面向飲水安全的水處理工程實例研究

趙立娟

摘 ?要：農(nóng)村飲水安全衛(wèi)生是反映農(nóng)村社會經(jīng)濟發(fā)展和居民生活質(zhì)量的重要指標，是涉及到國計民生的重大問題。該文概述了農(nóng)村飲水安全的現(xiàn)狀，在此基礎上，詳細探討了飲水凈化的工藝，并結(jié)合筆者參與的一項水處理工程，分析了具體的處理措施，主要包括混凝、沉淀或澄清、過濾、消毒等常規(guī)水凈化技術(shù)，以及活性炭吸附、臭氧氧化和膜分離等深度處理技術(shù)，相信對從事相關工作的同行能有所裨益。

關鍵詞：農(nóng)村 ?飲水安全 ?凈化工藝 ?工程實例

中圖分類號：S277.7 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2020）12（c）-0053-03

A Case Study of Drinking Water Safety and Water Treatment Project in Northeast Rural Areas

ZHAO Lijuan

（Kangping Natural Resources Protection and Administrative Law Enforcement Center， Shenyang， Liaoning， 110500 ?china）

Abstract： The safety and health of rural drinking water is an important indicator reflecting the social and economic development of rural areas and the quality of residents' life， and it is a major issue related to the national economy and people's livelihood. In this paper， the current situation of drinking water safety in rural areas is summarized. On this basis， the process of drinking water purification is discussed in detail. Combined with a water treatment project participated by the author， the specific treatment measures are analyzed， mainly including conventional water purification technologies such as coagulation， sedimentation or clarification， filtration， disinfection， and advanced treatment technologies such as activated carbon adsorption， ozone oxidation and membrane separation.The author believes it can offer some help for colleagues in related work.

Key Words： Rural areas; Drinking water safety; Purification technology; Engineering examples

1 ?農(nóng)村飲水安全現(xiàn)狀

1.1 水量缺乏

我國許多地區(qū)都面臨嚴重的水資源短缺危機。人均水量僅占世界的1/4，水資源分布不均，特別是在北方地區(qū)，那里的耕地占全國的60%，人口占世界的45%。水資源僅占全國的15%。缺水和低保證率的主要原因是降雨少且不均，水資源缺乏，山區(qū)農(nóng)民生活分散，經(jīng)濟落后和供應設施不足[1]。

農(nóng)村地區(qū)人口分散，經(jīng)濟和自然條件限制了農(nóng)村供水的發(fā)展。盡管中國東北部降雨充沛且水系統(tǒng)發(fā)達，但由于地質(zhì)和地形條件，一些地區(qū)的儲水條件仍然很差。還存在諸如供水保證率低和飲用水不便之類的問題。缺乏清潔水給農(nóng)民的生活帶來了極大的不便，并限制了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展[2]。

1.2 水質(zhì)污染

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化加速，未經(jīng)處理的工業(yè)污水、生活污水大量排放，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用農(nóng)藥、化肥，以及固、氣體廢棄物排放等，導致水污染嚴重[3]。水質(zhì)污染按污染源可分為天然污染和人為污染，按污染性質(zhì)可分為物理污染、化學污染和生物污染。目前，全國農(nóng)村每年產(chǎn)生生活污水總量約為1.08×1011 m3，水質(zhì)污染主要為微生物污染、重金屬污染和苦咸水[4]。

1.2.1 微生物污染

微生物污染的來源包括細菌、病毒和寄生蟲。由于人類活動的影響，有許多水體增加了氮和磷的含量，導致藻類繁殖和富營養(yǎng)化[5]。

由于農(nóng)村地區(qū)基礎設施差，缺乏排水和處理系統(tǒng)，廢水基本未經(jīng)處理就排放，直接排放或沉積在溝渠和鄉(xiāng)村土地中[6]。此外，在農(nóng)村飲用水井的10 m范圍內(nèi)，有許多廁所、肥料井、牛欄、下水道等。許多井只是淺水井，深度只有幾米。地表廢水直接或通過滲透流入井中。

1.2.2 氟污染

我國高氟水地區(qū)眾多，其原因與氟的特性以及水文地質(zhì)條件相關。氟是人體必不可少的微量元素之一，適量氟能使骨牙堅實，減少齲齒發(fā)病率，對神經(jīng)系統(tǒng)的興奮性傳導、鈣磷代謝、甲狀旁腺功能、細胞酶系統(tǒng)以及生殖過程均有裨益。但長期飲用高氟水，會產(chǎn)生地方性氟中毒，包括氟斑牙和氟骨癥等。

2 ?飲水凈化技術(shù)工藝

飲水凈化工藝包括常規(guī)處理和深度處理，具體見圖1。

2.1 常規(guī)處理

適合農(nóng)村地區(qū)使用的常規(guī)水凈化技術(shù)主要包括混凝、沉淀或澄清、過濾、消毒等，主要去除水中懸浮物、膠體物質(zhì)和微生物。

2.1.1 生物慢濾

將需處理的水以0.1～0.3 m/h速度通過厚度為1.0 m左右的濾池，經(jīng)截留、吸附和生物降解作用，達到凈化目的。生物慢濾具有工藝簡單、管理要求低、無須投加化學藥劑、水處理效果好、成本低、易于小型化等優(yōu)點，特別適用于人口密度小、經(jīng)濟條件差、原水渾濁度較低的農(nóng)村。

2.1.2 微絮凝過濾

微絮凝過濾是將混凝土過濾在濾池內(nèi)同時完成的一種接觸絮凝過濾工藝。在原水中加入絮凝劑，經(jīng)快速混合，直接進入濾池，邊絮凝邊過濾。該技術(shù)可簡化流程、降低投資和運行費用，而且還可提高產(chǎn)水量和水質(zhì)。

2.1.3 超濾膜分離

超濾是一種能將溶液進行凈化、分離、濃縮的膜分離技術(shù)，能有效去除水中懸浮物質(zhì)和微生物，適合地下水、山泉水等良好水源水的凈化，經(jīng)超濾凈化后的水可直接飲用。

2.1.4 混凝澄清過濾

混凝澄清過濾包括澄清和過濾兩個單元。澄清過程在澄清池中完成，利用池中泥渣與凝聚劑以及水中雜質(zhì)顆粒的相互接觸、吸附作用達到泥水分離的凈化效果?；炷吻宄鏊薪?jīng)過濾去除殘留的細小懸浮顆粒及微生物，以保證產(chǎn)水水質(zhì)。澄清池造價低、占地面積小、運行管理方便、構(gòu)造簡單，非常適合農(nóng)村使用。

2.1.5 消毒

消毒的目的是去除水中微生物，是農(nóng)村飲水安全衛(wèi)生的重要措施。消毒方式可根據(jù)供水方式、水質(zhì)、規(guī)模及消毒劑供應情況確定。規(guī)模較大的水廠可采用液氯、次氯酸鈉或二氧化氯消毒，規(guī)模較小的水廠可采用次氯酸鈉、二氧化氯、臭氧或三氯異氰尿酸、紫外線消毒，分質(zhì)供水站可采用臭氧或紫外線消毒，分散供水可采用漂白粉、含氯消毒片或家用消毒設備消毒。

2.2 深度處理

深度處理一般采用強化常規(guī)凈水工藝，或在常規(guī)凈水工藝中增加生物預處理、化學預氧化處理等，應用較多的為活性炭吸附、臭氧氧化及膜分離。

2.2.1 苦咸水

苦咸水淡化的常見過程包括電滲析、反滲透和電吸附。電滲析是在直流電場的作用下，通過電勢差作為驅(qū)動力，使離子遷移通過選擇性離子交換膜的過程。電滲析系統(tǒng)通常由預處理設備、整流器、自動控制設備和電滲析設備組成。具有功耗低、操作維護方便、使用壽命長、原水回收率高、對環(huán)境無污染等特點，這是一種用于咸淡水淡化的成熟技術(shù)。

反滲透也是一種膜分離技術(shù)（見圖2）。微咸水淡化效果良好，但投資和運營成本很高。需要對原水質(zhì)量進行預處理，并且能源消耗和運營成本很高。適合農(nóng)村供水。電吸附是一種新型的脫鹽方法，它具有不必添加藥物，能耗低和操作簡單的優(yōu)點。但是，投資很高，電極壽命通常為5～8年，并且原水需要進行預處理。

2.2.2 高氟水

吸附、電滲析、反滲透或電吸附可用于處理高氟水，吸附是指通過吸附劑從水中去除氟。當前，使用吸附劑作為活性氧化鋁具有氟還原效果好和使用成本低的優(yōu)點，但是當吸附飽和時，必須調(diào)節(jié)水的pH值并且需要再生。此外，活化的礦物也可以用于吸附，例如沸石，沸石具有良好的吸附和離子交換性能，并且對氟離子具有良好的吸附效果。沸石便宜且易于獲得，而無須調(diào)節(jié)水的pH值，并且適合于農(nóng)村使用。

2.2.3 高砷水

高砷含量的水中砷的去除可以通過電凝，凝結(jié)沉淀或吸附進行。電凝是指使用由陽極產(chǎn)生的陽離子在外部電壓的作用下冷凝和沉淀水。它具有凝聚、吸附、氧化、還原和氣浮的協(xié)同作用。它可以同時處理重金屬、懸浮固體和有機物。技術(shù)不需要注射藥物、水質(zhì)好、設備緊湊、操作水平高、處理簡單、水生產(chǎn)成本低，但需要沉淀和洗滌過濾經(jīng)常逆流。

2.2.4 微污染水

微污染水是指其物理，化學和微生物指標尚未達到《地面水環(huán)境質(zhì)量標準》的飲用水。微污染水中的污染物主要是指痕量的有機物質(zhì)，例如氨氮和化學耗氧量。

活性炭是用于水處理的常用吸附劑。它可以有效地消除水中的異味，并且對芳香烴，各種農(nóng)藥和重金屬離子（汞、六價鉻、鎘、鉛）具有良好的吸附能力。通過去除水中的誘變劑也具有良好的效果。臭氧具有很強的氧化能力，是一種廣泛用于水處理的氧化劑。臭氧最初用于去除顏色、氣味和消毒作用，然后用于氧化水中的Fe、Mn、H2S、NO2，并提高混凝效果。如今，它主要用于去除水中的有機污染物。

3 ?農(nóng)村微污染水處理工程實例

某單位在東北農(nóng)村設計建成一座完整的飲水凈化水廠 ，凈水流量為 1200 m3/d，包括取水、水處理、供水及廠區(qū)設施4個部分。其中取水包括水源井、原水池及泵房和相關設備;水處理包括凈水車間和處理設備;供水包括凈水池、供水泵房和相關設備;廠區(qū)設施包括供電、供暖、倉庫、維修及道路圍墻等。

3.1 原水水質(zhì)

原水為深井地下水，水中的“石油類”“色度”“渾濁度”“臭和味”“肉眼可見物”“鐵”“錳”“CODMn”“細菌總數(shù)”“總大腸菌群”等多項指標不符合飲水衛(wèi)生標準。

3.2 工藝流程

根據(jù)原水水質(zhì)，設計的凈水系統(tǒng)由預處理及終端組成，預處理包括快速過濾、臭氧氧化、多介質(zhì)過濾、生物活性炭吸附降解以及精密過濾，終端為超濾膜分離。

3.3 運行結(jié)果

到目前為止，該系統(tǒng)已運行近3年，結(jié)果顯示，該凈水系統(tǒng)凈水效果好，可有效去除水中的嗅和味、肉眼可見物、色度、濁度、錳、鐵、COD、石油及微生物，運行穩(wěn)定，出水水質(zhì)完全符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749—2006）標準的規(guī)定，符合設計要求。凈水系統(tǒng)處理成本為0.85 元/m3，具有很好的經(jīng)濟性能，非常適合在農(nóng)村地區(qū)推廣使用。

4 ?結(jié)語

農(nóng)村飲水安全衛(wèi)生已經(jīng)成為農(nóng)民群眾最關心、要求最迫切的問題之一。近年來，我國已經(jīng)采取了一系列有效措施，取得了顯著成效，但農(nóng)村飲水安全形勢仍十分嚴峻。該文結(jié)合工程實例探討了具體的解決措施，為解決飲水安全問題提供了有效的手段。

參考文獻

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