農(nóng)村高氟水處理現(xiàn)狀典型調(diào)查與分析

李 斌，楊繼富，趙 翠，紀(jì)雪梅

(1.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院，北京 100048； 2.國(guó)家節(jié)水灌溉北京工程技術(shù)研究中心，北京 100048； 3.濟(jì)南大學(xué)， 濟(jì)南 250022)

氟化物通過(guò)巖石礦物的風(fēng)化和溶解在火山噴發(fā)和海洋氣溶膠過(guò)程中釋放到環(huán)境中，中國(guó)是地下水受氟污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一，氟污染的主要來(lái)源是自然風(fēng)化過(guò)程。由于特殊的水文地質(zhì)條件、不合理的地下水開(kāi)采以及采礦、選礦等生產(chǎn)污染造成的農(nóng)村飲用水中氟超標(biāo)問(wèn)題十分突出。氟是人體必需的一種微量元素之一，人體維持健康需要攝入一定量的氟，但如果長(zhǎng)期過(guò)量攝入，超過(guò)人體正常生理需要就會(huì)引起慢性蓄積中毒，表現(xiàn)為氟斑牙、骨膜增生、骨質(zhì)疏松、骨骼變形等氟骨病[1,2]。根據(jù)《全國(guó)農(nóng)村飲水安全工程"十二五"規(guī)劃》，擬解決農(nóng)村飲水不安全人口2.98億人，其中高氟水人口3 240 萬(wàn)人，占10.9%，主要分布在華北、西北、華中地區(qū)。根據(jù)中國(guó)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，氟化物的最大允許濃度是1 mg/L[3]。解決高氟水問(wèn)題的首選方案是尋找替代水源，其次是采取特殊水處理措施。由于農(nóng)村供水水源條件有限，因此農(nóng)村供水是除氟技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域，盡管氟化物可以通過(guò)許多種技術(shù)[4,5]去除，但只有適合農(nóng)村特點(diǎn)和操作簡(jiǎn)便的除氟技術(shù)，才可能獲得更廣泛的應(yīng)用[6]。由于以往缺乏適宜的高氟水處理技術(shù)和設(shè)備，或現(xiàn)有降氟技術(shù)及設(shè)備運(yùn)行成本高、使用操作復(fù)雜，造成設(shè)備失效或閑置。由于缺乏適宜處理技術(shù)和設(shè)備，或已有處理設(shè)施不能正常運(yùn)行，使部分已經(jīng)解決的高氟水人口又重新飲用高氟水，部分人口高氟水問(wèn)題沒(méi)有真正解決。

為掌握農(nóng)村高氟水處理現(xiàn)狀，本文深入存在高氟水問(wèn)題的典型代表省(市)河北、河南、安徽、山西、天津5省(市)進(jìn)行調(diào)研與水質(zhì)檢測(cè)，以期了解真實(shí)的高氟水處理現(xiàn)狀，分析存在問(wèn)題及成因，為解決農(nóng)村高氟水問(wèn)題提供參考。

1 調(diào)研工程基本情況

在調(diào)研時(shí)，先與省廳座談，了解全省高氟水處理情況；其次，深入各縣了解典型工程運(yùn)行與管理情況，包括查閱設(shè)計(jì)文件、掌握處理工藝；再次，對(duì)工程水源和出水水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，判斷處理效果；最后，與相關(guān)人員交換意見(jiàn)，分析問(wèn)題原因，提出對(duì)策建議。本文共調(diào)研了5個(gè)省(市)17個(gè)縣39處農(nóng)村高氟水處理工程，工程基本情況見(jiàn)表1。

2 農(nóng)村高氟水處理存在問(wèn)題分析

2.1 高氟水處理現(xiàn)狀分析

(1)水源氟超標(biāo)狀況。氟含量1.0～2.0 mg/L工程12處，占30.8%；氟含量2.0 mg/L以上工程27處，占69.2%。

(2)供水規(guī)模狀況。規(guī)模以上工程30處，占76.9%；單村工程9處，占23.1%。

(3)處理技術(shù)類型。如圖1所示，在調(diào)研工程中采用反滲透處理的15處，占38.5%；羥基或碳基磷灰石吸附的14處，占35.9%；分子篩處理的5處，占12.8%；電滲析處理的2處，占5.1%；活性氧化鋁吸附的2處，占5.1%；納米復(fù)合濾料吸附的1處，占2.6%。

表1 調(diào)研工程情況

續(xù)表1 調(diào)研工程情況

圖1 調(diào)研工程處理技術(shù)類型

(4)技術(shù)模式類型。采用分質(zhì)供水模式的14處，占35.9%，其中單村膜處理+常規(guī)供水9處，規(guī)模化膜處理+常規(guī)供水5處，占12.8%；低超標(biāo)高氟水處理混合供水5處，占12.8%；吸附法處理19處，占48.7%；混凝沉淀與吸附組合處理1處，占2.6%。

(5)工程運(yùn)行狀況。正常運(yùn)行的21處，占53.8%；不運(yùn)行或基本不運(yùn)行的18處，占46.2%。

(6)處理效果。如圖2所示，在正常運(yùn)行的21處工程中，處理效果達(dá)標(biāo)的14處(反滲透處理11處，混凝沉淀與吸附組合處理1處，羥基磷灰石吸附1處，電滲析1處)，占66.7%；不達(dá)標(biāo)的7處(分子篩3處，羥基或碳基磷灰石吸附4處)，占33.3%。也就是，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的39工程中，處理效果達(dá)標(biāo)的14處，占35.9%，不合格的25處，占64.1%。

圖2 不同處理技術(shù)的運(yùn)行效果

2.2 存在的主要問(wèn)題和原因

(1)水質(zhì)不穩(wěn)定。采用新打機(jī)井更新水源的措施，運(yùn)行初期，水量穩(wěn)定，水質(zhì)達(dá)標(biāo)。但由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)灌溉深井多層取水，且分布范圍廣、密度大、取水量多，造成了不同含水層串流，導(dǎo)致原有飲用水源含氟量超標(biāo)。

(1)技術(shù)選擇不合理。我國(guó)農(nóng)村高氟水水質(zhì)條件復(fù)雜，同時(shí)存在懸浮物、有機(jī)物、膠質(zhì)、色度、硬度、堿度、磷酸鹽等多指標(biāo)超標(biāo)問(wèn)題，直接影響除氟技術(shù)及設(shè)備的正常運(yùn)行。在技術(shù)選擇時(shí)如果沒(méi)有對(duì)高氟水的水質(zhì)情況進(jìn)行綜合分析，很難選擇適宜的技術(shù)，如分子篩、活性氧化鋁等吸附濾料持續(xù)除氟效果差；反滲透設(shè)備能耗高、棄水量大，達(dá)到40%，且含氟量高，無(wú)法回收利用，棄水排放造成水資源的浪費(fèi)和地下水污染。

(2)分質(zhì)供水可操作性差。分質(zhì)供水本來(lái)應(yīng)該是解決高氟水問(wèn)題的有利措施，但是由于農(nóng)村居民居住分散，距離水廠較遠(yuǎn)，桶裝水取用不便，供水不及時(shí)，加之部分群眾安全飲水意識(shí)不強(qiáng)，仍在飲用未經(jīng)處理的高氟水。同時(shí)由于降氟處理工藝不夠成熟，經(jīng)常出現(xiàn)濾料失效、濾膜堵塞、動(dòng)力水頭不足等問(wèn)題，在出水、儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程中極易發(fā)生水質(zhì)不達(dá)標(biāo)問(wèn)題，導(dǎo)致居民取水積極性不高，工程利用率低。

(3)制水成本高。降氟設(shè)備運(yùn)行耗電量大，濾料更換頻繁且材料價(jià)格較貴，提高了供水成本。由于農(nóng)民承受能力較低，農(nóng)村供水水價(jià)達(dá)不到供水成本，水廠收益無(wú)法保障，不能及時(shí)維修、更換設(shè)施設(shè)備，影響水廠可持續(xù)性運(yùn)行。

(4)運(yùn)行管理不到位。由于除氟工程的實(shí)際操作過(guò)程較為復(fù)雜，如吸附法需要加藥、調(diào)節(jié)pH值、濾料再生，反滲透對(duì)前期過(guò)濾要求高等，農(nóng)村水廠缺乏專業(yè)人員的維護(hù)導(dǎo)致工程不可持續(xù)。

3 對(duì)策與建議

(1)推進(jìn)水源置換。目前采取的降氟措施，更新水源措施相對(duì)安全、可靠、方便，更容易得到群眾認(rèn)可，采取新打機(jī)井的措施，避開(kāi)高氟含水層，更新水源，初步解決了飲用高氟水問(wèn)題。滄州市東部地區(qū)通過(guò)將黃河水引入大浪淀、楊埕水庫(kù)，新建輸配水管網(wǎng)和加壓泵站，解決了孟村、海興、南皮、鹽山等縣農(nóng)村飲水高氟問(wèn)題值得借鑒。

(2)集中降氟。對(duì)于無(wú)法采取水源置換的地區(qū)，由于除氟工藝操作復(fù)雜，小型工程管理能力差，因此需建設(shè)規(guī)?；畯S，安裝大型除氟設(shè)備，實(shí)行專業(yè)化管理，集中降氟后送入管網(wǎng)，供水入戶。

(3)提高分質(zhì)供水管理水平。不具備集中處理或規(guī)模較小供水工程更多的是采用分質(zhì)供水。即將未經(jīng)降氟處理的地下水，通過(guò)管網(wǎng)輸送入戶，用于日常洗漱和衛(wèi)生清潔；將降氟處理后的水灌裝入桶，用于日常飲用。但這種方式要提高桶裝水的取水方便程度，不能采取定時(shí)供水，桶裝水價(jià)格不能過(guò)高，工程要有專業(yè)人員進(jìn)行定期維護(hù)。

(4)提高認(rèn)識(shí)加強(qiáng)宣傳。農(nóng)村供行業(yè)主管部門和工程管理單位要深刻認(rèn)識(shí)高氟水處理的復(fù)雜性，組織有關(guān)專家，深入調(diào)查分析影響高氟水處理的主要問(wèn)題和原因，提出系統(tǒng)解決方案。在此基礎(chǔ)上，全面排查農(nóng)村高氟水處理工程使用情況，對(duì)沒(méi)有處理或處理不達(dá)標(biāo)的工程進(jìn)行調(diào)整和更新，對(duì)不能正常運(yùn)行或處理不達(dá)標(biāo)的工程，及時(shí)查找原因，進(jìn)行整改。同時(shí)加強(qiáng)宣傳，使廣大用水戶認(rèn)識(shí)高氟水處理的必要性，爭(zhēng)取理解和支持。

(5)嚴(yán)把工程設(shè)計(jì)和審查關(guān)。省、市、縣級(jí)農(nóng)村供水主管部門應(yīng)嚴(yán)格高氟水處理工程設(shè)計(jì)審查和工程驗(yàn)收，嚴(yán)格高氟水處理工藝設(shè)計(jì)與設(shè)備選型審查和復(fù)核。對(duì)設(shè)計(jì)不規(guī)范、缺乏原水全面分析和選購(gòu)設(shè)備不合格、對(duì)運(yùn)營(yíng)成本無(wú)核算的工程不予審批和驗(yàn)收。

(6)繼續(xù)開(kāi)展科技攻關(guān)。突破高氟水處理技術(shù)、材料等難題。建議科技部、水利部、衛(wèi)生部聯(lián)合組織國(guó)內(nèi)一流的產(chǎn)學(xué)研單位聯(lián)合攻關(guān)，開(kāi)發(fā)高氟水處理新技術(shù)、設(shè)備、材料，形成先進(jìn)實(shí)用、成熟配套的工藝技術(shù)及設(shè)備。

(7)開(kāi)展高氟水處理水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)研究。隨著農(nóng)村居民生活水平提高和社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)飲用高氟水的耐受能力將有所提高，建議通過(guò)對(duì)比世界各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，廣泛開(kāi)展流行病學(xué)調(diào)查、試驗(yàn)研究等方法，對(duì)現(xiàn)有高氟水含量1.0、1.2、1.5 mg/L等條件下發(fā)病情況進(jìn)行深入系統(tǒng)調(diào)研，提出適合我國(guó)國(guó)情和不同區(qū)域特點(diǎn)的高氟水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文基于5個(gè)省(市)17個(gè)縣39處農(nóng)村高氟水處理工程現(xiàn)狀及運(yùn)行管理情況的調(diào)研分析與水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果，對(duì)于全國(guó)的現(xiàn)狀不一定有代表性。同時(shí)看到，這些問(wèn)題的存在有其客觀必然性，是高氟水的復(fù)雜性和農(nóng)村供水工程運(yùn)行管理現(xiàn)狀水平?jīng)Q定了這些問(wèn)題的存在。

從實(shí)際運(yùn)行情況看正常運(yùn)行處工程只有21處，而其中處理效果達(dá)標(biāo)的僅14處，占全部調(diào)研工程的35.9%，說(shuō)明目前高氟水處理情況并不樂(lè)觀。其原因主要是水質(zhì)不穩(wěn)定、技術(shù)選擇不合理、分質(zhì)供水可操作性差、制水成本高等。目前采取的降氟措施，更換水源是能夠從根本上解決飲用高氟水問(wèn)題的有效措施，但是不具備換水源條件時(shí)可通過(guò)建設(shè)具有管理能力的規(guī)模化工程集中降氟，根據(jù)當(dāng)?shù)卦窟x用可靠、可持續(xù)的除氟技術(shù)，并確保后期工程的運(yùn)行管理到位，避免出現(xiàn)工程運(yùn)行一段時(shí)間后不可持續(xù)的問(wèn)題，才能解決實(shí)際問(wèn)題。

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