西北地区窖水水质及其净化技术研究

摘要：指出了窖水的利用是我國西北大部分地区解决人畜饮水需求的主要形式之一。针对水窖集蓄雨水中出现的水质问题，对不同材质的水窖贮水和窖水水质的变化过程进行了探究，总结了改善窖水水质的途径方法，分析了各工艺的利弊。

关键词：西北地区；水窖；水质变化；技术应用

中图分类号：X703

文献标识码：A文章编号：16749944（2017）12008603

1引言

我国西北大部地区水资源短缺，当地居民常通过院落、屋面、宽阔场地及道路收集雨水，采用储水桶、水窖等方式蓄存雨水，以保证人畜生活饮用。但是，雨水降落时常受到大气污染物的影响，且在地表径流中易携带泥沙等无机物、畜禽粪便等固体杂质、化肥农药等污染物[1]。雨水储存较长时间后会滋生大量细菌，甚至出现肉眼可见的水生动植物，而常用的窖水存在SS、COD、NH+4-N含量及菌落总数、大肠杆菌群、pH指标严重超标等水质问题，长期饮用将严重危害居民的身体健康[2，3]。因此，研究窖水水质的变化特点，运用简单高效的水处理技术解决其严重超标问题，对改善居民的生存环境和促进社会的和谐发展有重要的意义。

2水窖的类型及特点

水窖是常见的雨水集蓄形式之一，应用较为广泛的是小型水窖，主要满足人畜用水需求，此外还有集中规划的大型水窖工程来补充农业方面的需要。水窖的形状大概有球形、圆柱形、瓶形和窑形4种[4]，不同的水窖材质对水质的影响较大，具体参数比较如表1所示。

表1水窖分类及参数比较

类型材质体积/m3防渗技术特点

球形混凝土20～30水泥砂浆抹面或者塑膜经久耐用，施工技术要求较高

圆柱形混凝土浇筑，以砖块修筑50水泥砂浆或胶泥抹面蓄水量、体积较大，防渗技术要求较高

瓶形砖砌、混凝土、塑膜等20～50水泥砂浆或胶泥抹面施工较简单，深度较大

窖形混凝土50～100水泥砂浆抹面施工要求较高，投资大，多服务于果园或经济作物

3窖水水质的变化过程

研究发现[5]，窖水中的SS、NH+4-N、COD及总细菌数等指标，在物理、化学与生物化学作用下的变化可分为3个过程：初期沉降过程（1～15 d）、中间过渡过程（15～100 d）和后期稳定过程（100～250 d）。

3.1初期沉降过程

初期汇流过后窖水的水质与集雨面的特征息息相关，汇流结束后窖水不受外界干扰，此时SS、NH+4N、COD及总细菌数等指标快速降低。初期沉降主要以泥沙颗粒等无机杂质的自由沉降为主，同时，由于颗粒杂质的界面有很强的吸附能力，使得水中的各污染物部分转移到颗粒杂质的表面，从而污染物指标也随着颗粒杂质沉淀而降低。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中间过渡过程

此阶段，污染物指标仍然呈下降，但具有一定的波动性。窖水SS的降低主要属于沉速非常缓慢的一种胶体“稳定体系”，细菌类微生物的生长经历加速增殖期、延滞增殖期、稳定期及内源呼吸期。同时，随着COD和微生物逐渐减少，耗氧速率随之减小使得窖水中DO逐渐增大而有所恢复，另外，随着有机物抑制作用的降低，硝化反应也在适宜的环境下得到进行，NH+4-N浓度逐渐降低。

3.3后期稳定过程

后期窖水水温较低，维持在10℃以下，加之微生物的降解作用降低，窖水中各污染物指标处于动态平衡状态，水质变化不大。

4改善窖水水质的技术应用

4.1粗滤慢滤技术

生物慢滤技术可通过滤料的物理吸附和截留、微生物降解作用有效的处理微污染水体，对水中COD、NH+4-N、重金属、感观指标及细菌总数等污染物有良好的去除效果[6]。不过，传统慢滤技术对进水浊度的要求较高，采用粗滤作为慢滤的前置预处理单元，可有效降低慢滤池的进水负荷，而粗滤慢滤设备无需附加投药，操作管理简单方便，适用于改善西北地区的分散式窖水水质[7]。李鹏等人[8]研究的家用型生物慢滤装置主要依赖滤料表面生成的生物膜对窖水进行消毒和生化反应，无需消毒设施和任何药剂，更不需要反冲洗和相关设施，成本极低，村民接受度也较高，但体积较大，处理量相对较小。

4.2阳光消毒-生物砂滤池

王进喜等人[9]在对传统滤池进行改造的基础上结合阳光消毒，研制出阳光消毒-生物砂滤池（Solar water disinfection-biosand filter，SBF），将其作为农户末端的净水设备，置于农户用水点上。该设备将物理过滤和生物过滤两者集合在过滤室内，从而进行颗粒物杂质等的迁移、粘附和生物降解过程，且除去部分的病毒微生物。在沉淀消毒室内，利用光氧化催化降解作用达到杀灭水中病原类微生物的目的，同时通过杂质沉淀分离和底部排泥措施保证了清澈的出水。最终，简易的SBF家庭水处理设备可在低耗环保的前提下将微污染水体处理至合格饮用水。

4.3活性炭-石英砂生物过滤技术

生物过滤技术将传统的过滤与生物膜结合起来，可以很好的去除微污染水中的COD、NH+4-N、Fe、Mn和无机颗粒杂质等污染物质，大幅提高窖水饮用的安全和稳定性。岳丽芳[10]采用活性炭-石英砂生物过滤技术，研究该生物过滤技术对模拟窖水以及实际窖水的去除效能，结果表明工艺对实际窖水有良好的去除效果，COD、NH+4-N和浊度的去除率分别可达到53%、71%、88%，出水水质满足GB5749-2006标准，说明该技术在改善西北窖水水质中具有一定的可行性。

4.4超滤技术

膜技术具有高效、低耗节能、工艺简单易控制等优点，是西北农村窖水处理的较佳选择之一。随着科技的进步，滤膜成本持续降低，操作水平逐渐提高，超滤技术在农村的窖水水质改善中的推广和应用也逐渐崭露头角[11]。当前，虽然膜污染仍是限制超滤技术应用的主要因素，不过按照不同水质特点，通过合理选择滤膜参数、优化工艺运行条件以及对进水进行预处理等途径，可以确保系统长期有效地稳定运行和对水质改善效果。

4.5其他技术

对水质要求较高时也可采用强化混凝手段处理窖水，武福平等[12]使用PAC来强化PAFC混凝，研究表明投药量、搅拌强度和时间适合时，对浊度和COD均有很好的去除效果。此外，马娟等[13]研究了活化沸石对大肠杆菌、高分子有机物以及表面活性剂的去除效果，特别是对大肠杆菌的去除率达到了99.9%，说明活化沸石也可以大幅度改善窖水水质。目前，常见的窖水水处理设备除了上述的小型超滤设备、粗滤慢滤生物过滤设备外，还有水力自动微絮凝—生物过滤设备，该设备操作方便，无需耗能可自行反冲，但体积偏大，另外微滤+光催化水处理设备由于其技术先进，耗能少也值得关注，但是催化剂的问题突出，成本和运行费用偏高，且很大程度上依赖于天气[1]。合理安全的消毒措施也可以大大改善饮用水水质和安全问题，作为村民生活饮用水时，应坚持高温消毒、煮沸后饮用。另外，定期投入漂白粉也是常用的消毒方法，当水质浊度居高不下时也可投加一定量的明矾。

2017年6月绿色科技第12期

史登峰：西北地区窖水水质及其净化技术研究

环境与安全

5结语

（1）不同水窖材质对水质的影响较大，窖水水质也随着时间加长而逐渐变化直至达到稳定期，选择集雨面材质、窖址和水窖类型时，需重点考虑当地的气候差异、地域差异和水污染环境的不同，合理优化水窖结构和加强水窖管理。

（2）针对我国西北地区农村地区窖水污染状况和水质的波动变化，技术应用选择时在保证用水水质安全的基础上，需重点考虑经济成本的大小和操作的简易程度，同时须考虑到应用设备在农村地区四季变化下运行的可行性，做好降温或者保温措施。

参考文献：

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[9]王进喜，卢宇翁，王亚军.SBF装置用于西北干旱地区农宅窖水处理的前期研究[J].给水排水，2014，40（3）：36～39.

[10]岳丽芳. 活性炭-石英砂生物过滤处理西北村镇集雨窖水的实验研究[J].水处理技术，2014，40（4）：63～66.

[11]李维佳，李振山，赵华章.超滤技术处理西北农村水窖水的应用研究进展[J].工業水处理，2009，29（8）：13～17.

[12]武福平，鄢秀军，任崴，等.PAC强化混凝处理西北村镇集雨窖水的实验研究[J].净水技术，2010，29（2）：7～9.

[13]马娟，朱琨，杨建涛.沸石在集流雨水中的应用研究（2003）[J].甘肃环境研究与检测，2003，16（S1）：6～8.