面向饮水安全的水处理工程实例研究

赵立娟

摘  要：农村饮水安全卫生是反映农村社会经济发展和居民生活质量的重要指标，是涉及到国计民生的重大问题。该文概述了农村饮水安全的现状，在此基础上，详细探讨了饮水净化的工艺，并结合笔者参与的一项水处理工程，分析了具体的处理措施，主要包括混凝、沉淀或澄清、过滤、消毒等常规水净化技术，以及活性炭吸附、臭氧氧化和膜分离等深度处理技术，相信对从事相关工作的同行能有所裨益。

关键词：农村  饮水安全  净化工艺  工程实例

中图分类号：S277.7                            文献标识码：A文章编号：1672-3791（2020）12（c）-0053-03

A Case Study of Drinking Water Safety and Water Treatment Project in Northeast Rural Areas

ZHAO Lijuan

（Kangping Natural Resources Protection and Administrative Law Enforcement Center， Shenyang， Liaoning， 110500  china）

Abstract： The safety and health of rural drinking water is an important indicator reflecting the social and economic development of rural areas and the quality of residents' life， and it is a major issue related to the national economy and people's livelihood. In this paper， the current situation of drinking water safety in rural areas is summarized. On this basis， the process of drinking water purification is discussed in detail. Combined with a water treatment project participated by the author， the specific treatment measures are analyzed， mainly including conventional water purification technologies such as coagulation， sedimentation or clarification， filtration， disinfection， and advanced treatment technologies such as activated carbon adsorption， ozone oxidation and membrane separation.The author believes it can offer some help for colleagues in related work.

Key Words： Rural areas; Drinking water safety; Purification technology; Engineering examples

1  農村饮水安全现状

1.1 水量缺乏

我国许多地区都面临严重的水资源短缺危机。人均水量仅占世界的1/4，水资源分布不均，特别是在北方地区，那里的耕地占全国的60%，人口占世界的45%。水资源仅占全国的15%。缺水和低保证率的主要原因是降雨少且不均，水资源缺乏，山区农民生活分散，经济落后和供应设施不足[1]。

农村地区人口分散，经济和自然条件限制了农村供水的发展。尽管中国东北部降雨充沛且水系统发达，但由于地质和地形条件，一些地区的储水条件仍然很差。还存在诸如供水保证率低和饮用水不便之类的问题。缺乏清洁水给农民的生活带来了极大的不便，并限制了农村经济的发展[2]。

1.2 水质污染

随着我国经济的快速发展和城镇化加速，未经处理的工业污水、生活污水大量排放，农业生产中大量使用农药、化肥，以及固、气体废弃物排放等，导致水污染严重[3]。水质污染按污染源可分为天然污染和人为污染，按污染性质可分为物理污染、化学污染和生物污染。目前，全国农村每年产生生活污水总量约为1.08×1011 m3，水质污染主要为微生物污染、重金属污染和苦咸水[4]。

1.2.1 微生物污染

微生物污染的来源包括细菌、病毒和寄生虫。由于人类活动的影响，有许多水体增加了氮和磷的含量，导致藻类繁殖和富营养化[5]。

由于农村地区基础设施差，缺乏排水和处理系统，废水基本未经处理就排放，直接排放或沉积在沟渠和乡村土地中[6]。此外，在农村饮用水井的10 m范围内，有许多厕所、肥料井、牛栏、下水道等。许多井只是浅水井，深度只有几米。地表废水直接或通过渗透流入井中。

1.2.2 氟污染

我国高氟水地区众多，其原因与氟的特性以及水文地质条件相关。氟是人体必不可少的微量元素之一，适量氟能使骨牙坚实，减少龋齿发病率，对神经系统的兴奋性传导、钙磷代谢、甲状旁腺功能、细胞酶系统以及生殖过程均有裨益。但长期饮用高氟水，会产生地方性氟中毒，包括氟斑牙和氟骨症等。

2  饮水净化技术工艺

饮水净化工艺包括常规处理和深度处理，具体见图1。

2.1 常规处理

适合农村地区使用的常规水净化技术主要包括混凝、沉淀或澄清、过滤、消毒等，主要去除水中悬浮物、胶体物质和微生物。

2.1.1 生物慢滤

将需处理的水以0.1～0.3 m/h速度通过厚度为1.0 m左右的滤池，经截留、吸附和生物降解作用，达到净化目的。生物慢滤具有工艺简单、管理要求低、无须投加化学药剂、水处理效果好、成本低、易于小型化等优点，特别适用于人口密度小、经济条件差、原水浑浊度较低的农村。

2.1.2 微絮凝过滤

微絮凝过滤是将混凝土过滤在滤池内同时完成的一种接触絮凝过滤工艺。在原水中加入絮凝剂，经快速混合，直接进入滤池，边絮凝边过滤。该技术可简化流程、降低投资和运行费用，而且还可提高产水量和水质。

2.1.3 超滤膜分离

超滤是一种能将溶液进行净化、分离、浓缩的膜分离技术，能有效去除水中悬浮物质和微生物，适合地下水、山泉水等良好水源水的净化，经超滤净化后的水可直接饮用。

2.1.4 混凝澄清过滤

混凝澄清过滤包括澄清和过滤两个单元。澄清过程在澄清池中完成，利用池中泥渣与凝聚剂以及水中杂质颗粒的相互接触、吸附作用达到泥水分离的净化效果。混凝澄清出水中经过滤去除残留的细小悬浮颗粒及微生物，以保证产水水质。澄清池造价低、占地面积小、运行管理方便、构造简单，非常适合农村使用。

2.1.5 消毒

消毒的目的是去除水中微生物，是农村饮水安全卫生的重要措施。消毒方式可根据供水方式、水质、规模及消毒剂供应情况确定。规模较大的水厂可采用液氯、次氯酸钠或二氧化氯消毒，规模较小的水厂可采用次氯酸钠、二氧化氯、臭氧或三氯异氰尿酸、紫外线消毒，分质供水站可采用臭氧或紫外线消毒，分散供水可采用漂白粉、含氯消毒片或家用消毒设备消毒。

2.2 深度处理

深度处理一般采用强化常规净水工艺，或在常规净水工艺中增加生物预处理、化学预氧化处理等，应用较多的为活性炭吸附、臭氧氧化及膜分离。

2.2.1 苦咸水

苦咸水淡化的常见过程包括电渗析、反渗透和电吸附。电渗析是在直流电场的作用下，通过电势差作为驱动力，使离子迁移通过选择性离子交换膜的过程。电渗析系统通常由预处理设备、整流器、自动控制设备和电渗析设备组成。具有功耗低、操作维护方便、使用寿命长、原水回收率高、对环境无污染等特点，这是一种用于咸淡水淡化的成熟技术。

反渗透也是一种膜分离技术（见图2）。微咸水淡化效果良好，但投资和运营成本很高。需要对原水质量进行预处理，并且能源消耗和运营成本很高。适合农村供水。电吸附是一种新型的脱盐方法，它具有不必添加药物，能耗低和操作简单的优点。但是，投资很高，电极寿命通常为5～8年，并且原水需要进行预处理。

2.2.2 高氟水

吸附、电渗析、反渗透或电吸附可用于处理高氟水，吸附是指通过吸附剂从水中去除氟。当前，使用吸附剂作为活性氧化铝具有氟还原效果好和使用成本低的优点，但是当吸附饱和时，必须调节水的pH值并且需要再生。此外，活化的矿物也可以用于吸附，例如沸石，沸石具有良好的吸附和离子交换性能，并且对氟离子具有良好的吸附效果。沸石便宜且易于获得，而无须调节水的pH值，并且适合于农村使用。

2.2.3 高砷水

高砷含量的水中砷的去除可以通过电凝，凝结沉淀或吸附进行。电凝是指使用由阳极产生的阳离子在外部电压的作用下冷凝和沉淀水。它具有凝聚、吸附、氧化、还原和气浮的协同作用。它可以同时处理重金属、悬浮固体和有机物。技术不需要注射药物、水质好、设备紧凑、操作水平高、處理简单、水生产成本低，但需要沉淀和洗涤过滤经常逆流。

2.2.4 微污染水

微污染水是指其物理，化学和微生物指标尚未达到《地面水环境质量标准》的饮用水。微污染水中的污染物主要是指痕量的有机物质，例如氨氮和化学耗氧量。

活性炭是用于水处理的常用吸附剂。它可以有效地消除水中的异味，并且对芳香烃，各种农药和重金属离子（汞、六价铬、镉、铅）具有良好的吸附能力。通过去除水中的诱变剂也具有良好的效果。臭氧具有很强的氧化能力，是一种广泛用于水处理的氧化剂。臭氧最初用于去除颜色、气味和消毒作用，然后用于氧化水中的Fe、Mn、H2S、NO2，并提高混凝效果。如今，它主要用于去除水中的有机污染物。

3  农村微污染水处理工程实例

某单位在东北农村设计建成一座完整的饮水净化水厂 ，净水流量为 1200 m3/d，包括取水、水处理、供水及厂区设施4个部分。其中取水包括水源井、原水池及泵房和相关设备;水处理包括净水车间和处理设备;供水包括净水池、供水泵房和相关设备;厂区设施包括供电、供暖、仓库、维修及道路围墙等。

3.1 原水水质

原水为深井地下水，水中的“石油类”“色度”“浑浊度”“臭和味”“肉眼可见物”“铁”“锰”“CODMn”“细菌总数”“总大肠菌群”等多项指标不符合饮水卫生标准。

3.2 工艺流程

根据原水水质，设计的净水系统由预处理及终端组成，预处理包括快速过滤、臭氧氧化、多介质过滤、生物活性炭吸附降解以及精密过滤，终端为超滤膜分离。

3.3 运行结果

到目前为止，该系统已运行近3年，结果显示，该净水系统净水效果好，可有效去除水中的嗅和味、肉眼可见物、色度、浊度、锰、铁、COD、石油及微生物，运行稳定，出水水质完全符合《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）标准的规定，符合设计要求。净水系统处理成本为0.85 元/m3，具有很好的经济性能，非常适合在农村地区推广使用。

4  结语

农村饮水安全卫生已经成为农民群众最关心、要求最迫切的问题之一。近年来，我国已经采取了一系列有效措施，取得了显著成效，但农村饮水安全形势仍十分严峻。该文结合工程实例探讨了具体的解决措施，为解决饮水安全问题提供了有效的手段。

参考文献

[1] 肖理奇.河南小型农村饮水安全工程建设质量问题及影响分析[J].中国水利，2020（3）：18-19.

[2] 罗庆.农村地区居民饮水安全综合研究[D].中国疾病预防控制中心，2019.

[3] 兰新政.农村饮水安全项目管理的现状及应对措施[J].区域治理，2019（12）：90-92.

[4] 赵金凤.农村饮水安全工程管护及优化研究[D].广西大学，2019.

[5] 田邦成.农村饮水安全工程建设与管理模式研究[J].湖南水利水电，2019（7）：101-102.

[6] 袭春露.辽宁省农村饮水安全工程发展探析[J].水利科学与寒区工程，2020（1）：140-142.