集中供水工程地下水水源中鐵錳分布特征淺析

趙 微,侯新月, 郎景波，趙 翠，李石琳

(1.黑龍江省水利科學(xué)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080；2.中國水利水電科學(xué)研究院, 北京 100038;3.黑龍江省龍研水利規(guī)劃設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150080)

黑龍江省地下水水質(zhì)受地下水的補(bǔ)給、徑流、排泄條件和地質(zhì)地貌條件的影響，大部分地區(qū)深層地下水天然條件下水質(zhì)較好，無色、無味，水化學(xué)類型較為簡單，礦化度較低，是以重碳酸鹽為主的低礦化淡水，局部地區(qū)深層地下水中鐵、錳超標(biāo)嚴(yán)重[1]。據(jù)黑龍江省農(nóng)村飲水安全普查統(tǒng)計(jì)(2019年)，我省1680萬人飲用水需采取凈化處理解決鐵錳超標(biāo)問題，涉及供水工程1.6萬處。鐵、錳雖然是人體所需的微量元素，但飲用水中鐵、錳含量超標(biāo)不僅會降低色、嗅、味等感官性狀指標(biāo)的滿意度，還會對人體健康造成威脅。長時間飲用鐵、錳超標(biāo)的地下水，會引起血液、消化、骨骼及神經(jīng)系統(tǒng)等方面的疾病[2-3]。本文選擇黑龍江省42個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水水源水質(zhì)為研究對象，對深層地下水中的鐵、錳元素的空間分布及超標(biāo)情況進(jìn)行分析，以期為黑龍江省飲水安全工程建設(shè)提供數(shù)據(jù)參考，為我國其它地區(qū)地下水中鐵、錳污染的成因分析及污染預(yù)防提供借鑒。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料

試驗(yàn)采用的水源井成井水質(zhì)檢測報(bào)告及歷年水質(zhì)檢測報(bào)告由縣水務(wù)局提供。試驗(yàn)水樣采集于穆棱市、蘭西縣、佳木斯市郊區(qū)、明水縣及肇源縣等180處農(nóng)村集中供水工程。

1.2 方法

采用水質(zhì)化驗(yàn)分析及資料分析相結(jié)合的方法，對東寧市、海林市、林口縣、穆棱市、寧安市、鶴崗市、密山市、北安市、呼蘭區(qū)、雙城區(qū)、泰來縣、肇州縣、遜克縣、富?？h、蘭西縣、林甸縣、依安縣、安達(dá)市、綏化市北林區(qū)、勃利縣、方正縣、富錦市、依蘭縣、樺川縣、樺南縣、湯原縣、雞東縣、蘿北縣、佳木斯市郊區(qū)、七臺河市、孫吳縣、拜泉縣、綏棱縣、明水縣、肇東市、肇源縣、巴彥縣、賓縣、阿城區(qū)、木蘭縣、虎林市、綏濱縣等42個縣(市、區(qū))的地下水水源中鐵、錳分布及含量進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

水樣的采集與水質(zhì)化驗(yàn)分析參照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》GB/T 5750—2006[4]標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。水質(zhì)合格標(biāo)準(zhǔn)參照《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 5749—2006[5]標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2 結(jié)果與分析

課題組調(diào)查了42個縣(市、區(qū))農(nóng)村飲水水源鐵、錳分布及超標(biāo)情況，詳情見表1～表3。

表1 地下水水源中鐵、錳超標(biāo)10倍以上地區(qū)分布情況

表2 地下水水源中鐵、錳超標(biāo)10倍以內(nèi)地區(qū)分布情況

表3 地下水水源中鐵、錳合格地區(qū)分布情況

由表1可知，調(diào)查的42個縣(市、區(qū))中有12個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳超標(biāo)10倍以上，分別為孫吳縣、拜泉縣、綏棱縣、明水縣、肇東市、肇源縣、巴彥縣、賓縣、阿城區(qū)、木蘭縣、虎林市、綏濱縣。《中國地質(zhì)地下水誘發(fā)危害圖》中闡述地下水中鐵、錳含量超標(biāo)主要是受原生沉積環(huán)境所致，黑龍江省三江及穆興凱低平原區(qū)及沿江傍河地區(qū)多為鐵、錳含量較豐富的巖層。我省農(nóng)村地下飲用水水源鐵、錳超標(biāo)現(xiàn)象普遍。呂曉立、梁和國[6-7]等學(xué)者研究指出局部地區(qū)深層地下水鐵、錳含量超標(biāo)是受人為污染所致，地下水中鐵、錳離子的遷移和富集，主要受控于氧化還原環(huán)境，供水工程鉆井取水過程使得承壓水與氧氣接觸，氧化還原反應(yīng)加速了巖層中鐵、錳離子的溶出，另外地下水中鐵、錳離子的溶出還與水介質(zhì)成分、上覆土層性質(zhì)、酸堿條件、地下水徑流條件、“鹽效應(yīng)”有關(guān)。依據(jù)GB 5749—2006中小型集中供水工程鐵0.3 mg/L、錳0.5 mg/L的限值要求，當(dāng)水源鐵超標(biāo)10倍以上，錳超標(biāo)3倍以上，建議采用二級過濾，即曝氣后水的一級過濾除鐵，第二級過濾除錳，當(dāng)處理水量大時，兩級過濾可放在同一壓力濾池內(nèi)，上層除鐵，下層除錳，反沖洗可采用氣-水沖洗方式。對于鐵、錳嚴(yán)重超標(biāo)地區(qū)，建議尋找水質(zhì)相對較好的水源，有條件的地區(qū)可以考慮采用調(diào)水的方式來解決處理高濃度鐵猛工程運(yùn)行成本高、維修養(yǎng)護(hù)難度大等問題。沒有條件地區(qū)當(dāng)?shù)叵滤F、錳含量高，或含硅酸鹽，或含有機(jī)鐵、錳時，處理比較困難，建議通過試驗(yàn)確定除鐵、錳工藝流程。

由表2可知，調(diào)查的42個縣(市、區(qū))中有34個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳超標(biāo)10倍以內(nèi)，分別為北安市、呼蘭區(qū)、雙城區(qū)、綏棱縣、肇州縣、泰來縣、遜克縣、孫吳縣、拜泉縣、富?？h、蘭西縣、林甸縣、明水縣、依安縣、肇東市、肇源縣、安達(dá)市、綏化市北林區(qū)、勃利縣、巴彥縣、賓縣、阿城區(qū)、方正縣、木蘭縣、富錦市、依蘭縣、樺川縣、樺南縣、湯原縣、虎林市、雞東縣、蘿北縣、佳木斯市郊區(qū)、七臺河市。依據(jù)GB 5749—2006小型集中供水工程鐵0.3 mg/L、錳0.5 mg/L的限值要求，當(dāng)?shù)叵滤F超標(biāo)10倍以內(nèi)、錳超標(biāo)3倍以內(nèi)時，或含鐵量高但不含錳的地下水，建議采用曝氣-接觸氧化過濾工藝。當(dāng)錳含量超過3倍時，應(yīng)適當(dāng)降低濾速或增加濾層厚度。

由表3可知，調(diào)查的42個縣(市、區(qū))中有31個縣(市、區(qū))部分或全部農(nóng)村集中供水工程地下水源鐵、錳合格。有24個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳合格，分別為北安市、呼蘭區(qū)、雙城區(qū)、泰來縣、孫吳縣、拜泉縣、富?？h、蘭西縣、明水縣、依安縣、肇東市、肇源縣、阿城區(qū)、方正縣、木蘭縣、富錦市、依蘭縣、樺川縣、樺南縣、湯原縣、虎林市、雞東縣、蘿北縣、佳木斯市郊區(qū)；有7個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水源鐵、錳全部合格，分別為東寧市、海林市、林口縣、穆棱市、寧安市、鶴崗市、密山市。鐵、錳合格地區(qū)建議依據(jù)《水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》HJ338—2008、《機(jī)井技術(shù)規(guī)范》GB/T50265—2010、《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》SL310—2019等相關(guān)要求，做好水源成井及環(huán)境保護(hù)工作，防止由于混合開采、成井工藝不合格或水源保護(hù)不到位引起的水源污染。

表1～表3可知，調(diào)查的42個縣(市、區(qū))中，有35個縣(市、區(qū))鐵、錳發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，我省農(nóng)村地下飲用水水源鐵、錳超標(biāo)現(xiàn)象比較普遍。有12個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳超標(biāo)10倍以上，有34個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳超標(biāo)10倍以內(nèi)，31個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳合格，有7個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水源鐵、錳全部全格。對于鐵、錳嚴(yán)重超標(biāo)地區(qū)尋找更好的水源，降低水處理工藝難度及運(yùn)行成本成為這些地區(qū)供水工程重點(diǎn)考慮的問題。對于鐵、錳輕度超標(biāo)或合格地區(qū)，做好水源保護(hù)工作、嚴(yán)把地下取水構(gòu)筑物建設(shè)關(guān)、選擇適宜的水處理工藝設(shè)備成為今后工作的重點(diǎn)。

3 結(jié) 論

為了明確黑龍江省地下水水源中鐵、錳分布特征，本研究對黑龍江省42個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水水源的水質(zhì)進(jìn)行了分析，主要結(jié)論如下：

(1)調(diào)查的42個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水水源中，有35個縣(市、區(qū))鐵、錳發(fā)現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象，我省農(nóng)村地下飲用水水源鐵、錳超標(biāo)現(xiàn)象普遍。

(2)12個縣(市、區(qū))鐵、錳超標(biāo)10倍以上，分別為孫吳縣、拜泉縣、綏棱縣、明水縣、肇東市、肇源縣、巴彥縣、賓縣、阿城區(qū)、木蘭縣、虎林市、綏濱縣。

(3)34個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳超標(biāo)10倍以內(nèi)，分別為北安市、呼蘭區(qū)、雙城區(qū)、綏棱縣、肇州縣、泰來縣、遜克縣、孫吳縣、拜泉縣、富裕縣、蘭西縣、林甸縣、明水縣、依安縣、肇東市、肇源縣、安達(dá)市、綏化市北林區(qū)、勃利縣、巴彥縣、賓縣、阿城區(qū)、方正縣、木蘭縣、富錦市、依蘭縣、樺川縣、樺南縣、湯原縣、虎林市、雞東縣、蘿北縣、佳木斯市郊區(qū)、七臺河市。

(4)31個縣(市、區(qū))部分或全部農(nóng)村集中供水工程地下水源鐵、錳合格。有24個縣(市、區(qū))部分地區(qū)鐵、錳合格，分別為北安市、呼蘭區(qū)、雙城區(qū)、泰來縣、孫吳縣、拜泉縣、富?？h、蘭西縣、明水縣、依安縣、肇東市、肇源縣、阿城區(qū)、方正縣、木蘭縣、富錦市、依蘭縣、樺川縣、樺南縣、湯原縣、虎林市、雞東縣、蘿北縣、佳木斯市郊區(qū)；有7個縣(市、區(qū))農(nóng)村集中供水工程地下水源鐵、錳全部合格，分別為東寧市、海林市、林口縣、穆棱市、寧安市、鶴崗市、密山市。