集中供水工程地下水水源中铁锰分布特征浅析

赵 微,侯新月, 郎景波，赵 翠，李石琳

(1.黑龙江省水利科学研究院，黑龙江 哈尔滨 150080；2.中国水利水电科学研究院, 北京 100038;3.黑龙江省龙研水利规划设计有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150080)

黑龙江省地下水水质受地下水的补给、径流、排泄条件和地质地貌条件的影响，大部分地区深层地下水天然条件下水质较好，无色、无味，水化学类型较为简单，矿化度较低，是以重碳酸盐为主的低矿化淡水，局部地区深层地下水中铁、锰超标严重[1]。据黑龙江省农村饮水安全普查统计(2019年)，我省1680万人饮用水需采取净化处理解决铁锰超标问题，涉及供水工程1.6万处。铁、锰虽然是人体所需的微量元素，但饮用水中铁、锰含量超标不仅会降低色、嗅、味等感官性状指标的满意度，还会对人体健康造成威胁。长时间饮用铁、锰超标的地下水，会引起血液、消化、骨骼及神经系统等方面的疾病[2-3]。本文选择黑龙江省42个县(市、区)农村集中供水工程地下水水源水质为研究对象，对深层地下水中的铁、锰元素的空间分布及超标情况进行分析，以期为黑龙江省饮水安全工程建设提供数据参考，为我国其它地区地下水中铁、锰污染的成因分析及污染预防提供借鉴。

1 试 验

1.1 材料

试验采用的水源井成井水质检测报告及历年水质检测报告由县水务局提供。试验水样采集于穆棱市、兰西县、佳木斯市郊区、明水县及肇源县等180处农村集中供水工程。

1.2 方法

采用水质化验分析及资料分析相结合的方法，对东宁市、海林市、林口县、穆棱市、宁安市、鹤岗市、密山市、北安市、呼兰区、双城区、泰来县、肇州县、逊克县、富裕县、兰西县、林甸县、依安县、安达市、绥化市北林区、勃利县、方正县、富锦市、依兰县、桦川县、桦南县、汤原县、鸡东县、萝北县、佳木斯市郊区、七台河市、孙吴县、拜泉县、绥棱县、明水县、肇东市、肇源县、巴彦县、宾县、阿城区、木兰县、虎林市、绥滨县等42个县(市、区)的地下水水源中铁、锰分布及含量进行数据分析。

水样的采集与水质化验分析参照《生活饮用水卫生标准检验方法》GB/T 5750—2006[4]标准执行。水质合格标准参照《生活饮用水卫生标准》GB 5749—2006[5]标准执行。

2 结果与分析

课题组调查了42个县(市、区)农村饮水水源铁、锰分布及超标情况，详情见表1～表3。

表1 地下水水源中铁、锰超标10倍以上地区分布情况

表2 地下水水源中铁、锰超标10倍以内地区分布情况

表3 地下水水源中铁、锰合格地区分布情况

由表1可知，调查的42个县(市、区)中有12个县(市、区)部分地区铁、锰超标10倍以上，分别为孙吴县、拜泉县、绥棱县、明水县、肇东市、肇源县、巴彦县、宾县、阿城区、木兰县、虎林市、绥滨县。《中国地质地下水诱发危害图》中阐述地下水中铁、锰含量超标主要是受原生沉积环境所致，黑龙江省三江及穆兴凯低平原区及沿江傍河地区多为铁、锰含量较丰富的岩层。我省农村地下饮用水水源铁、锰超标现象普遍。吕晓立、梁和国[6-7]等学者研究指出局部地区深层地下水铁、锰含量超标是受人为污染所致，地下水中铁、锰离子的迁移和富集，主要受控于氧化还原环境，供水工程钻井取水过程使得承压水与氧气接触，氧化还原反应加速了岩层中铁、锰离子的溶出，另外地下水中铁、锰离子的溶出还与水介质成分、上覆土层性质、酸碱条件、地下水径流条件、“盐效应”有关。依据GB 5749—2006中小型集中供水工程铁0.3 mg/L、锰0.5 mg/L的限值要求，当水源铁超标10倍以上，锰超标3倍以上，建议采用二级过滤，即曝气后水的一级过滤除铁，第二级过滤除锰，当处理水量大时，两级过滤可放在同一压力滤池内，上层除铁，下层除锰，反冲洗可采用气-水冲洗方式。对于铁、锰严重超标地区，建议寻找水质相对较好的水源，有条件的地区可以考虑采用调水的方式来解决处理高浓度铁猛工程运行成本高、维修养护难度大等问题。没有条件地区当地下水铁、锰含量高，或含硅酸盐，或含有机铁、锰时，处理比较困难，建议通过试验确定除铁、锰工艺流程。

由表2可知，调查的42个县(市、区)中有34个县(市、区)部分地区铁、锰超标10倍以内，分别为北安市、呼兰区、双城区、绥棱县、肇州县、泰来县、逊克县、孙吴县、拜泉县、富裕县、兰西县、林甸县、明水县、依安县、肇东市、肇源县、安达市、绥化市北林区、勃利县、巴彦县、宾县、阿城区、方正县、木兰县、富锦市、依兰县、桦川县、桦南县、汤原县、虎林市、鸡东县、萝北县、佳木斯市郊区、七台河市。依据GB 5749—2006小型集中供水工程铁0.3 mg/L、锰0.5 mg/L的限值要求，当地下水铁超标10倍以内、锰超标3倍以内时，或含铁量高但不含锰的地下水，建议采用曝气-接触氧化过滤工艺。当锰含量超过3倍时，应适当降低滤速或增加滤层厚度。

由表3可知，调查的42个县(市、区)中有31个县(市、区)部分或全部农村集中供水工程地下水源铁、锰合格。有24个县(市、区)部分地区铁、锰合格，分别为北安市、呼兰区、双城区、泰来县、孙吴县、拜泉县、富裕县、兰西县、明水县、依安县、肇东市、肇源县、阿城区、方正县、木兰县、富锦市、依兰县、桦川县、桦南县、汤原县、虎林市、鸡东县、萝北县、佳木斯市郊区；有7个县(市、区)农村集中供水工程地下水源铁、锰全部合格，分别为东宁市、海林市、林口县、穆棱市、宁安市、鹤岗市、密山市。铁、锰合格地区建议依据《水源保护区划分技术规范》HJ338—2008、《机井技术规范》GB/T50265—2010、《村镇供水工程技术规范》SL310—2019等相关要求，做好水源成井及环境保护工作，防止由于混合开采、成井工艺不合格或水源保护不到位引起的水源污染。

表1～表3可知，调查的42个县(市、区)中，有35个县(市、区)铁、锰发现超标现象，我省农村地下饮用水水源铁、锰超标现象比较普遍。有12个县(市、区)部分地区铁、锰超标10倍以上，有34个县(市、区)部分地区铁、锰超标10倍以内，31个县(市、区)部分地区铁、锰合格，有7个县(市、区)农村集中供水工程地下水源铁、锰全部全格。对于铁、锰严重超标地区寻找更好的水源，降低水处理工艺难度及运行成本成为这些地区供水工程重点考虑的问题。对于铁、锰轻度超标或合格地区，做好水源保护工作、严把地下取水构筑物建设关、选择适宜的水处理工艺设备成为今后工作的重点。

3 结 论

为了明确黑龙江省地下水水源中铁、锰分布特征，本研究对黑龙江省42个县(市、区)农村集中供水工程地下水水源的水质进行了分析，主要结论如下：

(1)调查的42个县(市、区)农村集中供水工程地下水水源中，有35个县(市、区)铁、锰发现超标现象，我省农村地下饮用水水源铁、锰超标现象普遍。

(2)12个县(市、区)铁、锰超标10倍以上，分别为孙吴县、拜泉县、绥棱县、明水县、肇东市、肇源县、巴彦县、宾县、阿城区、木兰县、虎林市、绥滨县。

(3)34个县(市、区)部分地区铁、锰超标10倍以内，分别为北安市、呼兰区、双城区、绥棱县、肇州县、泰来县、逊克县、孙吴县、拜泉县、富裕县、兰西县、林甸县、明水县、依安县、肇东市、肇源县、安达市、绥化市北林区、勃利县、巴彦县、宾县、阿城区、方正县、木兰县、富锦市、依兰县、桦川县、桦南县、汤原县、虎林市、鸡东县、萝北县、佳木斯市郊区、七台河市。

(4)31个县(市、区)部分或全部农村集中供水工程地下水源铁、锰合格。有24个县(市、区)部分地区铁、锰合格，分别为北安市、呼兰区、双城区、泰来县、孙吴县、拜泉县、富裕县、兰西县、明水县、依安县、肇东市、肇源县、阿城区、方正县、木兰县、富锦市、依兰县、桦川县、桦南县、汤原县、虎林市、鸡东县、萝北县、佳木斯市郊区；有7个县(市、区)农村集中供水工程地下水源铁、锰全部合格，分别为东宁市、海林市、林口县、穆棱市、宁安市、鹤岗市、密山市。