湖南巖溶地區農村飲用水水質處理技術研究
——以婁底市新化縣南塘村為例

張文萍，李桂元，劉思妍

（1. 湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128；2. 湖南省水利水電科學研究所，湖南 長沙 410007）

湖南巖溶地區農村飲用水水質處理技術研究
——以婁底市新化縣南塘村為例

張文萍1，李桂元2，劉思妍2

（1. 湖南農業大學工學院，湖南 長沙 410128；2. 湖南省水利水電科學研究所，湖南 長沙 410007）

為了解湖南省巖溶地區村民飲用水水質情況，解決湘西北、湘東南山丘區居民飲用水安全問題，對新化縣白溪鎮南塘村進行相關調研，并對當地山泉水、自來水水質進行檢測。結果表明，南塘村水質總硬度偏高，90%以上村民有結石病，飲水不安全問題嚴重危害了居民的身體健康，制約了當地經濟的發展。針對實際情況，以該村為集中供水試點，提出一種適用于山丘地區自然村莊的小型集中供水水質處理技術。

水質處理；總硬度；集中供水；巖溶地區；山丘區；湖南

地下水作為良好的淡水資源，主要來源于大氣降水及其下滲補給。我國約有1/4地下水分布在巖溶地區。因此，巖溶水在巖溶地區城市與農村的供水系統中占有重要地位。而碳酸鈣含量高導致的硬度超標對水質影響最大。長期飲用高硬度的水容易造成身體中鈣鎂過量。有研究表明，腸道鈣過量會引起缺鐵和缺鋅、高鈣尿癥，這易引發泌尿系統結石病；骨骼過早鈣化會限制寶寶長骨發育，影響身高和智力，骨質變脆易引起骨折。過量鎂在人體中積累，有可能引起高鎂血癥，還可導致中樞抑制、心臟傳導紊亂和心律失常等[1-5]。

地下水是湖南省重要的飲用水源，讓群眾喝上“放心水”，是農村經濟、經濟發展的必要要求，是全面建設小康社會的重大舉措。近年來，地下水質改良被省委、省政府列為每年必辦的八件實事之一。湖南省巖溶地區地域分布廣，其中湘西北、湘東南山丘區有大量巖溶地區，該地區村民長期受飲用水水質硬度超標的危害。為有效解決這一問題，開展巖溶地區農村飲用水處理技術研究與應用，引入水處理新的技術方法，使其達到飲用水水質標準要求，保障居民飲水安全非常必要。

1 南塘村飲用水現狀

白溪鎮南塘村位于湖南省婁底市新化縣城北部15 km處，資江水穿境而過。土地面積8 hm2以上，人口500～700人，農民長年外出打工，常住人口僅有60余人，人均純收入不明。南塘村主要地表水資源為資江水，另有山塘、河壩若干，地表水資源較豐富。自柘溪水庫修建后，水質變差，水體污染越來越嚴重，造成水質性缺水。調查表明，1996年前以資江水為飲用水源，水源未經凈化處理飲用不衛生，1996年一次洪水，當地村民發現一處山泉水點，在未做水質采樣化驗報告、勘測資料前提下，居民集資修建小型集中供水工程，此后以發現山泉水為水源，儲水池水未經消毒、過濾，直接供水以滿足全村用水需求，飲水不安全人數500～700人，有群眾反映水燒開后產生白色漂浮物。長期飲用不達標水，健康受影響人數逐年增加，結石病高發，全村90%以上村民有結石病（腎結石、尿結石、膽結石等），有80%以上村民因結石病住過醫院，甚至有因長期喝生水，30多歲的村民由尿結石轉化為尿毒癥去世，飲水不安全問題嚴重危害了居民的身體健康，制約了當地經濟的發展。隨著社會主義新農村建設的深入，水資源供需矛盾將更加突出，目前的取水方式和水質，遠遠不能滿足人們的生產、生活需求。因此，提出適用于山丘區自然村莊的小型集中供水水質處理技術，解決該村飲用水不安全問題，是當地干部、群眾盼望已久的惠民工程，也是政府部門迫在眉睫需要解決的民生問題。

2 南塘村飲用水水質分析

選擇指標是進行水質測量分析的前提，試驗于2015年5月5日對婁底市新化縣南塘村山泉水、自來水水質分別進行指標檢測，其結果為山泉水和自來水其他指標低于《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）指標限值，而總硬度（以CaCO3計）220 mg/L，低于指標限值450 mg/L，但高于150 mg/L，為Ⅱ地下水優質水，屬于中硬水（見表1）。

表1 南塘村山泉水、自來水水質檢測結果（mg/ L）

隨著南塘村經濟的迅速發展，特別是全面建設小康社會的推進及社會主義新農村的建設，鎮域經濟快速增長，經濟結構進一步改善，綜合實力進一步增強，但目前南塘村居民飲水水質和取水方式，與日益增長的物質文明不相適應。解決農村飲用水安全問題得到各部門的支持和群眾的擁護。

3 小型集中供水水質處理技術研究

3.1 水源選擇

根據當地下水、地表水均可滿足要求時，宜優先采用地下水和泉水水源原則，該小型集中供水工程水源為山泉水。

3.2 集中供水工程規模

該工程是解決生活飲水問題，故工程按設計人口的生活飲用水量、水廠自用水量、管網漏失水量和未預見用水量進行需水量計算。該供水范圍內有飲水不安全人口700人，工程設計年限為15 a，設計水平年為2015年，人口增長率取白溪鎮總體規劃中遠期人口綜合增長率6.92‰，根據《村鎮供水工程技術規范》，本工程供水規模W＜200，屬于V區，Kh=2.3～3.0，設計取2.3，日變化系數，工程采用全日制供水，每日供水時間為24 h，日變化系數Kd=1.5，村民長期外出打工，村鎮企業和專業戶飼養畜禽用水為0。

經計算，供水設計人口為846人（見表2），供水規模為78.82 m3/d.（見表3）。

表2 白溪鎮南塘村居民設計人口及生活用水量計算

表3 白溪鎮南塘村供水規模計算

3.3 水質處理技術方案比較

目前去除水中硬度可以通過煮沸法、化學法、離子交換法、膜法等方法[6-8]。各種軟化處理方法各有特點，實際應用中需要經驗與實踐相結合，根據不同要求選用不同的軟化工藝。而鄉鎮水廠考慮經濟、技術要求，多釆用藥劑軟化和離子交換法，離子交換法造價高、運行費用高和操作繁瑣，而藥劑軟化法石灰乳價格低廉、來源廣泛，運行成本低，如與絮凝過程同時進行，既可降低水的硬度、總硬度和溶解性總固體含量，也可以去除水中的鐵，使水質達到生活飲用水標準。陳濤[4]對兩種工藝進行了進行經濟技術分析，結果表明，石灰軟化工藝基建與設備投資高于離子軟化工藝，而運行成本低于離子軟化工藝；離子交換工藝雖具有較高的硬度去除率，但是不能去除水中的暫時硬度，而石灰軟化法則能夠去除水中的HCO3-離子，從本質上解決了水燒開后產生漂浮物的問題。鐵中用[3]分別釆用3種絮凝劑進行水質硬度去除率試驗，結果表明出水硬度不能滿足飲用水標準要求，而采用石灰乳軟化試驗，石灰乳最佳投加量為140 mg/L時，出水總硬度402 mg/L，滿足濾池進水要求，如另行投加純堿量>40 mg/L，總硬度去除率逐漸增大，因此通常對高硬度水釆用石灰乳藥劑軟化法[9-10]。

鑒于以上分析研究，該集中供水工程以山泉水做水源，水源清澈、透明、無污染源，水質檢測結果只有總硬度偏高（220 mg/L），其他指標均達到居民飲用水水質標準。考慮到后期運行成本，管理方便、經濟技術等問題，釆用石灰軟化絮凝法，凈水工程主要由混合反應池，沉淀池、濾柱、凈化設備和清水池組成。其工藝流程見圖1。

圖1 集中供水工程工藝流程

經分析研究，石灰軟化絮凝法Ca（OH）2和PAC投入量分別以290～360 mg/L和44～49 mg/L最佳，處理后總硬度可降到110 mg/L，符合生活飲用水衛生標準要求，石灰軟化工藝比離子交換工藝成本減少0.5元/t。日處理規模78.82 m3，出水可達到《生活飲用水水質衛生標準》(GB5749-2006)標準要求。

由于農民人均可支配收入逐年增加，農民對未來水價的承受能力將逐年增大。按目前城市供水水價、每戶年用水量為150 t計算，總價僅450元，農民應能承受目前水價，對未來水價的也具有承受能力。

4 結 語

項目主要針對巖溶地區內飲用水水質硬度過高問題開展山丘區自然村莊小型集中供水水質處理技術的研究，突出針對性和社會公益性，集中供水工程的修建可改善水環境，避免農戶無序開發地下水，能提供穩定、清潔地下水源，解決當地日益激化的水資源缺乏矛盾，亦可降低結石病的復發，直接取得顯著的環保效益和社會效益，為農村飲用水安全工程的實施提供現實指導意義。

[1] 張 華. 國內外除硬技術現狀研究[J]. 工業水處理，2011，（12）：5-8

[2] 李紅艷，李亞新，李尚明. 水的硬度對氫離子交換樹脂軟化處理水的影響[J]. 太原理工大學學報，2010，（1）：56.

[3] 鐵中用. 地下水硬度去除技術研究[D]. 濟南：山東建筑大學，2013.

[4] 陳 濤. 用石灰軟化—絮凝法處理地下水水源硬度試驗研究[D].武漢：華中科技大學，2012.

[5] 李向東，陳 燁 ，喀斯特地區高硬度水質和重金屬污染對人體健康的影響[J]. 水利水電技術，2014，（1）：71-73.

[6] 孟惠平，李冬莉，楊延哲.鈣與人體健康[J]. 微量元素與健康研究 ，2010，（5）：39-42.

[7] Song Y F，Xu J. Performance of UF-Nf integrated membrane process for seawater softening[J]. Desalination，2011，（276）：109-116.

[8] 石 玉. 濃水中總硬度及鈣鎂離子的去除實驗研究[D]. 太原：太原理工大學，2010. 7.

[9] 汪 聰. 小型水廠凈水工藝技術改造論證[J]. 建筑規劃與設計，2013（1）：150-151.

[10] 董麗華，宋廣波. 鈉離子交換法在平陰縣自來水生產中的應用[J].農村水利，2001，（4）：38-39.

（責任編輯：高國賦）

Rural Drinking Water Treatment Technology in Hunan’s Karst Region with Nantang Village as a Case

ZHANG Wen-ping1，LI Gui-yuan2，LIU Si-yan2
（1. College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Hunan Water Resources and Hydropower Research Institute, Changsha 410007, PRC）

In order to investigate the villagers’ drinking water quality condition in karst regions of Hunan Province and to solve the residents’ drinking water safety problems in mountain areas of northwest and southeast Hunan, this study was conducted on related conditions to test the quality of local mountain spring and water supply at Nantang Village, Baixi Town, Xinhua County. The results show that the total hardness of the ground water quality has been relatively high at the village where more than 90% of the villagers have suffered from lithiasis, and the drinking water unsafety has seriously jeopardized the health of the residents and restricted the development of local economy there. And the centralized water supply has been put into experiment at the village against the above related actual situation with the water treatment technology of small centralized water supply project suitable for natural villages in hill areas.

water treatment; total hardness; centralized water supply; karst region; mountain area; Hunan

TU991.2

A

1006-060X（2015）11-0086-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.026

2015-9-30

湖南省水利廳項目

張文萍（1977-），女，山西文水縣人，副教授，主要從事水利水資源研究。