湖南巖溶地區(qū)農(nóng)村飲用水水質(zhì)處理技術(shù)研究
——以婁底市新化縣南塘村為例

張文萍，李桂元，劉思妍

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 湖南省水利水電科學(xué)研究所，湖南 長沙 410007）

湖南巖溶地區(qū)農(nóng)村飲用水水質(zhì)處理技術(shù)研究
——以婁底市新化縣南塘村為例

張文萍1，李桂元2，劉思妍2

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，湖南 長沙 410128；2. 湖南省水利水電科學(xué)研究所，湖南 長沙 410007）

為了解湖南省巖溶地區(qū)村民飲用水水質(zhì)情況，解決湘西北、湘東南山丘區(qū)居民飲用水安全問題，對(duì)新化縣白溪鎮(zhèn)南塘村進(jìn)行相關(guān)調(diào)研，并對(duì)當(dāng)?shù)厣饺⒆詠硭|(zhì)進(jìn)行檢測。結(jié)果表明，南塘村水質(zhì)總硬度偏高，90%以上村民有結(jié)石病，飲水不安全問題嚴(yán)重危害了居民的身體健康，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對(duì)實(shí)際情況，以該村為集中供水試點(diǎn)，提出一種適用于山丘地區(qū)自然村莊的小型集中供水水質(zhì)處理技術(shù)。

水質(zhì)處理；總硬度；集中供水；巖溶地區(qū)；山丘區(qū)；湖南

地下水作為良好的淡水資源，主要來源于大氣降水及其下滲補(bǔ)給。我國約有1/4地下水分布在巖溶地區(qū)。因此，巖溶水在巖溶地區(qū)城市與農(nóng)村的供水系統(tǒng)中占有重要地位。而碳酸鈣含量高導(dǎo)致的硬度超標(biāo)對(duì)水質(zhì)影響最大。長期飲用高硬度的水容易造成身體中鈣鎂過量。有研究表明，腸道鈣過量會(huì)引起缺鐵和缺鋅、高鈣尿癥，這易引發(fā)泌尿系統(tǒng)結(jié)石??；骨骼過早鈣化會(huì)限制寶寶長骨發(fā)育，影響身高和智力，骨質(zhì)變脆易引起骨折。過量鎂在人體中積累，有可能引起高鎂血癥，還可導(dǎo)致中樞抑制、心臟傳導(dǎo)紊亂和心律失常等[1-5]。

地下水是湖南省重要的飲用水源，讓群眾喝上“放心水”，是農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要要求，是全面建設(shè)小康社會(huì)的重大舉措。近年來，地下水質(zhì)改良被省委、省政府列為每年必辦的八件實(shí)事之一。湖南省巖溶地區(qū)地域分布廣，其中湘西北、湘東南山丘區(qū)有大量巖溶地區(qū)，該地區(qū)村民長期受飲用水水質(zhì)硬度超標(biāo)的危害。為有效解決這一問題，開展巖溶地區(qū)農(nóng)村飲用水處理技術(shù)研究與應(yīng)用，引入水處理新的技術(shù)方法，使其達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，保障居民飲水安全非常必要。

1 南塘村飲用水現(xiàn)狀

白溪鎮(zhèn)南塘村位于湖南省婁底市新化縣城北部15 km處，資江水穿境而過。土地面積8 hm2以上，人口500～700人，農(nóng)民長年外出打工，常住人口僅有60余人，人均純收入不明。南塘村主要地表水資源為資江水，另有山塘、河壩若干，地表水資源較豐富。自柘溪水庫修建后，水質(zhì)變差，水體污染越來越嚴(yán)重，造成水質(zhì)性缺水。調(diào)查表明，1996年前以資江水為飲用水源，水源未經(jīng)凈化處理飲用不衛(wèi)生，1996年一次洪水，當(dāng)?shù)卮迕癜l(fā)現(xiàn)一處山泉水點(diǎn)，在未做水質(zhì)采樣化驗(yàn)報(bào)告、勘測資料前提下，居民集資修建小型集中供水工程，此后以發(fā)現(xiàn)山泉水為水源，儲(chǔ)水池水未經(jīng)消毒、過濾，直接供水以滿足全村用水需求，飲水不安全人數(shù)500～700人，有群眾反映水燒開后產(chǎn)生白色漂浮物。長期飲用不達(dá)標(biāo)水，健康受影響人數(shù)逐年增加，結(jié)石病高發(fā)，全村90%以上村民有結(jié)石?。I結(jié)石、尿結(jié)石、膽結(jié)石等），有80%以上村民因結(jié)石病住過醫(yī)院，甚至有因長期喝生水，30多歲的村民由尿結(jié)石轉(zhuǎn)化為尿毒癥去世，飲水不安全問題嚴(yán)重危害了居民的身體健康，制約了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展。隨著社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的深入，水資源供需矛盾將更加突出，目前的取水方式和水質(zhì)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的生產(chǎn)、生活需求。因此，提出適用于山丘區(qū)自然村莊的小型集中供水水質(zhì)處理技術(shù)，解決該村飲用水不安全問題，是當(dāng)?shù)馗刹?、群眾盼望已久的惠民工程，也是政府部門迫在眉睫需要解決的民生問題。

2 南塘村飲用水水質(zhì)分析

選擇指標(biāo)是進(jìn)行水質(zhì)測量分析的前提，試驗(yàn)于2015年5月5日對(duì)婁底市新化縣南塘村山泉水、自來水水質(zhì)分別進(jìn)行指標(biāo)檢測，其結(jié)果為山泉水和自來水其他指標(biāo)低于《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）指標(biāo)限值，而總硬度（以CaCO3計(jì)）220 mg/L，低于指標(biāo)限值450 mg/L，但高于150 mg/L，為Ⅱ地下水優(yōu)質(zhì)水，屬于中硬水（見表1）。

表1 南塘村山泉水、自來水水質(zhì)檢測結(jié)果（mg/ L）

隨著南塘村經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，特別是全面建設(shè)小康社會(huì)的推進(jìn)及社會(huì)主義新農(nóng)村的建設(shè)，鎮(zhèn)域經(jīng)濟(jì)快速增長，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善，綜合實(shí)力進(jìn)一步增強(qiáng)，但目前南塘村居民飲水水質(zhì)和取水方式，與日益增長的物質(zhì)文明不相適應(yīng)。解決農(nóng)村飲用水安全問題得到各部門的支持和群眾的擁護(hù)。

3 小型集中供水水質(zhì)處理技術(shù)研究

3.1 水源選擇

根據(jù)當(dāng)?shù)叵滤?、地表水均可滿足要求時(shí)，宜優(yōu)先采用地下水和泉水水源原則，該小型集中供水工程水源為山泉水。

3.2 集中供水工程規(guī)模

該工程是解決生活飲水問題，故工程按設(shè)計(jì)人口的生活飲用水量、水廠自用水量、管網(wǎng)漏失水量和未預(yù)見用水量進(jìn)行需水量計(jì)算。該供水范圍內(nèi)有飲水不安全人口700人，工程設(shè)計(jì)年限為15 a，設(shè)計(jì)水平年為2015年，人口增長率取白溪鎮(zhèn)總體規(guī)劃中遠(yuǎn)期人口綜合增長率6.92‰，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》，本工程供水規(guī)模W＜200，屬于V區(qū)，Kh=2.3～3.0，設(shè)計(jì)取2.3，日變化系數(shù)，工程采用全日制供水，每日供水時(shí)間為24 h，日變化系數(shù)Kd=1.5，村民長期外出打工，村鎮(zhèn)企業(yè)和專業(yè)戶飼養(yǎng)畜禽用水為0。

經(jīng)計(jì)算，供水設(shè)計(jì)人口為846人（見表2），供水規(guī)模為78.82 m3/d.（見表3）。

表2 白溪鎮(zhèn)南塘村居民設(shè)計(jì)人口及生活用水量計(jì)算

表3 白溪鎮(zhèn)南塘村供水規(guī)模計(jì)算

3.3 水質(zhì)處理技術(shù)方案比較

目前去除水中硬度可以通過煮沸法、化學(xué)法、離子交換法、膜法等方法[6-8]。各種軟化處理方法各有特點(diǎn)，實(shí)際應(yīng)用中需要經(jīng)驗(yàn)與實(shí)踐相結(jié)合，根據(jù)不同要求選用不同的軟化工藝。而鄉(xiāng)鎮(zhèn)水廠考慮經(jīng)濟(jì)、技術(shù)要求，多釆用藥劑軟化和離子交換法，離子交換法造價(jià)高、運(yùn)行費(fèi)用高和操作繁瑣，而藥劑軟化法石灰乳價(jià)格低廉、來源廣泛，運(yùn)行成本低，如與絮凝過程同時(shí)進(jìn)行，既可降低水的硬度、總硬度和溶解性總固體含量，也可以去除水中的鐵，使水質(zhì)達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。陳濤[4]對(duì)兩種工藝進(jìn)行了進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，結(jié)果表明，石灰軟化工藝基建與設(shè)備投資高于離子軟化工藝，而運(yùn)行成本低于離子軟化工藝；離子交換工藝雖具有較高的硬度去除率，但是不能去除水中的暫時(shí)硬度，而石灰軟化法則能夠去除水中的HCO3-離子，從本質(zhì)上解決了水燒開后產(chǎn)生漂浮物的問題。鐵中用[3]分別釆用3種絮凝劑進(jìn)行水質(zhì)硬度去除率試驗(yàn)，結(jié)果表明出水硬度不能滿足飲用水標(biāo)準(zhǔn)要求，而采用石灰乳軟化試驗(yàn)，石灰乳最佳投加量為140 mg/L時(shí)，出水總硬度402 mg/L，滿足濾池進(jìn)水要求，如另行投加純堿量>40 mg/L，總硬度去除率逐漸增大，因此通常對(duì)高硬度水釆用石灰乳藥劑軟化法[9-10]。

鑒于以上分析研究，該集中供水工程以山泉水做水源，水源清澈、透明、無污染源，水質(zhì)檢測結(jié)果只有總硬度偏高（220 mg/L），其他指標(biāo)均達(dá)到居民飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)?？紤]到后期運(yùn)行成本，管理方便、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等問題，釆用石灰軟化絮凝法，凈水工程主要由混合反應(yīng)池，沉淀池、濾柱、凈化設(shè)備和清水池組成。其工藝流程見圖1。

圖1 集中供水工程工藝流程

經(jīng)分析研究，石灰軟化絮凝法Ca（OH）2和PAC投入量分別以290～360 mg/L和44～49 mg/L最佳，處理后總硬度可降到110 mg/L，符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，石灰軟化工藝比離子交換工藝成本減少0.5元/t。日處理規(guī)模78.82 m3，出水可達(dá)到《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于農(nóng)民人均可支配收入逐年增加，農(nóng)民對(duì)未來水價(jià)的承受能力將逐年增大。按目前城市供水水價(jià)、每戶年用水量為150 t計(jì)算，總價(jià)僅450元，農(nóng)民應(yīng)能承受目前水價(jià)，對(duì)未來水價(jià)的也具有承受能力。

4 結(jié) 語

項(xiàng)目主要針對(duì)巖溶地區(qū)內(nèi)飲用水水質(zhì)硬度過高問題開展山丘區(qū)自然村莊小型集中供水水質(zhì)處理技術(shù)的研究，突出針對(duì)性和社會(huì)公益性，集中供水工程的修建可改善水環(huán)境，避免農(nóng)戶無序開發(fā)地下水，能提供穩(wěn)定、清潔地下水源，解決當(dāng)?shù)厝找婕せ乃Y源缺乏矛盾，亦可降低結(jié)石病的復(fù)發(fā)，直接取得顯著的環(huán)保效益和社會(huì)效益，為農(nóng)村飲用水安全工程的實(shí)施提供現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

[1] 張 華. 國內(nèi)外除硬技術(shù)現(xiàn)狀研究[J]. 工業(yè)水處理，2011，（12）：5-8

[2] 李紅艷，李亞新，李尚明. 水的硬度對(duì)氫離子交換樹脂軟化處理水的影響[J]. 太原理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，（1）：56.

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[4] 陳 濤. 用石灰軟化—絮凝法處理地下水水源硬度試驗(yàn)研究[D].武漢：華中科技大學(xué)，2012.

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（責(zé)任編輯：高國賦）

Rural Drinking Water Treatment Technology in Hunan’s Karst Region with Nantang Village as a Case

ZHANG Wen-ping1，LI Gui-yuan2，LIU Si-yan2
（1. College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Hunan Water Resources and Hydropower Research Institute, Changsha 410007, PRC）

In order to investigate the villagers’ drinking water quality condition in karst regions of Hunan Province and to solve the residents’ drinking water safety problems in mountain areas of northwest and southeast Hunan, this study was conducted on related conditions to test the quality of local mountain spring and water supply at Nantang Village, Baixi Town, Xinhua County. The results show that the total hardness of the ground water quality has been relatively high at the village where more than 90% of the villagers have suffered from lithiasis, and the drinking water unsafety has seriously jeopardized the health of the residents and restricted the development of local economy there. And the centralized water supply has been put into experiment at the village against the above related actual situation with the water treatment technology of small centralized water supply project suitable for natural villages in hill areas.

water treatment; total hardness; centralized water supply; karst region; mountain area; Hunan

TU991.2

A

1006-060X（2015）11-0086-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.026

2015-9-30

湖南省水利廳項(xiàng)目

張文萍（1977-），女，山西文水縣人，副教授，主要從事水利水資源研究。