西北地區窖水水質及其凈化技術研究

摘要：指出了窖水的利用是我國西北大部分地區解決人畜飲水需求的主要形式之一。針對水窖集蓄雨水中出現的水質問題，對不同材質的水窖貯水和窖水水質的變化過程進行了探究，總結了改善窖水水質的途徑方法，分析了各工藝的利弊。

關鍵詞：西北地區；水窖；水質變化；技術應用

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2017）12008603

1引言

我國西北大部地區水資源短缺，當地居民常通過院落、屋面、寬闊場地及道路收集雨水，采用儲水桶、水窖等方式蓄存雨水，以保證人畜生活飲用。但是，雨水降落時常受到大氣污染物的影響，且在地表徑流中易攜帶泥沙等無機物、畜禽糞便等固體雜質、化肥農藥等污染物[1]。雨水儲存較長時間后會滋生大量細菌，甚至出現肉眼可見的水生動植物，而常用的窖水存在SS、COD、NH+4-N含量及菌落總數、大腸桿菌群、pH指標嚴重超標等水質問題，長期飲用將嚴重危害居民的身體健康[2，3]。因此，研究窖水水質的變化特點，運用簡單高效的水處理技術解決其嚴重超標問題，對改善居民的生存環境和促進社會的和諧發展有重要的意義。

2水窖的類型及特點

水窖是常見的雨水集蓄形式之一，應用較為廣泛的是小型水窖，主要滿足人畜用水需求，此外還有集中規劃的大型水窖工程來補充農業方面的需要。水窖的形狀大概有球形、圓柱形、瓶形和窯形4種[4]，不同的水窖材質對水質的影響較大，具體參數比較如表1所示。

表1水窖分類及參數比較

類型材質體積/m3防滲技術特點

球形混凝土20～30水泥砂漿抹面或者塑膜經久耐用，施工技術要求較高

圓柱形混凝土澆筑，以磚塊修筑50水泥砂漿或膠泥抹面蓄水量、體積較大，防滲技術要求較高

瓶形磚砌、混凝土、塑膜等20～50水泥砂漿或膠泥抹面施工較簡單，深度較大

窖形混凝土50～100水泥砂漿抹面施工要求較高，投資大，多服務于果園或經濟作物

3窖水水質的變化過程

研究發現[5]，窖水中的SS、NH+4-N、COD及總細菌數等指標，在物理、化學與生物化學作用下的變化可分為3個過程：初期沉降過程（1～15 d）、中間過渡過程（15～100 d）和后期穩定過程（100～250 d）。

3.1初期沉降過程

初期匯流過后窖水的水質與集雨面的特征息息相關，匯流結束后窖水不受外界干擾，此時SS、NH+4N、COD及總細菌數等指標快速降低。初期沉降主要以泥沙顆粒等無機雜質的自由沉降為主，同時，由于顆粒雜質的界面有很強的吸附能力，使得水中的各污染物部分轉移到顆粒雜質的表面，從而污染物指標也隨著顆粒雜質沉淀而降低。除此之外，水相中存在微生物的降解作用也可使溶解氧被消耗。

3.2中間過渡過程

此階段，污染物指標仍然呈下降，但具有一定的波動性。窖水SS的降低主要屬于沉速非常緩慢的一種膠體“穩定體系”，細菌類微生物的生長經歷加速增殖期、延滯增殖期、穩定期及內源呼吸期。同時，隨著COD和微生物逐漸減少，耗氧速率隨之減小使得窖水中DO逐漸增大而有所恢復，另外，隨著有機物抑制作用的降低，硝化反應也在適宜的環境下得到進行，NH+4-N濃度逐漸降低。

3.3后期穩定過程

后期窖水水溫較低，維持在10℃以下，加之微生物的降解作用降低，窖水中各污染物指標處于動態平衡狀態，水質變化不大。

4改善窖水水質的技術應用

4.1粗濾慢濾技術

生物慢濾技術可通過濾料的物理吸附和截留、微生物降解作用有效的處理微污染水體，對水中COD、NH+4-N、重金屬、感觀指標及細菌總數等污染物有良好的去除效果[6]。不過，傳統慢濾技術對進水濁度的要求較高，采用粗濾作為慢濾的前置預處理單元，可有效降低慢濾池的進水負荷，而粗濾慢濾設備無需附加投藥，操作管理簡單方便，適用于改善西北地區的分散式窖水水質[7]。李鵬等人[8]研究的家用型生物慢濾裝置主要依賴濾料表面生成的生物膜對窖水進行消毒和生化反應，無需消毒設施和任何藥劑，更不需要反沖洗和相關設施，成本極低，村民接受度也較高，但體積較大，處理量相對較小。

4.2陽光消毒-生物砂濾池

王進喜等人[9]在對傳統濾池進行改造的基礎上結合陽光消毒，研制出陽光消毒-生物砂濾池（Solar water disinfection-biosand filter，SBF），將其作為農戶末端的凈水設備，置于農戶用水點上。該設備將物理過濾和生物過濾兩者集合在過濾室內，從而進行顆粒物雜質等的遷移、粘附和生物降解過程，且除去部分的病毒微生物。在沉淀消毒室內，利用光氧化催化降解作用達到殺滅水中病原類微生物的目的，同時通過雜質沉淀分離和底部排泥措施保證了清澈的出水。最終，簡易的SBF家庭水處理設備可在低耗環保的前提下將微污染水體處理至合格飲用水。

4.3活性炭-石英砂生物過濾技術

生物過濾技術將傳統的過濾與生物膜結合起來，可以很好的去除微污染水中的COD、NH+4-N、Fe、Mn和無機顆粒雜質等污染物質，大幅提高窖水飲用的安全和穩定性。岳麗芳[10]采用活性炭-石英砂生物過濾技術，研究該生物過濾技術對模擬窖水以及實際窖水的去除效能，結果表明工藝對實際窖水有良好的去除效果，COD、NH+4-N和濁度的去除率分別可達到53%、71%、88%，出水水質滿足GB5749-2006標準，說明該技術在改善西北窖水水質中具有一定的可行性。

4.4超濾技術

膜技術具有高效、低耗節能、工藝簡單易控制等優點，是西北農村窖水處理的較佳選擇之一。隨著科技的進步，濾膜成本持續降低，操作水平逐漸提高，超濾技術在農村的窖水水質改善中的推廣和應用也逐漸嶄露頭角[11]。當前，雖然膜污染仍是限制超濾技術應用的主要因素，不過按照不同水質特點，通過合理選擇濾膜參數、優化工藝運行條件以及對進水進行預處理等途徑，可以確保系統長期有效地穩定運行和對水質改善效果。

4.5其他技術

對水質要求較高時也可采用強化混凝手段處理窖水，武福平等[12]使用PAC來強化PAFC混凝，研究表明投藥量、攪拌強度和時間適合時，對濁度和COD均有很好的去除效果。此外，馬娟等[13]研究了活化沸石對大腸桿菌、高分子有機物以及表面活性劑的去除效果，特別是對大腸桿菌的去除率達到了99.9%，說明活化沸石也可以大幅度改善窖水水質。目前，常見的窖水水處理設備除了上述的小型超濾設備、粗濾慢濾生物過濾設備外，還有水力自動微絮凝—生物過濾設備，該設備操作方便，無需耗能可自行反沖，但體積偏大，另外微濾+光催化水處理設備由于其技術先進，耗能少也值得關注，但是催化劑的問題突出，成本和運行費用偏高，且很大程度上依賴于天氣[1]。合理安全的消毒措施也可以大大改善飲用水水質和安全問題，作為村民生活飲用水時，應堅持高溫消毒、煮沸后飲用。另外，定期投入漂白粉也是常用的消毒方法，當水質濁度居高不下時也可投加一定量的明礬。

2017年6月綠色科技第12期

史登峰：西北地區窖水水質及其凈化技術研究

環境與安全

5結語

（1）不同水窖材質對水質的影響較大，窖水水質也隨著時間加長而逐漸變化直至達到穩定期，選擇集雨面材質、窖址和水窖類型時，需重點考慮當地的氣候差異、地域差異和水污染環境的不同，合理優化水窖結構和加強水窖管理。

（2）針對我國西北地區農村地區窖水污染狀況和水質的波動變化，技術應用選擇時在保證用水水質安全的基礎上，需重點考慮經濟成本的大小和操作的簡易程度，同時須考慮到應用設備在農村地區四季變化下運行的可行性，做好降溫或者保溫措施。

參考文獻：

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[13]馬娟，朱琨，楊建濤.沸石在集流雨水中的應用研究（2003）[J].甘肅環境研究與檢測，2003，16（S1）：6～8.