登封市飲水型氟化物超標(biāo)解決方案探討

黃喜明 荊菊梅 王思哲 肖理奇

摘 要：登封市地處豫西巖溶地質(zhì)區(qū)，受地理位置、水文地質(zhì)條件、人類活動(dòng)及運(yùn)行管理等多種因素的影響，飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)，嚴(yán)重影響受益區(qū)農(nóng)村居民的身心健康。本文首先分析登封市飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)的形成機(jī)理，然后提出水源置換和氟化物集成處理解決方案，以期為長效解決飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)問題提供參考。

關(guān)鍵詞：登封市;飲水型氟超標(biāo);水源置換

中圖分類號(hào)：S277.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）22-0076-03

Abstract： Dengfeng is located in the karst geological region in western Henan. Affected by various factors such as geographical location， hydrogeological conditions， human activities and operation management， drinking water fluoride has repeatedly exceeded the standard， seriously affecting the physical and mental health of rural residents in the benefited area. This paper first analyzed the formation mechanism of drinking water type fluoride repeatedly exceeding the standard， and then put forward the solution of water source replacement and fluoride integrated treatment， in order to provide reference for solving the problem of drinking water type fluoride repeatedly exceeding the standard.

Keywords： Dengfeng;excess fluorine in drinking water;water re-sources replacing

登封市為解決農(nóng)村居民飲用水水質(zhì)超標(biāo)問題，2005—2017年，全市累計(jì)建成集中式農(nóng)村飲水安全飲水工程407處，受益人數(shù)達(dá)49.49萬人，集中供水率達(dá)到85%。但是，受地球物理作用、施工工藝、水處理工藝等多種因素的影響，飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)。經(jīng)衛(wèi)生部門檢測(cè)，2017年登封市仍有氟化物含量超過1.5 mg/L的農(nóng)村飲水工程13處，涉及5個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街道辦），19個(gè)行政村，36個(gè)自然村，1.07萬人。在國家資金支持下，登封市決心長效解決飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)的突出問題，保障農(nóng)民飲水安全。

1 飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)機(jī)理

1.1 原生水文地質(zhì)問題

登封市山體中富含螢石礦，螢石礦涉及的區(qū)域均為氟中毒病區(qū)。受含氟巖溶質(zhì)變影響，水流經(jīng)高氟礦床或高氟基巖時(shí)，使地下水氟含量增高，或含氟巖石的風(fēng)化與淋溶以及含氟礦石受地下水的溶解，導(dǎo)致地表徑流和山泉水氟超標(biāo)。登封市飲水型氟超標(biāo)問題村主要集中在西南地區(qū)，共涉及5個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)、街道辦），其中大金店鎮(zhèn)氟超標(biāo)情況較為嚴(yán)重，少林辦事處、石道鄉(xiāng)氟超標(biāo)情況較為明顯，君召鄉(xiāng)、潁陽鎮(zhèn)氟超標(biāo)情況較輕。

1.2 地球物理作用

受地球物理作用的影響，地下水取水工程受到一定程度的擠壓，周邊含水層及地下水取水工程發(fā)生形變，造成隔水層裂隙滲漏及地下水取水工程封閉層滲漏，上層含氟化物較高的含水層中的水滲漏到下層取水層，導(dǎo)致取水層中的水氟化物含量超標(biāo)[1-2]。

1.3 施工工藝問題

地下水取水工程為隱蔽性工程。受施工市場(chǎng)競爭影響，中標(biāo)企業(yè)往往以較低價(jià)格中標(biāo)，或中標(biāo)企業(yè)無地下水工程施工能力，將中標(biāo)的地下水工程以分包或再分包的形式施工，造成施工質(zhì)量參差不齊，特別是濾水層的濾水材料及封閉工藝質(zhì)量不高等，地下水工程運(yùn)行一段時(shí)間后，上層隔水層中含氟量高的水滲漏到取水層，導(dǎo)致取水層中的水含氟量反復(fù)超標(biāo)。

1.4 水處理工藝問題

2005年以前配套建設(shè)的飲水型氟處理技術(shù)主要包括吸附法除氟技術(shù)和反滲透除氟技術(shù)。吸附法除氟技術(shù)具有效果可靠、可再生等優(yōu)點(diǎn)。但吸附劑在吸附氟離子的同時(shí)，優(yōu)先吸附了水中含量較高的碳酸氫根、硫酸根等陰離子，導(dǎo)致吸附材料對(duì)氟離子的吸附速率降緩，吸附容量隨著吸附周期的增長而大幅降低，直至衰竭。而且吸附材料的再生措施較為煩瑣，再生周期較短。通常需要利用化學(xué)試劑進(jìn)行浸泡和清洗，運(yùn)行維護(hù)難度大，技術(shù)要求高。市場(chǎng)上大部分吸附劑適用于偏酸性水體，否則需要調(diào)節(jié)原水pH值，這更增加了后期操作管護(hù)難度。反滲透除氟技術(shù)除氟率高，具有不需要化學(xué)藥品維護(hù)、無須頻繁再生等優(yōu)點(diǎn)，但是處理成本高、排放廢水量大，容易造成二次污染[3]。

1.5 運(yùn)行管理問題

因水處理工藝加藥、用電、耗費(fèi)人工等增加運(yùn)行成本，加之出廠水的售賣價(jià)格不能提高，擠壓供水場(chǎng)站利潤空間，造成供水場(chǎng)站運(yùn)行舉步維艱。為了擴(kuò)大利潤空間，部分水廠未及時(shí)解決氟處理設(shè)備故障或備品備件缺失等問題，導(dǎo)致氟處理設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，從而使氟含量反復(fù)超標(biāo)。

2 解決方法

目前解決飲水型氟超標(biāo)的最有效的方法包括水源置換法、集中水處理法和分質(zhì)供水法。

2.1 水源置換法

徹底解決飲水型氟化物超標(biāo)的問題，最有效的方法是水源置換。雖然該方法一次性投資大，但是長效受益，能從根本上解決飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)問題[4]。

2.2 集中水處理法

在沒有其他優(yōu)質(zhì)水源替代的地區(qū)，規(guī)?；┧こ淌褂眉惺椒锾幚砑夹g(shù)，可有效降低運(yùn)行成本，促進(jìn)長效運(yùn)行。隨著吸附法集成處理技術(shù)和反滲透法膜技術(shù)的發(fā)展，為飲水型氟化物集中處理提供了新的技術(shù)選擇。

吸附法是利用多孔性的固體吸附劑將水樣中的一種或數(shù)種組分吸附于固體表面，以達(dá)到分離的目的。一般的活性炭都具有吸附作用。隨著吸附周期的延長，吸附材料對(duì)氟離子的吸附速率減緩，吸附容量大幅度降低，直至衰竭;吸附材料的再生措施煩瑣，再生周期較短，運(yùn)行維護(hù)難度大，技術(shù)要求高。

反滲透處理法是當(dāng)今最先進(jìn)和最節(jié)能有效的膜分離技術(shù)方法。其原理是在高于溶液滲透壓的作用下，將不能透過半透膜的其他物質(zhì)和水分離開來。由于反滲透膜的膜孔徑非常?。▋H為10 ?左右），因此，具有96%以上的氟去除率，可同時(shí)去除飲用水中的懸浮物、有機(jī)物、微污染物等雜質(zhì)，具有不需要化學(xué)藥品維護(hù)、無須頻繁再生等優(yōu)點(diǎn)。部分水廠為了降低運(yùn)行成本，將反滲透處理后的水與原水按照一定比例勾兌，既保留了飲用水中對(duì)人體有益的微量礦物質(zhì)元素，同時(shí)也達(dá)到了降氟目的，因此，膜技術(shù)法在登封市較為適用。

2.3 分質(zhì)供水法

在短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)集中除氟處理的地區(qū)，可采取分質(zhì)供水模式。分質(zhì)供水即生活飲用水與生活雜用水分開，主要采取分質(zhì)供水站、集中凈水機(jī)或家用除氟設(shè)備等，由于煮飯、喝水等生活飲用水量不足生活用水總量的10%，除飲用水必須達(dá)標(biāo)外，其他大部分生活雜用水可直接使用，無須進(jìn)行膜處理，因此可大幅度降低除氟成本。但是，對(duì)于居住環(huán)境較為密集的村鎮(zhèn)，分質(zhì)供水使用較為麻煩，不易管理、維護(hù)。

3 登封市飲水型氟化物超標(biāo)解決方案

3.1 水源置換方案

結(jié)合登封市河流分布情況，石道鄉(xiāng)侯溝村、陳家門，君召鄉(xiāng)宋溝村飲水型氟化物超標(biāo)，擬利用附近的河流修建橡膠壩攔河蓄水，新建單村地表供水站3處，受益人口2 220人，配套水質(zhì)凈化設(shè)備和消毒設(shè)備，從根本上解決了氟超標(biāo)問題。

3.2 膜技術(shù)處理方案

對(duì)于近期沒有替換水源的10處集中式供水工程，擬采用膜技術(shù)處理技術(shù)進(jìn)行集中處理，涉及16個(gè)行政村，受益人口8 478人。

3.2.1 膜處理系統(tǒng)工作原理。膜裝置是利用半透膜在壓力差的作用下使含鹽水脫鹽的凈水設(shè)備，它與自然滲透的方向相反，亦稱逆滲透，可用大于滲透壓的膜技術(shù)法達(dá)到分離、提取、純化的目的。在水處理中，經(jīng)過預(yù)處理的原水在高壓下可透過膜進(jìn)入淡水側(cè)，而各種鹽分則隨高壓水流沖擊，使水一分為二，從而達(dá)到鹽與水分離的目的。經(jīng)過預(yù)處理的原水進(jìn)入膜組，在壓力作用下，大部分水分子和微量其他離子透過反滲透膜，經(jīng)收集后成為產(chǎn)品水，通過產(chǎn)水管道進(jìn)入后續(xù)設(shè)備。水中的大部分鹽分和膠體、有機(jī)物等不能透過反滲透膜，殘留在少量濃水中，由濃水管排出。在膜技術(shù)裝置停運(yùn)時(shí)，用產(chǎn)品水自動(dòng)沖洗、擠排存于膜和管道中的高TDS殘水，使停運(yùn)的膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜自然滲透造成的膜損傷，去污除垢，使裝置和膜得到有效保養(yǎng)[5]。

3.2.2 消毒設(shè)備選擇。利用所選設(shè)備將次氯酸鈉通過DN20的ABS管在蓄水池或無塔供水器前加入水體，與水充分混合，達(dá)到消毒的目的。

3.2.3 運(yùn)行成本分析。通過對(duì)水源置換和集中式氟化物處理的水價(jià)進(jìn)行測(cè)算，采用橡膠壩蓄水方式。水源置換后的維護(hù)成本水價(jià)為1.3元/m3，較原來井水的維護(hù)成本水價(jià)1.5元/m3減少0.2元/m3。集中處理運(yùn)行維護(hù)成本水價(jià)為2.09元/m3，其中氟處理成本為0.3元/m3，占運(yùn)行維護(hù)成本水價(jià)的14%左右。具體數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

4 結(jié)語

登封市飲水型氟化物反復(fù)超標(biāo)問題突出，不但影響農(nóng)村飲水安全工程建設(shè)成效，而且影響農(nóng)村居民的飲水質(zhì)量和身心健康，必須建立長效解決機(jī)制，滿足農(nóng)村居民日益增長的高質(zhì)量飲水需求，把黨和國家關(guān)心農(nóng)村生活疾苦的政策落到實(shí)處。本文以提高農(nóng)村供水質(zhì)量為重點(diǎn)，因地制宜地運(yùn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)新方法，通過對(duì)比優(yōu)選，采用水源置換和集中式處理的方法，有效解決了水源氟化物超標(biāo)的問題，同時(shí)對(duì)沒有優(yōu)質(zhì)水源的規(guī)?；こ滩扇〖刑幚淼慕鉀Q方案，為建立飲水型氟化物超標(biāo)地區(qū)供水場(chǎng)站長效運(yùn)行、水質(zhì)持續(xù)達(dá)標(biāo)模式進(jìn)行了實(shí)踐探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]胡波，孫佳佳，石杰，等.超濾膜技術(shù)在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用[J].廣東水利水電，2020（5）：45-49.

[2]董有龍.新時(shí)期如何保障農(nóng)村飲水安全的措施[J].農(nóng)家參謀，2020（6）：159.

[3]馮廣志.村鎮(zhèn)水廠運(yùn)行管理[M].北京：中國水利水電出版社，2014.

[4]中國水利學(xué)會(huì).農(nóng)村飲水安全評(píng)價(jià)準(zhǔn)則：T/CHES 18—2018[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2018.

[5]中華人民共和國衛(wèi)生部，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).二氧化氯消毒劑發(fā)生器安全與衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)：GB 28931—2012[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.