翟金永

（蘭州工業(yè)研究院，甘肅蘭州730050）

農(nóng)村水窖水質(zhì)保障技術(shù)研究

翟金永

（蘭州工業(yè)研究院，甘肅蘭州730050）

甘肅省農(nóng)村地區(qū)干旱少雨，水資源及其匱乏，水窖飲用水是農(nóng)村地區(qū)的重要水資源。但水窖蓄集雨水水質(zhì)總體較差，引發(fā)的各類疾病持續(xù)上升，制約了新農(nóng)村建設(shè)的進程。目前，水質(zhì)已取代水量成為水窖飲用水亟待解決的問題。生態(tài)過濾技術(shù)是雨水徑流污染控制的有效技術(shù)，可實現(xiàn)雨水徑流的直接處理與回用，且具有成本低、效果好等優(yōu)點。生態(tài)過濾系統(tǒng)通常由植被系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)組成，過濾系統(tǒng)有過濾層和濾后收集系統(tǒng)構(gòu)成，植被系統(tǒng)種植于過濾介質(zhì)之上。雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)是雨水徑流污染生態(tài)處理的重要技術(shù)，由于其適用性強，污染控制效果好，現(xiàn)在國外已得到迅速發(fā)展。

干旱；水窖；雨水徑流；生態(tài)過濾

新農(nóng)村建設(shè)是國家實施惠民工程的重要舉措，甘肅省為貫徹中央新農(nóng)村建設(shè)的相關(guān)精神，進一步加強新形勢下的群眾工作，加快農(nóng)村脫貧致富步伐，全面推進新農(nóng)村建設(shè)，開展了“聯(lián)村聯(lián)戶、為民富民”的行動，取得了豐碩的成果。

新農(nóng)村建設(shè)及“聯(lián)村聯(lián)戶、為民富民”行動不僅要提高農(nóng)村的收入水平，而且要提高農(nóng)村人民群眾的生活水平。其中，讓農(nóng)村人民群眾喝上符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的安全飲用水是重要的基礎(chǔ)保障措施，是新農(nóng)村建設(shè)及“聯(lián)村聯(lián)戶、為民富民”行動的重要內(nèi)容。

1　水窖飲用水存在的問題

甘肅省農(nóng)村地區(qū)干旱少雨，水資源及其匱乏，水窖飲用水是農(nóng)村地區(qū)的重要水資源。甘肅省自實施“121”雨水集流工程以來，建成集雨水窖近80萬眼，飲用水人口達220萬人。但水窖蓄集雨水水質(zhì)總體較差，由此引發(fā)的各類疾病持續(xù)上升，制約了新農(nóng)村建設(shè)的進程。目前，水質(zhì)已取代水量成為水窖飲用水亟待解決的問題。

因此，對水窖飲用水水質(zhì)安全進行研究，提出適用于甘肅省農(nóng)村水窖水質(zhì)安全保障的關(guān)鍵技術(shù)，解決水窖水質(zhì)低下的現(xiàn)狀，為新農(nóng)村建設(shè)及“聯(lián)村聯(lián)戶、為民富民”行動提供技術(shù)保障，具有重要的現(xiàn)實意義。

2　雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)

雨水是半干旱缺水地區(qū)的重要水資源來源，是維持當(dāng)?shù)厝嗣袢罕娬Ｉ钆c經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。降雨降落到地面以后，地表儲存污染物進入雨水徑流中，導(dǎo)致雨水徑流污染加重。地域、環(huán)境等自然條件對雨水徑流污染負(fù)荷產(chǎn)生直接影響，隨著降雨間隔、空氣污染負(fù)荷的加大，徑流水質(zhì)下降，對水窖水質(zhì)將產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

已有研究對雨水徑流污染物的形成過程進行了基礎(chǔ)性研究，基本掌握了雨水徑流污染形成機制。同時對水窖雨水水質(zhì)特征進行了研究，掌握了水窖雨水水質(zhì)特征及變化規(guī)律，但對蘭州地區(qū)黃土疏松土質(zhì)建立雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)等內(nèi)容缺乏相應(yīng)的研究。

對蘭州市雨水水窖利用集中區(qū)域進行調(diào)研，掌握雨水徑流污染負(fù)荷特征與典型水窖水質(zhì)的周期性變化特征，建立水窖水質(zhì)與徑流污染負(fù)荷的偶聯(lián)機制。遴選一處進行現(xiàn)場實驗，建立中試實驗裝置，對徑流雨水及實驗水窖雨水進行監(jiān)測，建立雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)動態(tài)模型，基于生態(tài)過濾系統(tǒng)濾層截留的徑流污染物去除機制，通過優(yōu)化生態(tài)過濾系統(tǒng)多層濾料的設(shè)置和生態(tài)過濾系統(tǒng)與水窖的水力組合技術(shù)，提高水窖內(nèi)水質(zhì)。通過水窖內(nèi)投加消毒片等手段控制水窖內(nèi)細(xì)菌繁殖，嘗試開發(fā)集混凝沉淀、過濾、消毒為一體的分散式小型水處理裝置，實現(xiàn)水窖污染風(fēng)險終端控制。

2.1實驗地點遴選

在掌握蘭州市雨水水窖分布的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有條件，選擇合理的實驗地點。實驗地需具備水窖利用典型性、管理運行方便性的特點，初步地點選擇為蘭州市榆中縣地區(qū)。

2.2實驗地點地理特征調(diào)研

對實驗現(xiàn)場地面參照透水地面與非透水地面進行初劃分，在此基礎(chǔ)上按照積累污染物量進行劃分。調(diào)研各分類的坡面類型、匯流面積、坡面坡度、污染物積累程度。

2.3雨水徑流水質(zhì)監(jiān)測

監(jiān)測不同區(qū)域面（主要屋頂、家畜養(yǎng)殖區(qū)、院落植被區(qū)、一般區(qū)域）的徑流水質(zhì)狀況，通過數(shù)學(xué)模擬，計算不同匯流區(qū)域的污染物積累量及污染物貢獻率，為匯流面優(yōu)化提供基礎(chǔ)。同時，通過監(jiān)測匯流面水質(zhì)狀況和流量情況，掌握水窖收集雨水的主要水質(zhì)特征。

2.4實驗水窖的建設(shè)

根據(jù)現(xiàn)場實驗條件，建設(shè)容積為2.0～3.0 m3的蓄水水窖一座，水窖蓄水桶為PE桶（成品），并埋于地下。頂端進行改造，實現(xiàn)以生態(tài)過濾為核心的徑流污染物控制措施。建議頂端采用磚混加水泥砂漿結(jié)構(gòu)。

2.5水窖飲用水水質(zhì)保障

對實驗水窖與對比水窖進行水質(zhì)監(jiān)測，對比其水質(zhì)穩(wěn)定性。研究實驗用水窖細(xì)菌繁殖增長曲線，必要的情況下采用投加固體消毒劑的方案控制窖內(nèi)細(xì)菌繁殖。研究開發(fā)集混凝沉淀、過濾、消毒為一體的農(nóng)用小型多功能水質(zhì)凈化器，對水窖可能產(chǎn)生的生物污染、化學(xué)污染及感官性指標(biāo)惡化實現(xiàn)全方位控制，提高農(nóng)村飲用水水質(zhì)。

2.6監(jiān)測指標(biāo)

主要監(jiān)測指標(biāo)pH、濁度、色度、嗅和味、CODMn、NH3-N、硝氮、TN、TP、細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌群；輔助監(jiān)測指標(biāo)：陰離子合成洗滌劑、農(nóng)藥殘留（根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)藥使用情況，從六六六、樂果、敵敵畏、滅草松、毒死蜱、六氯苯等選擇其一）。

3　結(jié)果分析

3.1農(nóng)村院落雨水徑流水質(zhì)特征不明確

現(xiàn)有研究對雨水徑流的雨水水質(zhì)特征進行了調(diào)查，但是對雨水徑流污染輸送過程不明確，因此不能根據(jù)污染形成及輸送過程提出有效的徑流污染削減措施。3.2水窖雨水水質(zhì)保障技術(shù)不成熟

農(nóng)村水窖雨水水質(zhì)特征及污染特性進行了大量的研究，并提出了相應(yīng)的污染控制措施，但是控制措施僅基于通用技術(shù)手段，未能根據(jù)水窖特征提出可靠的水質(zhì)保障措施。

3.3農(nóng)村水窖雨水水質(zhì)安全的相關(guān)研究較少

現(xiàn)有研究集中于城市雨水徑流污染控制及農(nóng)村水窖的水質(zhì)特征，不能根據(jù)甘肅省新農(nóng)村建設(shè)過程中的實際情況，提出適用于甘肅省農(nóng)村的水窖雨水水質(zhì)安全保障措，因此對農(nóng)村水窖飲用水水質(zhì)安全的技術(shù)支持能力較弱。

4　雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)工作原理

徑流污染形成可分為兩個連續(xù)過程，旱期積累與雨期沖刷。隨著不降雨時間的延長，污染物積累量逐漸增加，通常情況下積累開始時速率較快，而后逐漸變慢，最終達到一個平衡狀態(tài)。根據(jù)污染物類型的差異，污染物沖刷可分為兩個典型過程—水力攜帶和溶解。我國西北半干旱地區(qū)自然環(huán)境脆弱，大氣降塵對積累污染物的貢獻率明顯增加，加之降雨間隔期長，雨期徑流污染負(fù)荷加重。

雨水徑流污染的攜帶作用，導(dǎo)致水窖雨水水質(zhì)的下降。有相關(guān)學(xué)者對甘肅定西地區(qū)雨水集流進行三年調(diào)查的基礎(chǔ)上，并進行了較全面的水質(zhì)分析，發(fā)現(xiàn)了55種有機污染物可被廣泛檢測出。隴東南地區(qū)窖儲水通過檢測，化學(xué)指標(biāo)部分合格，細(xì)菌學(xué)指標(biāo)不合格，pH值、Cu、Zn、Pb、Fe、COD含量基本符合飲用水指標(biāo)，但總硬度、溶解性總固體超標(biāo)，大腸桿菌嚴(yán)重超標(biāo)，水窖雨水存在安全隱患，不可直接飲用。對甘肅省定西縣112眼家庭自用水窖進行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，色度、嗅和味合格率較高,渾濁度合格率較低，僅為39.3%；化學(xué)指標(biāo)基本合格,但氮氨、亞硝酸鹽氮合格率很低，僅為28.6%和9.8%；細(xì)菌學(xué)指標(biāo)合格率低，大腸桿菌合格率僅為18.8%。

生態(tài)過濾技術(shù)是雨水徑流污染控制的有效技術(shù)，可實現(xiàn)雨水徑流的直接處理與回用，且具有成本低、效果好等優(yōu)點。生態(tài)過濾系統(tǒng)通常由植被系統(tǒng)和過濾系統(tǒng)組成，過濾系統(tǒng)有過濾層和濾后收集系統(tǒng)構(gòu)成，植被系統(tǒng)種植于過濾介質(zhì)之上。植被系統(tǒng)與過濾系統(tǒng)的聯(lián)合作用實現(xiàn)了對雨水徑流污染物截留與去除，因此經(jīng)雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)處理后，水窖雨水水質(zhì)可以得到有效的提高。

當(dāng)雨水徑流通過過濾系統(tǒng)時，不同類型的污染物去除機理具有顯著差異。顆粒物質(zhì)主要通過物理過濾截留從徑流中分離，從而由雨水徑流轉(zhuǎn)移至生態(tài)過濾系統(tǒng)中；溶解性有機物的去除機理比較復(fù)雜，研究結(jié)果表明溶解性有機物的去除為過濾介質(zhì)吸附、植物吸收和微生物分解等多重機制協(xié)同作用下的結(jié)果。

5　結(jié)束語

雨水生態(tài)過濾系統(tǒng)是雨水徑流污染生態(tài)處理的重要技術(shù)，由于其適用性強，污染控制效果好，現(xiàn)在國外已得到迅速發(fā)展。將雨水生態(tài)過濾技術(shù)應(yīng)用于甘肅省農(nóng)村窖水水質(zhì)保障，將窖水污染物控制于窖水之外，可有效實現(xiàn)水窖雨水水質(zhì)的提高。

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S277.7

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.002

2016-9-2

翟金永（1971-），男，漢族，甘肅武威人，大學(xué)本科，工程師，主要研究方向：科研管理。