天津市農村集中供水地下水源水質條件及水處理技術調查

張艷芬　萬瑤

摘 要： 農村飲水問題歷來是民生大事，調查天津市農村集中供水水質及水處理狀況，對保障農村飲水安全，提高農民生活質量，加快社會主義新農村建設非常必要。通過調查天津市農村集中供水水質條件和水處理技術，本文提出了適宜天津市農村集中供水不同水質條件的水處理技術。結果顯示：受天津市特殊地理位置以及水文地質結構影響，農村集中供水地下水源存在4種水質，包括F-超標、苦咸水、色度超標和一般無特殊水質，分別采取反滲透處理技術、一體化凈水處理技術以及常規消毒處理技術。依據水質處理效果得出：天津市農村集中供水地下水源高氟、苦咸水宜采用反滲透處理技術；高色度水宜采用一體化凈水技術；一般無特殊水質宜采用常規二氧化氯消毒處理技術。

關鍵詞：天津市農村集中供水；地下水源；水質條件；水處理技術；調查分析

中圖分類號：R123.9 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.023

Investigation on Groundwater Quality Conditions and Water Treatment Technology in the Rural Centralized Water Supply Area of Tianjin City

ZHANG Yan-fen， WAN Yao

（Tianjin Hydraulic Research Institute， Tianjin 300061， China）

Abstract：The problem of rural drinking water has always been the particularly important events of the people. To protect the safety of drinking water in rural areas， to improve the quality of life of farmers and to accelerate the construction of new socialist countryside， the investigation focused on the quality of drinking water and treatment technology in rural areas of Tianjin is very necessary. By investigating the water quality and water treatment technology of rural centralized water supply in Tianjin City， this paper presented the appropriate groundwater treatment technology for different water quality conditions in the rural centralized water supply of Tianjin City. The results showed that in the influence of the special geographical position of Tianjin and the hydrogeological structure， there were four kinds of water quality in the rural centralized groundwater supply of Tianjin City， including excessive fluoride， brackish water， excessive chroma and general water quality， they were respectively taken measures of reverse osmosis technology， integrated water treatment technology and conventional disinfection technology. Basing on the effect of water treatment， it is showed that excessive fluoride and brackish water is appropriate to reverse osmosis treatment technology. Excessive chroma groundwater is suitable for integrated water treatment technology. General groundwater is fit of conventional chlorine dioxide disinfection technology.

Key words： Tianjin City centralized water supply in rural areas；underground water source；water quality conditions；water treatment technology；investigation and analysis

農村飲水問題歷來是民生大事，美國等發達國家早在20世紀80年代就開始農村安全供水的各項關鍵技術研究。我國的農村飲水安全工作相對比較落后，2006年以前，基本屬于飲水解困階段，2006年以后，開始全面轉向以保障飲水安全為中心的新的歷史階段。“十一五”期間，天津市水務局把農村飲水安全工程作為重點建設項目實施，全市累計完成飲水安全工程投資7.33億元，受益人口145.41萬人，天津市提前一年全部完成了國家下達的“十一五”規劃建設任務。隨著任務的完成，目前已基本解決了農村飲水水源保證率問題，從根本上改變了農村的供水狀況，提高了農村居民生活質量，加快了社會主義新農村建設。

然而，受天津市特殊地理位置以及所轄區域的水文地質結構特點的影響[1]，農村飲水水質尚存在不安全情況[2-4]，筆者在調查天津市農村集中供水地下水源水質條件及水處理技術的基礎上，提出了天津市農村集中供水適宜的水處理技術，為保障天津市農村供水安全，構建社會主義和諧社會提供科學依據。

1 天津市農村集中供水概況

1.1 農村集中供水概述

農村集中式供水是指以村、鎮為單位，從水源集中取水、水質凈化處理后并通過輸配水管網送到用戶或者集中供水點的供水系統，包括自建設施供水[5]。本研究調查的集中式供水工程為集中供水人口≥200人，且有輸配水管網的供水工程。

集中式供水工程類型有多種，包括單村集中供水工程和聯村集中供水工程。單村工程指單個村的集中供水工程；聯村工程指跨鄉鎮、跨行政村的集中供水工程。

集中式供水工程供水方式有2種，包括供水到戶和集中供水點供水。供水到戶指輸配水管網通到村鎮居民的供水方式，集中供水點指輸配水管道終端集中在公共取水點的供水方式。集中式供水工程按供水規模可分為5種類型，見表1。

1.2 農村集中供水水源

依據水利普查成果以及結合現場實際調查，天津市農村集中供水水源有2種類型，包括地下水和地表水，其中：地表水為引灤入津水，地下水為深層地下水。

天津市20 m3·d-1（200人）及以上農村集中供水工程共2 578處，其中：地表水源的供水工程有62處，2011年地表水實際供水人口97.20萬人，地表水實際供水量4 983.22萬m3；地下水源的供水工程有2 516處，2011年地下水實際供水人口350.55萬人，地下水實際供水量13 738.44萬m3，詳見表2。因此，天津市農村集中供水水源以深層地下水為主。

2 天津市農村集中供水地下水源水質條件

經實際調研，天津市農村集中供水地下水源有4種條件水質（表3），包括F-超標、苦咸水、特殊水質（色度超標）和一般無特殊水質。其中：①F-超標：除津南區、西青區2個區縣外，薊縣、寧河縣、武清區、寶坻區、東麗區、北辰區、濱海新區、靜海縣共8個區縣的部分區域農村集中供水水源均存在氟含量超標情況；②苦咸水：濱海新區、靜海縣2個區縣農村集中供水水源均存在苦咸水情況；③特殊水質（色度超標）：在武清區大堿廠、崔黃口、曹子里、下伍旗地區存在色度超標，水質發黃情況；④一般無特殊水質：指經水質化驗，各項衛生指標均滿足生活飲用水衛生標準要求[6]，津南區、西青區以及各區縣部分區域均有符合一般無特殊水質的飲用水。

3 天津市農村集中供水水處理技術

經實地調研，天津市農村集中供水工程地下水源水處理模式主要有3種，包括在F-超標、苦咸水或者2項指標同時超標地區，采用反滲透處理技術；對一般無特殊水質主要采用常規消毒處理模式；對特殊水質（色度超標）采用一體化凈水處理技術。

不同水處理技術條件下水質化驗效果表明（表4）：①高氟、苦咸水經過反滲透技術處理后水質脫鹽率高，離子去除率達85%以上，水質能夠符合生活飲用水衛生標準要求；②特殊水質（色度超標）經過一體化凈水技術，色度去除率達50%以上，水質能夠符合生活飲用水衛生標準要求；③一般無特殊水質采用常規消毒處理技術，水質可以符合生活飲用水衛生標準要求。

3.1 反滲透技術在去除地下水源中高F-和苦咸水的應用

3.1.1 工程概況 該集中除氟降鹽工程選在天津市靜海縣中旺鎮，當地深層地下水為苦咸水，總固溶物（TDS）為1 400～1 600 mg·L-1的，氟化物含量為3.0 mg·L-1。工程安裝了以色列泰禾公司的苦咸水淡化除氟設備，設備的產水能力為3 t·h -1，得水率為83%。

3.1.2 反滲透技術原理及優點 反滲透技術原理：在濃溶液一邊加上比自然滲透更高的壓力，扭轉自然滲透方向，把溶液中的離子壓到半透膜的另一邊，這與自然界的正常滲透過程相反，故稱之為“反滲透”，這種裝置稱為反滲透裝置[7-14]。

反滲透法對總硬度、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、氟化物的去除率較高，出水水質優于國家生活飲用水衛生標準。與其他水處理方法相比，具有無相態變化、常溫操作、設備簡單、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、適應范圍廣、自動化程度高和出水質量好等優點。

3.1.3 反滲透技術工藝流程 高氟地下水源經深井泵提升后輸送至制水車間進行處理，制水車間是該工藝的核心部分，它包括凈水預處理設備、反滲透RO主機、臭氧消毒系統、成品儲水罐、自動罐裝系統。凈水預處理工藝部分包括原儲水罐、原水提升泵、機械過濾器及活性碳過濾器；反滲透RO主機部分包括保安過濾器、增壓水泵、RO膜堆、成品水罐、膜堆清洗輔助系統等；自動罐裝部分包括洗桶、上桶、罐裝、封蓋、噴碼、燈檢、輸送等全部自動過程。

具體流程如圖1所示。原水首先進入儲水罐，經提升泵打入機械過濾器及活性碳過濾器完成預處理工序；而后再經串聯的增壓泵將水打入納濾（RO）主機，處理后的凈水進入成品水罐，待消毒后進行自動罐裝，消毒劑為臭氧，不能回收的濃水排入下水道。收回的空桶首先經過啟蓋、外洗或粗洗，再經內洗進行初沖洗、消毒、再沖洗等多道程序的處理，潔凈的空桶便可以開始罐裝、封蓋、噴碼、燈檢、輸送等完成全部自動過程。

3.1.4 水處理效果分析 依據反滲透技術處理前后的水質化驗結果可知，總固溶物降低到1 000 mg·L-1以下，氟化物含量小于1 mg·L-1。TDS和氟化物的脫除率都在95%以上，甚至達到98%。該技術解決了源水中高氟、苦咸水的問題，TDS和氟化物含量均已達到并優于國家最新頒布的生活飲用水衛生標準，處理后的水質可作為理想的生活飲用水源。具體各項指標見表4。

綜上，從水質處理效果分析，反滲透處理技術可作為去除天津市農村集中供水地下水源中高氟、苦咸水的有效方法。

3.2 一體化凈水技術在去除地下水源中高色度的應用

3.2.1 工程概況 該工程選擇武清區大堿廠鎮農村集中供水工程，當地深層地下水為黃水，色度嚴重超標，含量為40。該工程新建600 m3清水池1座，采用一體化凈水設備，安裝處理能力100 t·h-1凈水設備1套、恒壓變頻設備1套，日供水能力2 400 t，鋪設管網188.616 km。該工程供水范圍包括：黃官屯等15個村3 130戶，10 235人，用水量標準取100 L·人-1·d-1進行供水。

3.2.2 工藝流程 一體化凈水構筑物內部結構：絮凝池、沉淀池、過濾池、消毒設施。工藝流程如圖2所示：源水由提升泵進入絮凝池發生高濃度絮凝反應，絮凝劑采用聚合氯化鋁Al2Cl3，源水中懸浮雜質、膠體顆粒、部分微生物、細菌在絮凝劑的作用下失穩，產生大塊的絮凝體，絮凝體進入沉淀區后流速減緩，泥水分離，經沉淀池后大部分懸浮物質和膠體顆粒已經去除。之后過濾池對懸浮物質和膠體顆粒基本清除，最后經二氧化氯消毒進入清水池。

3.2.3 水處理效果分析 通過一體化凈水處理前后的水質化驗結果可知，色度去除率達到55%，該一體化凈水設備解決了原水中色度嚴重超標問題，處理后的水質可作為生活飲用水源。具體各項指標見表5。

綜上，從水質處理效果分析，一體化凈水技術可以作為去除天津市農村集中供水地下水源中色度超標的處理技術。

3.3 常規消毒技術在一般無特殊水質中的應用

地下水水源為無特殊水質時，按照農村生活飲用水要求進行常規消毒處理。一般通過二氧化氯發生器進行二氧化氯消毒，該項技術殺菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持續時間長，可以保持剩余消毒劑量。

通過對全市符合一般無特殊水質要求的多個集中供水廠進行調研，依據消毒處理前后的水質分析報告可知，水質均可以滿足國家最新頒布的生活飲用水衛生標準。設備見圖3。

4 結 論

通過調研天津市農村集中供水工程地下水水源、不同水質條件以及水處理技術，依據水質處理后效果，提出天津市農村集中供水地下水源不同水質條件適宜的水處理工程技術，結論如下。

（1）天津市農村集中供水水源以深層地下水源為主。

（2）受特殊地質狀況以及水文環境等的影響，天津市農村集中供水地下水源有4種水質，包括F-超標、苦咸水、特殊水質（色度超標）和一般無特殊水質。

（3）農村集中供水地下水源水質水處理效果表明：反滲透處理技術可以作為天津市農村集中供水地下水源高氟、苦咸的處理技術；一體化凈水技術可以作為天津市農村集中供水地下水源降低色度的處理技術；一般無特殊水質宜采用常規二氧化氯消毒處理技術。

參考文獻：

[1] 天津市地質礦產局. 天津市地質環境圖集[M]. 北京：北京地質出版社， 2004 （4）： 121-125.

[2] 馮利紅， 曾強， 王洋， 等. 天津市農村飲用水現狀調查與對策研究[J]. 中國預防醫學， 2011，12（5）： 412-414.

[3] 劉昌漢，劉永笑. 地方性氟中毒防治指南[M]. 北京：人民衛生出版社， 1988.

[4] 陳健. 水質分析大全[M]. 重慶：科學技術文獻出版社重慶分社， 1989.

[5] 國務院第一次全國水利普查領導小組辦公室. 水利工程基本情況普查第一次全國水利普查培訓教材之三[M]. 北京：中國水利水電出版社， 2010： 155-158.

[6] 中華人民共和國衛生部國家標準化管理委員會. GB 5749—2006. 生活飲用水衛生標準[S]. 北京：中國標準出版社，2006.

[7] Reardon E J， Wang Y. A limestone reactor for fluoride removal from wastewaters [ J]. Environ Sci Technol， 2000， 34：3 247-3 253.

[8] Singh G， Kumar B， Sen P K. Removal of fluoride from spent pot line leachate using ion exchange [J]. Water Environ Res， 1999， 71：36-42.

[9] Raichur A M， Basu M J. Adsorption of fluoride onto mixed rare earth oxides [J]. Sep Purif Technol， 2001， 24：121-127.

[10] Meenakshi， Maheshwari R C. Fluoride in Drinking Water and Its Removal [J]. Journal of Hazardous Materials， 2006， B137： 456-463.

[11] 仇振琢. 高氟水處理及其凈化[J]. 水處理技術， 1987，13（1）： 44-46.

[12] 尚天寵. 反滲透技術在苦咸水淡化過程中的應用[J]. 工業水處理， 1998，18（2）： 33-36.

[13] 張威， 楊勝科，費曉華. 反滲透技術去除地下水中氟的方法[J]. 長安大學學報， 2002，22（6）： 116-118.

[14] 王立新，郭顏威，王秀明. 苦咸水淡化處理方法探討[J]. 安全與環境工程， 2006，13 （1）：66-69.