天津市農(nóng)村集中供水地下水源水質(zhì)條件及水處理技術(shù)調(diào)查

張艷芬　萬瑤

摘 要： 農(nóng)村飲水問題歷來是民生大事，調(diào)查天津市農(nóng)村集中供水水質(zhì)及水處理狀況，對保障農(nóng)村飲水安全，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，加快社會主義新農(nóng)村建設(shè)非常必要。通過調(diào)查天津市農(nóng)村集中供水水質(zhì)條件和水處理技術(shù)，本文提出了適宜天津市農(nóng)村集中供水不同水質(zhì)條件的水處理技術(shù)。結(jié)果顯示：受天津市特殊地理位置以及水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)影響，農(nóng)村集中供水地下水源存在4種水質(zhì)，包括F-超標、苦咸水、色度超標和一般無特殊水質(zhì)，分別采取反滲透處理技術(shù)、一體化凈水處理技術(shù)以及常規(guī)消毒處理技術(shù)。依據(jù)水質(zhì)處理效果得出：天津市農(nóng)村集中供水地下水源高氟、苦咸水宜采用反滲透處理技術(shù)；高色度水宜采用一體化凈水技術(shù)；一般無特殊水質(zhì)宜采用常規(guī)二氧化氯消毒處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：天津市農(nóng)村集中供水；地下水源；水質(zhì)條件；水處理技術(shù)；調(diào)查分析

中圖分類號：R123.9 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.023

Investigation on Groundwater Quality Conditions and Water Treatment Technology in the Rural Centralized Water Supply Area of Tianjin City

ZHANG Yan-fen， WAN Yao

（Tianjin Hydraulic Research Institute， Tianjin 300061， China）

Abstract：The problem of rural drinking water has always been the particularly important events of the people. To protect the safety of drinking water in rural areas， to improve the quality of life of farmers and to accelerate the construction of new socialist countryside， the investigation focused on the quality of drinking water and treatment technology in rural areas of Tianjin is very necessary. By investigating the water quality and water treatment technology of rural centralized water supply in Tianjin City， this paper presented the appropriate groundwater treatment technology for different water quality conditions in the rural centralized water supply of Tianjin City. The results showed that in the influence of the special geographical position of Tianjin and the hydrogeological structure， there were four kinds of water quality in the rural centralized groundwater supply of Tianjin City， including excessive fluoride， brackish water， excessive chroma and general water quality， they were respectively taken measures of reverse osmosis technology， integrated water treatment technology and conventional disinfection technology. Basing on the effect of water treatment， it is showed that excessive fluoride and brackish water is appropriate to reverse osmosis treatment technology. Excessive chroma groundwater is suitable for integrated water treatment technology. General groundwater is fit of conventional chlorine dioxide disinfection technology.

Key words： Tianjin City centralized water supply in rural areas；underground water source；water quality conditions；water treatment technology；investigation and analysis

農(nóng)村飲水問題歷來是民生大事，美國等發(fā)達國家早在20世紀80年代就開始農(nóng)村安全供水的各項關(guān)鍵技術(shù)研究。我國的農(nóng)村飲水安全工作相對比較落后，2006年以前，基本屬于飲水解困階段，2006年以后，開始全面轉(zhuǎn)向以保障飲水安全為中心的新的歷史階段?！笆晃濉逼陂g，天津市水務(wù)局把農(nóng)村飲水安全工程作為重點建設(shè)項目實施，全市累計完成飲水安全工程投資7.33億元，受益人口145.41萬人，天津市提前一年全部完成了國家下達的“十一五”規(guī)劃建設(shè)任務(wù)。隨著任務(wù)的完成，目前已基本解決了農(nóng)村飲水水源保證率問題，從根本上改變了農(nóng)村的供水狀況，提高了農(nóng)村居民生活質(zhì)量，加快了社會主義新農(nóng)村建設(shè)。

然而，受天津市特殊地理位置以及所轄區(qū)域的水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點的影響[1]，農(nóng)村飲水水質(zhì)尚存在不安全情況[2-4]，筆者在調(diào)查天津市農(nóng)村集中供水地下水源水質(zhì)條件及水處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了天津市農(nóng)村集中供水適宜的水處理技術(shù)，為保障天津市農(nóng)村供水安全，構(gòu)建社會主義和諧社會提供科學(xué)依據(jù)。

1 天津市農(nóng)村集中供水概況

1.1 農(nóng)村集中供水概述

農(nóng)村集中式供水是指以村、鎮(zhèn)為單位，從水源集中取水、水質(zhì)凈化處理后并通過輸配水管網(wǎng)送到用戶或者集中供水點的供水系統(tǒng)，包括自建設(shè)施供水[5]。本研究調(diào)查的集中式供水工程為集中供水人口≥200人，且有輸配水管網(wǎng)的供水工程。

集中式供水工程類型有多種，包括單村集中供水工程和聯(lián)村集中供水工程。單村工程指單個村的集中供水工程；聯(lián)村工程指跨鄉(xiāng)鎮(zhèn)、跨行政村的集中供水工程。

集中式供水工程供水方式有2種，包括供水到戶和集中供水點供水。供水到戶指輸配水管網(wǎng)通到村鎮(zhèn)居民的供水方式，集中供水點指輸配水管道終端集中在公共取水點的供水方式。集中式供水工程按供水規(guī)?？煞譃?種類型，見表1。

1.2 農(nóng)村集中供水水源

依據(jù)水利普查成果以及結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)查，天津市農(nóng)村集中供水水源有2種類型，包括地下水和地表水，其中：地表水為引灤入津水，地下水為深層地下水。

天津市20 m3·d-1（200人）及以上農(nóng)村集中供水工程共2 578處，其中：地表水源的供水工程有62處，2011年地表水實際供水人口97.20萬人，地表水實際供水量4 983.22萬m3；地下水源的供水工程有2 516處，2011年地下水實際供水人口350.55萬人，地下水實際供水量13 738.44萬m3，詳見表2。因此，天津市農(nóng)村集中供水水源以深層地下水為主。

2 天津市農(nóng)村集中供水地下水源水質(zhì)條件

經(jīng)實際調(diào)研，天津市農(nóng)村集中供水地下水源有4種條件水質(zhì)（表3），包括F-超標、苦咸水、特殊水質(zhì)（色度超標）和一般無特殊水質(zhì)。其中：①F-超標：除津南區(qū)、西青區(qū)2個區(qū)縣外，薊縣、寧河縣、武清區(qū)、寶坻區(qū)、東麗區(qū)、北辰區(qū)、濱海新區(qū)、靜?？h共8個區(qū)縣的部分區(qū)域農(nóng)村集中供水水源均存在氟含量超標情況；②苦咸水：濱海新區(qū)、靜?？h2個區(qū)縣農(nóng)村集中供水水源均存在苦咸水情況；③特殊水質(zhì)（色度超標）：在武清區(qū)大堿廠、崔黃口、曹子里、下伍旗地區(qū)存在色度超標，水質(zhì)發(fā)黃情況；④一般無特殊水質(zhì)：指經(jīng)水質(zhì)化驗，各項衛(wèi)生指標均滿足生活飲用水衛(wèi)生標準要求[6]，津南區(qū)、西青區(qū)以及各區(qū)縣部分區(qū)域均有符合一般無特殊水質(zhì)的飲用水。

3 天津市農(nóng)村集中供水水處理技術(shù)

經(jīng)實地調(diào)研，天津市農(nóng)村集中供水工程地下水源水處理模式主要有3種，包括在F-超標、苦咸水或者2項指標同時超標地區(qū)，采用反滲透處理技術(shù)；對一般無特殊水質(zhì)主要采用常規(guī)消毒處理模式；對特殊水質(zhì)（色度超標）采用一體化凈水處理技術(shù)。

不同水處理技術(shù)條件下水質(zhì)化驗效果表明（表4）：①高氟、苦咸水經(jīng)過反滲透技術(shù)處理后水質(zhì)脫鹽率高，離子去除率達85%以上，水質(zhì)能夠符合生活飲用水衛(wèi)生標準要求；②特殊水質(zhì)（色度超標）經(jīng)過一體化凈水技術(shù)，色度去除率達50%以上，水質(zhì)能夠符合生活飲用水衛(wèi)生標準要求；③一般無特殊水質(zhì)采用常規(guī)消毒處理技術(shù)，水質(zhì)可以符合生活飲用水衛(wèi)生標準要求。

3.1 反滲透技術(shù)在去除地下水源中高F-和苦咸水的應(yīng)用

3.1.1 工程概況 該集中除氟降鹽工程選在天津市靜?？h中旺鎮(zhèn)，當?shù)厣顚拥叵滤疄榭嘞趟?，總固溶物（TDS）為1 400～1 600 mg·L-1的，氟化物含量為3.0 mg·L-1。工程安裝了以色列泰禾公司的苦咸水淡化除氟設(shè)備，設(shè)備的產(chǎn)水能力為3 t·h -1，得水率為83%。

3.1.2 反滲透技術(shù)原理及優(yōu)點 反滲透技術(shù)原理：在濃溶液一邊加上比自然滲透更高的壓力，扭轉(zhuǎn)自然滲透方向，把溶液中的離子壓到半透膜的另一邊，這與自然界的正常滲透過程相反，故稱之為“反滲透”，這種裝置稱為反滲透裝置[7-14]。

反滲透法對總硬度、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、氟化物的去除率較高，出水水質(zhì)優(yōu)于國家生活飲用水衛(wèi)生標準。與其他水處理方法相比，具有無相態(tài)變化、常溫操作、設(shè)備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應(yīng)范圍廣、自動化程度高和出水質(zhì)量好等優(yōu)點。

3.1.3 反滲透技術(shù)工藝流程 高氟地下水源經(jīng)深井泵提升后輸送至制水車間進行處理，制水車間是該工藝的核心部分，它包括凈水預(yù)處理設(shè)備、反滲透RO主機、臭氧消毒系統(tǒng)、成品儲水罐、自動罐裝系統(tǒng)。凈水預(yù)處理工藝部分包括原儲水罐、原水提升泵、機械過濾器及活性碳過濾器；反滲透RO主機部分包括保安過濾器、增壓水泵、RO膜堆、成品水罐、膜堆清洗輔助系統(tǒng)等；自動罐裝部分包括洗桶、上桶、罐裝、封蓋、噴碼、燈檢、輸送等全部自動過程。

具體流程如圖1所示。原水首先進入儲水罐，經(jīng)提升泵打入機械過濾器及活性碳過濾器完成預(yù)處理工序；而后再經(jīng)串聯(lián)的增壓泵將水打入納濾（RO）主機，處理后的凈水進入成品水罐，待消毒后進行自動罐裝，消毒劑為臭氧，不能回收的濃水排入下水道。收回的空桶首先經(jīng)過啟蓋、外洗或粗洗，再經(jīng)內(nèi)洗進行初沖洗、消毒、再沖洗等多道程序的處理，潔凈的空桶便可以開始罐裝、封蓋、噴碼、燈檢、輸送等完成全部自動過程。

3.1.4 水處理效果分析 依據(jù)反滲透技術(shù)處理前后的水質(zhì)化驗結(jié)果可知，總固溶物降低到1 000 mg·L-1以下，氟化物含量小于1 mg·L-1。TDS和氟化物的脫除率都在95%以上，甚至達到98%。該技術(shù)解決了源水中高氟、苦咸水的問題，TDS和氟化物含量均已達到并優(yōu)于國家最新頒布的生活飲用水衛(wèi)生標準，處理后的水質(zhì)可作為理想的生活飲用水源。具體各項指標見表4。

綜上，從水質(zhì)處理效果分析，反滲透處理技術(shù)可作為去除天津市農(nóng)村集中供水地下水源中高氟、苦咸水的有效方法。

3.2 一體化凈水技術(shù)在去除地下水源中高色度的應(yīng)用

3.2.1 工程概況 該工程選擇武清區(qū)大堿廠鎮(zhèn)農(nóng)村集中供水工程，當?shù)厣顚拥叵滤疄辄S水，色度嚴重超標，含量為40。該工程新建600 m3清水池1座，采用一體化凈水設(shè)備，安裝處理能力100 t·h-1凈水設(shè)備1套、恒壓變頻設(shè)備1套，日供水能力2 400 t，鋪設(shè)管網(wǎng)188.616 km。該工程供水范圍包括：黃官屯等15個村3 130戶，10 235人，用水量標準取100 L·人-1·d-1進行供水。

3.2.2 工藝流程 一體化凈水構(gòu)筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)：絮凝池、沉淀池、過濾池、消毒設(shè)施。工藝流程如圖2所示：源水由提升泵進入絮凝池發(fā)生高濃度絮凝反應(yīng)，絮凝劑采用聚合氯化鋁Al2Cl3，源水中懸浮雜質(zhì)、膠體顆粒、部分微生物、細菌在絮凝劑的作用下失穩(wěn)，產(chǎn)生大塊的絮凝體，絮凝體進入沉淀區(qū)后流速減緩，泥水分離，經(jīng)沉淀池后大部分懸浮物質(zhì)和膠體顆粒已經(jīng)去除。之后過濾池對懸浮物質(zhì)和膠體顆?；厩宄詈蠼?jīng)二氧化氯消毒進入清水池。

3.2.3 水處理效果分析 通過一體化凈水處理前后的水質(zhì)化驗結(jié)果可知，色度去除率達到55%，該一體化凈水設(shè)備解決了原水中色度嚴重超標問題，處理后的水質(zhì)可作為生活飲用水源。具體各項指標見表5。

綜上，從水質(zhì)處理效果分析，一體化凈水技術(shù)可以作為去除天津市農(nóng)村集中供水地下水源中色度超標的處理技術(shù)。

3.3 常規(guī)消毒技術(shù)在一般無特殊水質(zhì)中的應(yīng)用

地下水水源為無特殊水質(zhì)時，按照農(nóng)村生活飲用水要求進行常規(guī)消毒處理。一般通過二氧化氯發(fā)生器進行二氧化氯消毒，該項技術(shù)殺菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持續(xù)時間長，可以保持剩余消毒劑量。

通過對全市符合一般無特殊水質(zhì)要求的多個集中供水廠進行調(diào)研，依據(jù)消毒處理前后的水質(zhì)分析報告可知，水質(zhì)均可以滿足國家最新頒布的生活飲用水衛(wèi)生標準。設(shè)備見圖3。

4 結(jié) 論

通過調(diào)研天津市農(nóng)村集中供水工程地下水水源、不同水質(zhì)條件以及水處理技術(shù)，依據(jù)水質(zhì)處理后效果，提出天津市農(nóng)村集中供水地下水源不同水質(zhì)條件適宜的水處理工程技術(shù)，結(jié)論如下。

（1）天津市農(nóng)村集中供水水源以深層地下水源為主。

（2）受特殊地質(zhì)狀況以及水文環(huán)境等的影響，天津市農(nóng)村集中供水地下水源有4種水質(zhì)，包括F-超標、苦咸水、特殊水質(zhì)（色度超標）和一般無特殊水質(zhì)。

（3）農(nóng)村集中供水地下水源水質(zhì)水處理效果表明：反滲透處理技術(shù)可以作為天津市農(nóng)村集中供水地下水源高氟、苦咸的處理技術(shù)；一體化凈水技術(shù)可以作為天津市農(nóng)村集中供水地下水源降低色度的處理技術(shù)；一般無特殊水質(zhì)宜采用常規(guī)二氧化氯消毒處理技術(shù)。

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