微山湖氟化物污染现状及饮水安全对策

张小明 周 倩

微山湖位于徐州和山东交界处，是中国北方最大的淡水湖，水域面积达1266km2,狭义的微山湖是指1960年在微山湖建成了拦湖大坝的下级湖。下级湖兴利水位32.50m，湖区面积585km2，库容7.78亿m3。集水区域分为湖西区和湖东区，湖西区集水面积1679km2，西北及东北以大沙河为界，西南以废黄河高滩为界，行政管辖属江苏省丰县、沛县及铜山区，区内属黄河冲积扇平原坡水区；湖东区集水面积1830km2，位于鲁西南尼山东麓，行政管辖属山东省枣庄市及微山县，区内约四分之三的面积为山丘区。京杭大运河纵观全湖南北，既是南水北调的重要运输线，也是苏北地区和鲁西南地区重要的饮用水源地。

氟是人体必需的微量元素之一，饮水适宜的氟化物浓度为0.5～1.0mg/L。长期饮用高氟水易使人体氟中毒，氟中毒是一种全身性疾病，主要表现在牙齿和骨骼上，氟对牙齿的损害表现为氟斑牙。氟对骨胳的损害主要是氟骨病，一般多发于成年人，主要表现为腰腿及全省麻木、疼痛、股关节变形出现弯腰驼背。氟中毒还表现为对神经系统、肾脏、内分泌、肌肉等损害。氟中毒不仅给病人带来精神上和肉体上的痛苦，而且给病人家庭和社会带来沉重的经济负担。

近年来，随着水行政主管部门对地下水超采区的管理日趋严格，微山湖周边区域城区供水水源亦逐渐由地下水供水转向地表水供水转换。氟化物作为供水水质的毒理学指标，已成为本地区的主要污染指标，严重影响供水安全。因此，了解和掌握微山湖水体中氟化物污染现状，有针对性地提出相应的饮用水除氟工艺和治理措施，对落实“保证供水安全，维护生命健康”具有重要的现实意义。

一、材料与方法

1.采样点布设

依据微山湖湖区特征，布设采样点4个（S1～S4，其中 S1、S3、S4为现有水源地取水口），具体采样点见图1。以每个采样点氟化物含量的平均值作为此采样点的氟化物含量。

图1 微山湖氟化物监测布点图

2.样品的采集与分析

每个采样点连续采样12次（2015年8月～2016年7月，每月1次）。水样的采集和保存根据《生活饮用水标准检验方法》（GB/T5750-2006）规定进行。

二、结果与分析

1.微山湖氟化物污染现状

微山湖湖区水体中的氟化物含量为0.75～1.24mg/L，平均值 0.96 mg/L（见表1），已接近地表水Ⅲ类水标准限值。水体中的氟化物平均含量顺序为S1（1.15 mg/L）＞S2（0.97 mg/L）＞S4（0.93mg/L）＞S3（0.81mg/L），水体中氟化物含量总体呈北高南低的地带性分布，这可能与南水北调补水有关。

从监测期水体中氟化物变化趋势和超标频率来看（见图2），S1监测点水体中氟化物含量无明显变化趋势，整个监测期氟化物含量超标率为100%，取水安全隐患较大；S2和S4监测点水体中的氟化物含量较为稳定，2016年5～7月含量突然上升，这可能与汛期排水有关，其中S4整个监测期氟化物超标率为8.3%，汛期取水存在一定的安全隐患；S3监测点氟化物含量在0.75～0.93mg/L，氟化物含量逐渐降低，整个监测期氟化物均未超标，取水较为安全。上述取水口取水风险S1＞S4＞S3。

图2 微山湖氟化物变化趋势图

2.解决饮水不安全问题的措施

综上可以看出，S1取水口氟化物长期超标，而常规净水工艺及深度处理工艺（臭氧+活性炭）对氟化物的除去几乎无影响。为消除供水中氟化物不达标对人体健康的威胁，可考虑从以下几个方面解决饮水安全问题。

表1 微山湖湖区中氟化物含量表

（1）物理、化学方法降氟

降氟改水常见措施主要有改换低氟水源或采用物理、化学方法降低氟化物含量。而目前被各国广泛采用的物理、化学方法降氟工艺主要有以下几种：1）活性氧化铝吸附过滤，2）骨炭吸附过滤，3）铝盐混凝沉淀，4）电絮凝，5）电渗析6）膜分离。活性氧化铝吸附过滤和骨炭吸附过滤是目前水厂广泛应用降氟方法，适用于氟化物含量低于2mg/L，需建造专用除氟过滤设备，降氟处理过程包含吸附—解吸—活化再生循环，制水成本约0.6元/t；铝盐混凝沉淀工艺简单，不需要设备投资，适用于氟化物含量低于5mg/L，但该方法在降氟的同时会造成Cl-、SO42-等离子超标；电絮凝除氟是采用铝板作为电极，通电后铝板电解得到铝离子，水解成铝矾花，吸附氟离子，从而达到除氟的目的，但该方法主要应用于废水处理；电渗析法是制备纯水的常用方法，在直流电场作用下，氟离子通过离子交换膜得到分离，该法制水成本约0.95元/t，且所需制水设备投资成本高；膜分离法近年来受到世界各国水处理工作者的普遍关注，目前在降氟处理中主要应用的是反渗透膜和纳滤膜，但该法受制膜工艺的影响还没应用于大规模的除氟过程。因此，实际降氟方法应依据水源水质和供水规模进行方案比选。

（2）多元化供水

微山湖周边城市传统的供水水源大多为地下水，S1取水口所在城区长期饮用的深层地下水水质优良，氟化物含量在0.63～0.85 mg/L。利用这一特点，可采用地表水和地下水进行混配降氟，降低饮用水中的氟化物含量。此外，结合区域供水，开展多水源供水，做好上述区域地表水供水管网互联互通，提高供水安全。

（3）跨流域调水

跨流域调水是合理开发利用水资源、实现水资源优化配置的有效手段。微山湖是南水北调东线的重要中转站，担负着重要的调蓄功能。自2013年南水北调东线一期工程试通水以来，南水北调东线累计调水约11亿m3，2016～2017调水年度计划调水近9亿m3。水文部门多年来的监测数据显示南水北调调水期中运河山头闸监测断面氟化物基本稳定在0.6～0.8mg/L，跨流域调水可直接降低南四湖水体中的氟化物含量。

三、结语

微山湖湖区水体中的氟化物含量为0.75～1.24mg/L，平均值 0.96 mg/L，已接近地表水Ⅲ类水标准限值；湖区水体中氟化物含量总体呈北高南低的地带性分布。S1监测点水体中氟化物在整个监测期超标率为100%，取水安全隐患较大；为消除供水中氟化物不达标对人体健康的威胁，建议S1水厂在改扩建时，同步建设降氟改水工艺■