减量小于设定值时，认为龙头水余氯浓度不为零。如图6所示，横坐标为管线余氯衰减量的设定值，纵坐标为在该设定值下各小区龙头水余氯浓度不为零的比例（合格率）。

图6 不同管线余氯衰减量设定值下龙头水水质

12月（冬季），当余氯设定值为0.15 mg/L时，10个小区龙头水合格率为100%，小区3、小区6、小区7的龙头水合格率均为93.75%；当余氯设定值为0.20 mg/L时，12个小区龙头水合格率为100%，小区3的龙头水合格率为93.75%；当余氯设定值为0.25 mg/L时，13个小区龙头水合格率为100%。

9月（夏季），当余氯设定值为0.30 mg/L时，10个小区龙头水合格率为100%，小区1、小区7、小区11的龙头水合格率为93.75%、43.75%、87.50%；当余氯设定值为0.40 mg/L时，12个小区龙头水合格率为100%，小区7的龙头水合格率为87.50%；当余氯设定值为0.50 mg/L时，13个小区龙头水合格率为100%。

综合考虑末端水质保证率、消毒副产物的产生和提升饮用水口感等，管线余氯衰减量的设定值冬季宜为0.20 mg/L，夏季宜为0.30 mg/L，可采取管道冲洗等手段改善管道内水力条件，从而降低小区1、小区3、小区11的管线余氯衰减量，或是安装自动补氯装置提高小区7管线中余氯浓度。根据式（1）计算，直供小区入口余氯浓度冬季宜为0.25 mg/L，夏季宜为0.35 mg/L；采用水箱供水的二次供水小区入口余氯浓度冬季宜为0.35 mg/L，夏季宜为0.45 mg/L，若安装水箱自动补氯装置，可降低小区入口余氯浓度，水箱出水余氯浓度冬季宜设定为0.25 mg/L，夏季宜设定为0.35 mg/L。

2.3 时段变化

研究表明，管线余氯衰减量与用户用水量、入住率和用水习惯等因素有关。如图7所示，小区5和小区7在各时段余氯衰减量均较大，小区9和小区13在各时段余氯衰减量均较小，与图4相符，管线余氯衰减量较大（或小）的小区在各时段均较大（或小）。

图7 分时段管线余氯衰减情况

图7中各小区管线余氯衰减量最大值出现在不同时段（时段1至时段3），各时段小区个数分别为5个、6个、2个、0个，时段1和2出现次数较多。时段1为夜间2:00至3:30，小区用水量小，管线内水体水力停留时间较长，管线余氯衰减量较大。时段2为早上7:00至8:30，用水量增加，但受夜间滞留水的影响，管线余氯衰减量仍较大，而不同的用户用水习惯也会影响管线余氯衰减量。因此，考虑夜间停留时间的增加，应注意夜间补氯。由于4个时段的管线余氯衰减量平均值变化较小（±0.01 mg/L），本研究暂不考虑管线余氯衰减量的时段变化。

常州要确保龙头水水质稳定达标，应严格控制小区入口余氯浓度。为此，需要以保障小区入口余氯浓度为前提调整消毒方案，提高管网精细化管理水平，实现精细消毒和精准加氯。

常州应控制直供和无负压供水的二次供水小区入口余氯浓度冬季不低于0.25 mg/L，夏季不低于0.35 mg/L；采用水箱供水的二次供水小区入口余氯浓度冬季不低于0.35 mg/L，夏季不低于0.45 mg/L。对于小区入口余氯浓度不能达到推荐值的小区，可采取调控水箱水力停留时间、安装自动补氯装置、冲洗管道等手段保障末端用户龙头水水质。

常州在二次供水统建统管的基础上，对二次供水小区的水质和安防统一监管，已在多个采用水箱供水的二次供水小区安装自动补氯装置，控制水箱出水余氯浓度冬季不低于0.25 mg/L，夏季不低于0.35 mg/L。

2019年常州直供小区入口平均余氯浓度0.35 mg/L，二次供水小区增压设施（无负压供水设备和水箱）出水平均余氯浓度0.41 mg/L，考虑提升饮用水口感和降低消毒副产物，常州正在开展降低局部区域余氯浓度的措施，进一步降低管网余氯水平，提高管网余氯分布均匀性。另外，常州仍在开展小区内余氯采样分析，从而进一步优化消毒方案，保障管网龙头水水质稳定达标。