微山湖氟化物污染現(xiàn)狀及飲水安全對(duì)策

張小明 周 倩

微山湖位于徐州和山東交界處，是中國(guó)北方最大的淡水湖，水域面積達(dá)1266km2,狹義的微山湖是指1960年在微山湖建成了攔湖大壩的下級(jí)湖。下級(jí)湖興利水位32.50m，湖區(qū)面積585km2，庫(kù)容7.78億m3。集水區(qū)域分為湖西區(qū)和湖東區(qū)，湖西區(qū)集水面積1679km2，西北及東北以大沙河為界，西南以廢黃河高灘為界，行政管轄屬江蘇省豐縣、沛縣及銅山區(qū)，區(qū)內(nèi)屬黃河沖積扇平原坡水區(qū)；湖東區(qū)集水面積1830km2，位于魯西南尼山東麓，行政管轄屬山東省棗莊市及微山縣，區(qū)內(nèi)約四分之三的面積為山丘區(qū)。京杭大運(yùn)河縱觀全湖南北，既是南水北調(diào)的重要運(yùn)輸線，也是蘇北地區(qū)和魯西南地區(qū)重要的飲用水源地。

氟是人體必需的微量元素之一，飲水適宜的氟化物濃度為0.5～1.0mg/L。長(zhǎng)期飲用高氟水易使人體氟中毒，氟中毒是一種全身性疾病，主要表現(xiàn)在牙齒和骨骼上，氟對(duì)牙齒的損害表現(xiàn)為氟斑牙。氟對(duì)骨胳的損害主要是氟骨病，一般多發(fā)于成年人，主要表現(xiàn)為腰腿及全省麻木、疼痛、股關(guān)節(jié)變形出現(xiàn)彎腰駝背。氟中毒還表現(xiàn)為對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟、內(nèi)分泌、肌肉等損害。氟中毒不僅給病人帶來(lái)精神上和肉體上的痛苦，而且給病人家庭和社會(huì)帶來(lái)沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

近年來(lái)，隨著水行政主管部門對(duì)地下水超采區(qū)的管理日趨嚴(yán)格，微山湖周邊區(qū)域城區(qū)供水水源亦逐漸由地下水供水轉(zhuǎn)向地表水供水轉(zhuǎn)換。氟化物作為供水水質(zhì)的毒理學(xué)指標(biāo)，已成為本地區(qū)的主要污染指標(biāo)，嚴(yán)重影響供水安全。因此，了解和掌握微山湖水體中氟化物污染現(xiàn)狀，有針對(duì)性地提出相應(yīng)的飲用水除氟工藝和治理措施，對(duì)落實(shí)“保證供水安全，維護(hù)生命健康”具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

一、材料與方法

1.采樣點(diǎn)布設(shè)

依據(jù)微山湖湖區(qū)特征，布設(shè)采樣點(diǎn)4個(gè)（S1～S4，其中 S1、S3、S4為現(xiàn)有水源地取水口），具體采樣點(diǎn)見(jiàn)圖1。以每個(gè)采樣點(diǎn)氟化物含量的平均值作為此采樣點(diǎn)的氟化物含量。

圖1 微山湖氟化物監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

2.樣品的采集與分析

每個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣12次（2015年8月～2016年7月，每月1次）。水樣的采集和保存根據(jù)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》（GB/T5750-2006）規(guī)定進(jìn)行。

二、結(jié)果與分析

1.微山湖氟化物污染現(xiàn)狀

微山湖湖區(qū)水體中的氟化物含量為0.75～1.24mg/L，平均值 0.96 mg/L（見(jiàn)表1），已接近地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值。水體中的氟化物平均含量順序?yàn)镾1（1.15 mg/L）＞S2（0.97 mg/L）＞S4（0.93mg/L）＞S3（0.81mg/L），水體中氟化物含量總體呈北高南低的地帶性分布，這可能與南水北調(diào)補(bǔ)水有關(guān)。

從監(jiān)測(cè)期水體中氟化物變化趨勢(shì)和超標(biāo)頻率來(lái)看（見(jiàn)圖2），S1監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體中氟化物含量無(wú)明顯變化趨勢(shì)，整個(gè)監(jiān)測(cè)期氟化物含量超標(biāo)率為100%，取水安全隱患較大；S2和S4監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體中的氟化物含量較為穩(wěn)定，2016年5～7月含量突然上升，這可能與汛期排水有關(guān)，其中S4整個(gè)監(jiān)測(cè)期氟化物超標(biāo)率為8.3%，汛期取水存在一定的安全隱患；S3監(jiān)測(cè)點(diǎn)氟化物含量在0.75～0.93mg/L，氟化物含量逐漸降低，整個(gè)監(jiān)測(cè)期氟化物均未超標(biāo)，取水較為安全。上述取水口取水風(fēng)險(xiǎn)S1＞S4＞S3。

圖2 微山湖氟化物變化趨勢(shì)圖

2.解決飲水不安全問(wèn)題的措施

綜上可以看出，S1取水口氟化物長(zhǎng)期超標(biāo)，而常規(guī)凈水工藝及深度處理工藝（臭氧+活性炭）對(duì)氟化物的除去幾乎無(wú)影響。為消除供水中氟化物不達(dá)標(biāo)對(duì)人體健康的威脅，可考慮從以下幾個(gè)方面解決飲水安全問(wèn)題。

表1 微山湖湖區(qū)中氟化物含量表

（1）物理、化學(xué)方法降氟

降氟改水常見(jiàn)措施主要有改換低氟水源或采用物理、化學(xué)方法降低氟化物含量。而目前被各國(guó)廣泛采用的物理、化學(xué)方法降氟工藝主要有以下幾種：1）活性氧化鋁吸附過(guò)濾，2）骨炭吸附過(guò)濾，3）鋁鹽混凝沉淀，4）電絮凝，5）電滲析6）膜分離?；钚匝趸X吸附過(guò)濾和骨炭吸附過(guò)濾是目前水廠廣泛應(yīng)用降氟方法，適用于氟化物含量低于2mg/L，需建造專用除氟過(guò)濾設(shè)備，降氟處理過(guò)程包含吸附—解吸—活化再生循環(huán)，制水成本約0.6元/t；鋁鹽混凝沉淀工藝簡(jiǎn)單，不需要設(shè)備投資，適用于氟化物含量低于5mg/L，但該方法在降氟的同時(shí)會(huì)造成Cl-、SO42-等離子超標(biāo)；電絮凝除氟是采用鋁板作為電極，通電后鋁板電解得到鋁離子，水解成鋁礬花，吸附氟離子，從而達(dá)到除氟的目的，但該方法主要應(yīng)用于廢水處理；電滲析法是制備純水的常用方法，在直流電場(chǎng)作用下，氟離子通過(guò)離子交換膜得到分離，該法制水成本約0.95元/t，且所需制水設(shè)備投資成本高；膜分離法近年來(lái)受到世界各國(guó)水處理工作者的普遍關(guān)注，目前在降氟處理中主要應(yīng)用的是反滲透膜和納濾膜，但該法受制膜工藝的影響還沒(méi)應(yīng)用于大規(guī)模的除氟過(guò)程。因此，實(shí)際降氟方法應(yīng)依據(jù)水源水質(zhì)和供水規(guī)模進(jìn)行方案比選。

（2）多元化供水

微山湖周邊城市傳統(tǒng)的供水水源大多為地下水，S1取水口所在城區(qū)長(zhǎng)期飲用的深層地下水水質(zhì)優(yōu)良，氟化物含量在0.63～0.85 mg/L。利用這一特點(diǎn)，可采用地表水和地下水進(jìn)行混配降氟，降低飲用水中的氟化物含量。此外，結(jié)合區(qū)域供水，開(kāi)展多水源供水，做好上述區(qū)域地表水供水管網(wǎng)互聯(lián)互通，提高供水安全。

（3）跨流域調(diào)水

跨流域調(diào)水是合理開(kāi)發(fā)利用水資源、實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置的有效手段。微山湖是南水北調(diào)東線的重要中轉(zhuǎn)站，擔(dān)負(fù)著重要的調(diào)蓄功能。自2013年南水北調(diào)東線一期工程試通水以來(lái)，南水北調(diào)東線累計(jì)調(diào)水約11億m3，2016～2017調(diào)水年度計(jì)劃調(diào)水近9億m3。水文部門多年來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示南水北調(diào)調(diào)水期中運(yùn)河山頭閘監(jiān)測(cè)斷面氟化物基本穩(wěn)定在0.6～0.8mg/L，跨流域調(diào)水可直接降低南四湖水體中的氟化物含量。

三、結(jié)語(yǔ)

微山湖湖區(qū)水體中的氟化物含量為0.75～1.24mg/L，平均值 0.96 mg/L，已接近地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)限值；湖區(qū)水體中氟化物含量總體呈北高南低的地帶性分布。S1監(jiān)測(cè)點(diǎn)水體中氟化物在整個(gè)監(jiān)測(cè)期超標(biāo)率為100%，取水安全隱患較大；為消除供水中氟化物不達(dá)標(biāo)對(duì)人體健康的威脅，建議S1水廠在改擴(kuò)建時(shí)，同步建設(shè)降氟改水工藝■