登封市饮水型氟化物超标解决方案探讨

黄喜明 荆菊梅 王思哲 肖理奇

摘 要：登封市地处豫西岩溶地质区，受地理位置、水文地质条件、人类活动及运行管理等多种因素的影响，饮水型氟化物反复超标，严重影响受益区农村居民的身心健康。本文首先分析登封市饮水型氟化物反复超标的形成机理，然后提出水源置换和氟化物集成处理解决方案，以期为长效解决饮水型氟化物反复超标问题提供参考。

关键词：登封市;饮水型氟超标;水源置换

中图分类号：S277.7文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）22-0076-03

Abstract： Dengfeng is located in the karst geological region in western Henan. Affected by various factors such as geographical location， hydrogeological conditions， human activities and operation management， drinking water fluoride has repeatedly exceeded the standard， seriously affecting the physical and mental health of rural residents in the benefited area. This paper first analyzed the formation mechanism of drinking water type fluoride repeatedly exceeding the standard， and then put forward the solution of water source replacement and fluoride integrated treatment， in order to provide reference for solving the problem of drinking water type fluoride repeatedly exceeding the standard.

Keywords： Dengfeng;excess fluorine in drinking water;water re-sources replacing

登封市為解决农村居民饮用水水质超标问题，2005—2017年，全市累计建成集中式农村饮水安全饮水工程407处，受益人数达49.49万人，集中供水率达到85%。但是，受地球物理作用、施工工艺、水处理工艺等多种因素的影响，饮水型氟化物反复超标。经卫生部门检测，2017年登封市仍有氟化物含量超过1.5 mg/L的农村饮水工程13处，涉及5个乡（镇、街道办），19个行政村，36个自然村，1.07万人。在国家资金支持下，登封市决心长效解决饮水型氟化物反复超标的突出问题，保障农民饮水安全。

1 饮水型氟化物反复超标机理

1.1 原生水文地质问题

登封市山体中富含萤石矿，萤石矿涉及的区域均为氟中毒病区。受含氟岩溶质变影响，水流经高氟矿床或高氟基岩时，使地下水氟含量增高，或含氟岩石的风化与淋溶以及含氟矿石受地下水的溶解，导致地表径流和山泉水氟超标。登封市饮水型氟超标问题村主要集中在西南地区，共涉及5个乡（镇、街道办），其中大金店镇氟超标情况较为严重，少林办事处、石道乡氟超标情况较为明显，君召乡、颍阳镇氟超标情况较轻。

1.2 地球物理作用

受地球物理作用的影响，地下水取水工程受到一定程度的挤压，周边含水层及地下水取水工程发生形变，造成隔水层裂隙渗漏及地下水取水工程封闭层渗漏，上层含氟化物较高的含水层中的水渗漏到下层取水层，导致取水层中的水氟化物含量超标[1-2]。

1.3 施工工艺问题

地下水取水工程为隐蔽性工程。受施工市场竞争影响，中标企业往往以较低价格中标，或中标企业无地下水工程施工能力，将中标的地下水工程以分包或再分包的形式施工，造成施工质量参差不齐，特别是滤水层的滤水材料及封闭工艺质量不高等，地下水工程运行一段时间后，上层隔水层中含氟量高的水渗漏到取水层，导致取水层中的水含氟量反复超标。

1.4 水处理工艺问题

2005年以前配套建设的饮水型氟处理技术主要包括吸附法除氟技术和反渗透除氟技术。吸附法除氟技术具有效果可靠、可再生等优点。但吸附剂在吸附氟离子的同时，优先吸附了水中含量较高的碳酸氢根、硫酸根等阴离子，导致吸附材料对氟离子的吸附速率降缓，吸附容量随着吸附周期的增长而大幅降低，直至衰竭。而且吸附材料的再生措施较为烦琐，再生周期较短。通常需要利用化学试剂进行浸泡和清洗，运行维护难度大，技术要求高。市场上大部分吸附剂适用于偏酸性水体，否则需要调节原水pH值，这更增加了后期操作管护难度。反渗透除氟技术除氟率高，具有不需要化学药品维护、无须频繁再生等优点，但是处理成本高、排放废水量大，容易造成二次污染[3]。

1.5 运行管理问题

因水处理工艺加药、用电、耗费人工等增加运行成本，加之出厂水的售卖价格不能提高，挤压供水场站利润空间，造成供水场站运行举步维艰。为了扩大利润空间，部分水厂未及时解决氟处理设备故障或备品备件缺失等问题，导致氟处理设备停止运转，从而使氟含量反复超标。

2 解决方法

目前解决饮水型氟超标的最有效的方法包括水源置换法、集中水处理法和分质供水法。

2.1 水源置换法

彻底解决饮水型氟化物超标的问题，最有效的方法是水源置换。虽然该方法一次性投资大，但是长效受益，能从根本上解决饮水型氟化物反复超标问题[4]。

2.2 集中水处理法

在没有其他优质水源替代的地区，规模化供水工程使用集中式氟化物处理技术，可有效降低运行成本，促进长效运行。随着吸附法集成处理技术和反渗透法膜技术的发展，为饮水型氟化物集中处理提供了新的技术选择。

吸附法是利用多孔性的固体吸附剂将水样中的一种或数种组分吸附于固体表面，以达到分离的目的。一般的活性炭都具有吸附作用。随着吸附周期的延长，吸附材料对氟离子的吸附速率减缓，吸附容量大幅度降低，直至衰竭;吸附材料的再生措施烦琐，再生周期较短，运行维护难度大，技术要求高。

反滲透处理法是当今最先进和最节能有效的膜分离技术方法。其原理是在高于溶液渗透压的作用下，将不能透过半透膜的其他物质和水分离开来。由于反渗透膜的膜孔径非常小（仅为10 ?左右），因此，具有96%以上的氟去除率，可同时去除饮用水中的悬浮物、有机物、微污染物等杂质，具有不需要化学药品维护、无须频繁再生等优点。部分水厂为了降低运行成本，将反渗透处理后的水与原水按照一定比例勾兑，既保留了饮用水中对人体有益的微量矿物质元素，同时也达到了降氟目的，因此，膜技术法在登封市较为适用。

2.3 分质供水法

在短期内无法实现集中除氟处理的地区，可采取分质供水模式。分质供水即生活饮用水与生活杂用水分开，主要采取分质供水站、集中净水机或家用除氟设备等，由于煮饭、喝水等生活饮用水量不足生活用水总量的10%，除饮用水必须达标外，其他大部分生活杂用水可直接使用，无须进行膜处理，因此可大幅度降低除氟成本。但是，对于居住环境较为密集的村镇，分质供水使用较为麻烦，不易管理、维护。

3 登封市饮水型氟化物超标解决方案

3.1 水源置换方案

结合登封市河流分布情况，石道乡侯沟村、陈家门，君召乡宋沟村饮水型氟化物超标，拟利用附近的河流修建橡胶坝拦河蓄水，新建单村地表供水站3处，受益人口2 220人，配套水质净化设备和消毒设备，从根本上解决了氟超标问题。

3.2 膜技术处理方案

对于近期没有替换水源的10处集中式供水工程，拟采用膜技术处理技术进行集中处理，涉及16个行政村，受益人口8 478人。

3.2.1 膜处理系统工作原理。膜装置是利用半透膜在压力差的作用下使含盐水脱盐的净水设备，它与自然渗透的方向相反，亦称逆渗透，可用大于渗透压的膜技术法达到分离、提取、纯化的目的。在水处理中，经过预处理的原水在高压下可透过膜进入淡水侧，而各种盐分则随高压水流冲击，使水一分为二，从而达到盐与水分离的目的。经过预处理的原水进入膜组，在压力作用下，大部分水分子和微量其他离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备。水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排出。在膜技术装置停运时，用产品水自动冲洗、挤排存于膜和管道中的高TDS残水，使停运的膜完全浸泡在淡水中，可以防止膜自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使装置和膜得到有效保养[5]。

3.2.2 消毒设备选择。利用所选设备将次氯酸钠通过DN20的ABS管在蓄水池或无塔供水器前加入水体，与水充分混合，达到消毒的目的。

3.2.3 运行成本分析。通过对水源置换和集中式氟化物处理的水价进行测算，采用橡胶坝蓄水方式。水源置换后的维护成本水价为1.3元/m3，较原来井水的维护成本水价1.5元/m3减少0.2元/m3。集中处理运行维护成本水价为2.09元/m3，其中氟处理成本为0.3元/m3，占运行维护成本水价的14%左右。具体数据如表1和表2所示。

4 结语

登封市饮水型氟化物反复超标问题突出，不但影响农村饮水安全工程建设成效，而且影响农村居民的饮水质量和身心健康，必须建立长效解决机制，满足农村居民日益增长的高质量饮水需求，把党和国家关心农村生活疾苦的政策落到实处。本文以提高农村供水质量为重点，因地制宜地运行经济技术新方法，通过对比优选，采用水源置换和集中式处理的方法，有效解决了水源氟化物超标的问题，同时对没有优质水源的规模化工程采取集中处理的解决方案，为建立饮水型氟化物超标地区供水场站长效运行、水质持续达标模式进行了实践探索。

参考文献：

[1]胡波，孙佳佳，石杰，等.超滤膜技术在农村饮水安全工程中的应用[J].广东水利水电，2020（5）：45-49.

[2]董有龙.新时期如何保障农村饮水安全的措施[J].农家参谋，2020（6）：159.

[3]冯广志.村镇水厂运行管理[M].北京：中国水利水电出版社，2014.

[4]中国水利学会.农村饮水安全评价准则：T/CHES 18—2018[S].北京：中国标准出版社，2018.

[5]中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.二氧化氯消毒剂发生器安全与卫生标准：GB 28931—2012[S].北京：中国标准出版社，2012.