五華縣農(nóng)村地下水質(zhì)變化趨勢對取水口功能的影響

林 送

（五華縣河庫保護(hù)中心,廣東 五華 514400）

0 引言

對于農(nóng)村地區(qū)的居民來說,飲用水供應(yīng)通常是通過小型地下水水質(zhì)凈化系統(tǒng)提供的。在這樣的系統(tǒng)中,更頻繁地報(bào)告供應(yīng)具有不穩(wěn)定質(zhì)量參數(shù)的水的情況[1]。這些問題通常與當(dāng)?shù)氐叵滤Y源狀況有關(guān)。地下水質(zhì)量的惡化可能有自然原因,但主要是由于人為因素造成的[2]。這里應(yīng)該提到表面污染物的釋放和遷移（特別是土壤和動(dòng)物養(yǎng)殖的種植和施肥）以及農(nóng)村地區(qū)的農(nóng)場活動(dòng)[3]。

農(nóng)村小型集中式飲用水質(zhì)量取決于4 個(gè)因素：取水來源、方法和條件,以及水處理過程的效率[4]。整個(gè)配水系統(tǒng)的狀態(tài)也很重要。對飲用水成分和性質(zhì)的研究現(xiàn)在是自來水公司的常規(guī)任務(wù)。在過去的幾十年里,越來越多的村莊一直在使用水資源。生活污水和工業(yè)廢水處理系統(tǒng)的建設(shè)沒有跟上供水系統(tǒng)的建設(shè)。在農(nóng)村地區(qū),污水一般直接排入污水坑,也可排入河流和池塘。導(dǎo)致受納水體和土地受到污染,重金屬、有機(jī)化學(xué)品污染使當(dāng)?shù)厮Y源無法使用[5]。因此,農(nóng)村水資源管理應(yīng)加強(qiáng)水資源的保護(hù)力度。本文旨在通過簡要分析相關(guān)水質(zhì)參數(shù)的變化,解釋農(nóng)業(yè)活動(dòng)、生物進(jìn)展、農(nóng)業(yè)技術(shù)方法、土地利用等對當(dāng)?shù)氐叵滤偷乇硭Y源的影響。迫切需要在資源和地下水保護(hù)方面提供長期資金保障。

1 農(nóng)村地下水取水口水質(zhì)變化分析

近點(diǎn)污染源,垂直水化學(xué)的變化很大,特別是在第一（地下）含水層中[6]。確定塑造地下含水層化學(xué)的過程可以基于該因子的多變量分析。分析應(yīng)考慮到許多數(shù)據(jù)：水化學(xué),水文地質(zhì)條件和土地利用形式。在污染物的遷移中,土壤層的厚度和曝氣區(qū)的厚度起著重要作用。第一個(gè)含水層中地下水化學(xué)成分的大幅度垂直變化已在水文地質(zhì)研究中得到證實(shí)[7]。已經(jīng)觀察到從曝氣區(qū)去除化學(xué)物質(zhì),特別是隨著硝酸鹽,亞硝酸鹽濃度的采樣深度的增加,鈉和鉀減少了。對于二氧化硅,鐵和錳的濃度,由于長期相互作用滲透到地下水中的反應(yīng)依賴性[8]。在農(nóng)村地區(qū)的水中,與污水處理區(qū)相反,硝態(tài)氮的濃度高于每個(gè)含水層中的亞硝酸鹽氮濃度。在每個(gè)含水層中觀察到這種關(guān)系,并表明存在允許氮化合物更快地轉(zhuǎn)變?yōu)檠趸问降臈l件。其他污染源可能會(huì)增加這種情況,例如農(nóng)業(yè)（農(nóng)業(yè)施肥,動(dòng)物養(yǎng)殖）或不穩(wěn)定運(yùn)行的污水處理基礎(chǔ)設(shè)施[9]。

1.1 水中N-NH4+濃度變化分析

氮化合物,特別是銨和硝酸鹽,是地下水質(zhì)量的基本指標(biāo)。水中N-NH4+的來源既可以是天然的,也可以是人為的[10]。檢測地下水中的N-NH4+,這尤其適用于集約化畜牧業(yè),農(nóng)作物或垃圾填埋場。減少點(diǎn)源污染（主要是與動(dòng)物生產(chǎn)有關(guān)的）對農(nóng)村地區(qū)的影響必須監(jiān)測此類污染物。即使已進(jìn)行商業(yè)化養(yǎng)殖,增加的肥料成分也可長期存在于受污染的水中。通過保護(hù)不良的舊井或開放式壓力計(jì)將廢水直接引入含水層。此類行為對地下水質(zhì)量構(gòu)成嚴(yán)重威脅。此外,除氨濃度增加外,其他水質(zhì)指標(biāo)（如微生物指標(biāo)）也會(huì)惡化。

通過地下取水口向村民提供飲用水,該取水口為地下39.0 m 深處的水井。含水層以礫石的形式存在,水在壓力下流動(dòng)。水質(zhì)問題與進(jìn)水中的N-NH4+含量有關(guān)。近年來,水中N-NH4+濃度增加了幾倍。2021 年達(dá)到0.65 mg/L（見圖1）。造成水質(zhì)變化的原因可能是當(dāng)?shù)厮牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境的變化以及各種水文地球化學(xué)環(huán)境中的水混合引起的水循環(huán)系統(tǒng)的變化。

圖1 2016 年～2021 年的原水和凈化水中N-NH4+濃度

1.2 水中元素Fe、Mn 濃度變化分析

非城市化地區(qū)安全性較差的水井水質(zhì)不足也可能表現(xiàn)為過量的鐵和錳化合物。高濃度的N-NH4+在水過濾過程中,鐵、錳元素很難去除。近年來還發(fā)現(xiàn)水中鐵和錳的濃度增加。在2016 年～2021 年,水中鐵、錳元素的濃度呈上升趨勢,2021年分別達(dá)到2.26 mg/L,0.56 mg/L,水中鐵、錳對水處理的效果產(chǎn)生了重大影響（見圖2）。

圖2 2016 年～2021 年的原水中鐵錳濃度

當(dāng)?shù)厝∷谙? 個(gè)村莊供水,水處理站的改造包括降低過濾速度、因過濾器堵塞而頻繁清洗濾床以及經(jīng)常清潔或更換曝氣器裝置。此外,為了改善空氣/水混合機(jī)中的曝氣過程,增加供氧量。

1.3 水中元素硝酸鹽氮濃度變化分析

淺層地下水由于易受污染而且與地表污染物的滲透隔離不良。農(nóng)業(yè)活動(dòng)對地下水成分的影響表現(xiàn)出很高的空間變異性。在農(nóng)村地區(qū)的淺層地下水中,特別注意超過硝酸鹽氮濃度飲用水限值。因此,硝酸鹽污染是污水管理不當(dāng)?shù)慕Y(jié)果,包括保護(hù)不充分的泥漿。2016 年～2021 年,進(jìn)水中硝酸鹽濃度逐漸增加（見圖3）。水質(zhì)變化的原因是在取水口周圍的農(nóng)業(yè)活動(dòng)（種植、施肥）,在取水口附近還長期存放糞便。采用離子交換法提高水質(zhì)：安裝了兩個(gè)離子交換柱,用鹽水對床層進(jìn)行再生。自2014 年以來,除了硝酸鹽濃度升高外,總大腸菌群也被檢出。消毒水所用的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉進(jìn)水口,在停工期間,水以桶的形式輸送給客戶,總大腸菌群等指標(biāo)的檢出與農(nóng)村地區(qū)的污水管理不善有密切關(guān)系。

圖3 2016 年～2021 年的原水中硝酸鹽濃度

C 村進(jìn)水口的水供應(yīng)給2 個(gè)村莊。從2016 年開始,檢測到的錳濃度偏高,此外,水中的微生物污染也越來越多。兩口井中,第一口井的深度為地平面以下28 m,已作為備用井,第二口井的深度為地平面以下24 m。自2016 年起,盡管井中有周期性消毒,但處理水中的菌落總數(shù)始終高于100 CFU/mL。通過連續(xù)用氯消毒水,消除水中微生物的影響。C 村的每口井都沒有天然的隔熱層,在這種情況下,取水口的位置及其地質(zhì)特征對于水安全非常重要,特別是從微生物學(xué)的角度來看。這是因?yàn)樽罱迩f的污水管理不足。在該取水口附近（最近的村莊）,污水泄漏規(guī)模收集和處理系統(tǒng)超過90%。

2 地下水資源保護(hù)建議與措施

基于這些原因,筆者強(qiáng)調(diào)保護(hù)區(qū)的重要作用,包括直接保護(hù)區(qū)和間接保護(hù)區(qū)。在所述取水口的情況下,這些區(qū)域可減少廢水對地下水質(zhì)量的負(fù)面影響。D 村取水口為該村141名居民供水。地下水從地下37 m 深處通過一口鉆孔抽取,水被引至水處理廠,用常規(guī)工藝進(jìn)行處理。然而,進(jìn)水中的鐵濃度增加導(dǎo)致了水處理廠的運(yùn)行問題。由于當(dāng)?shù)厮牡厍蚧瘜W(xué)環(huán)境的變化,水質(zhì)惡化。這些現(xiàn)象的后果是水處理效率的下降。凈化水中錳的濃度增加,錳的問題是由于水中氧濃度過低造成的。除鐵后水中的氧含量不足以氧化錳。為了有效地去除水中的鐵（盡管原水中的鐵濃度不斷增加）,通過濾床的水流速度降低。同時(shí)采用高頻除氣器清洗。

3 結(jié)語

農(nóng)村地區(qū)的地下水質(zhì)量很大程度上取決于人為因素,尤其是農(nóng)業(yè)活動(dòng)的類型和強(qiáng)度以及廢水管理方法。介紹了2016 年～2021 年廣東某地農(nóng)村小型取水口地下水質(zhì)的研究結(jié)果：鐵、錳元素、N-NH4+、硝酸鹽的含量呈上升趨勢。由于這些原因,迫切需要對農(nóng)村地下水加強(qiáng)保護(hù)力度。