摘要：指出了窖水的利用是我國西北大部分地區(qū)解決人畜飲水需求的主要形式之一。針對水窖集蓄雨水中出現(xiàn)的水質(zhì)問題，對不同材質(zhì)的水窖貯水和窖水水質(zhì)的變化過程進(jìn)行了探究，總結(jié)了改善窖水水質(zhì)的途徑方法，分析了各工藝的利弊。

關(guān)鍵詞：西北地區(qū)；水窖；水質(zhì)變化；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2017）12008603

1引言

我國西北大部地區(qū)水資源短缺，當(dāng)?shù)鼐用癯Ｍㄟ^院落、屋面、寬闊場地及道路收集雨水，采用儲水桶、水窖等方式蓄存雨水，以保證人畜生活飲用。但是，雨水降落時常受到大氣污染物的影響，且在地表徑流中易攜帶泥沙等無機(jī)物、畜禽糞便等固體雜質(zhì)、化肥農(nóng)藥等污染物[1]。雨水儲存較長時間后會滋生大量細(xì)菌，甚至出現(xiàn)肉眼可見的水生動植物，而常用的窖水存在SS、COD、NH+4-N含量及菌落總數(shù)、大腸桿菌群、pH指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)等水質(zhì)問題，長期飲用將嚴(yán)重危害居民的身體健康[2，3]。因此，研究窖水水質(zhì)的變化特點，運(yùn)用簡單高效的水處理技術(shù)解決其嚴(yán)重超標(biāo)問題，對改善居民的生存環(huán)境和促進(jìn)社會的和諧發(fā)展有重要的意義。

2水窖的類型及特點

水窖是常見的雨水集蓄形式之一，應(yīng)用較為廣泛的是小型水窖，主要滿足人畜用水需求，此外還有集中規(guī)劃的大型水窖工程來補(bǔ)充農(nóng)業(yè)方面的需要。水窖的形狀大概有球形、圓柱形、瓶形和窯形4種[4]，不同的水窖材質(zhì)對水質(zhì)的影響較大，具體參數(shù)比較如表1所示。

表1水窖分類及參數(shù)比較

類型材質(zhì)體積/m3防滲技術(shù)特點

球形混凝土20～30水泥砂漿抹面或者塑膜經(jīng)久耐用，施工技術(shù)要求較高

圓柱形混凝土澆筑，以磚塊修筑50水泥砂漿或膠泥抹面蓄水量、體積較大，防滲技術(shù)要求較高

瓶形磚砌、混凝土、塑膜等20～50水泥砂漿或膠泥抹面施工較簡單，深度較大

窖形混凝土50～100水泥砂漿抹面施工要求較高，投資大，多服務(wù)于果園或經(jīng)濟(jì)作物

3窖水水質(zhì)的變化過程

研究發(fā)現(xiàn)[5]，窖水中的SS、NH+4-N、COD及總細(xì)菌數(shù)等指標(biāo)，在物理、化學(xué)與生物化學(xué)作用下的變化可分為3個過程：初期沉降過程（1～15 d）、中間過渡過程（15～100 d）和后期穩(wěn)定過程（100～250 d）。

3.1初期沉降過程

初期匯流過后窖水的水質(zhì)與集雨面的特征息息相關(guān)，匯流結(jié)束后窖水不受外界干擾，此時SS、NH+4N、COD及總細(xì)菌數(shù)等指標(biāo)快速降低。初期沉降主要以泥沙顆粒等無機(jī)雜質(zhì)的自由沉降為主，同時，由于顆粒雜質(zhì)的界面有很強(qiáng)的吸附能力，使得水中的各污染物部分轉(zhuǎn)移到顆粒雜質(zhì)的表面，從而污染物指標(biāo)也隨著顆粒雜質(zhì)沉淀而降低。除此之外，水相中存在微生物的降解作用也可使溶解氧被消耗。

3.2中間過渡過程

此階段，污染物指標(biāo)仍然呈下降，但具有一定的波動性。窖水SS的降低主要屬于沉速非常緩慢的一種膠體“穩(wěn)定體系”，細(xì)菌類微生物的生長經(jīng)歷加速增殖期、延滯增殖期、穩(wěn)定期及內(nèi)源呼吸期。同時，隨著COD和微生物逐漸減少，耗氧速率隨之減小使得窖水中DO逐漸增大而有所恢復(fù)，另外，隨著有機(jī)物抑制作用的降低，硝化反應(yīng)也在適宜的環(huán)境下得到進(jìn)行，NH+4-N濃度逐漸降低。

3.3后期穩(wěn)定過程

后期窖水水溫較低，維持在10℃以下，加之微生物的降解作用降低，窖水中各污染物指標(biāo)處于動態(tài)平衡狀態(tài)，水質(zhì)變化不大。

4改善窖水水質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用

4.1粗濾慢濾技術(shù)

生物慢濾技術(shù)可通過濾料的物理吸附和截留、微生物降解作用有效的處理微污染水體，對水中COD、NH+4-N、重金屬、感觀指標(biāo)及細(xì)菌總數(shù)等污染物有良好的去除效果[6]。不過，傳統(tǒng)慢濾技術(shù)對進(jìn)水濁度的要求較高，采用粗濾作為慢濾的前置預(yù)處理單元，可有效降低慢濾池的進(jìn)水負(fù)荷，而粗濾慢濾設(shè)備無需附加投藥，操作管理簡單方便，適用于改善西北地區(qū)的分散式窖水水質(zhì)[7]。李鵬等人[8]研究的家用型生物慢濾裝置主要依賴濾料表面生成的生物膜對窖水進(jìn)行消毒和生化反應(yīng)，無需消毒設(shè)施和任何藥劑，更不需要反沖洗和相關(guān)設(shè)施，成本極低，村民接受度也較高，但體積較大，處理量相對較小。

4.2陽光消毒-生物砂濾池

王進(jìn)喜等人[9]在對傳統(tǒng)濾池進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上結(jié)合陽光消毒，研制出陽光消毒-生物砂濾池（Solar water disinfection-biosand filter，SBF），將其作為農(nóng)戶末端的凈水設(shè)備，置于農(nóng)戶用水點上。該設(shè)備將物理過濾和生物過濾兩者集合在過濾室內(nèi)，從而進(jìn)行顆粒物雜質(zhì)等的遷移、粘附和生物降解過程，且除去部分的病毒微生物。在沉淀消毒室內(nèi)，利用光氧化催化降解作用達(dá)到殺滅水中病原類微生物的目的，同時通過雜質(zhì)沉淀分離和底部排泥措施保證了清澈的出水。最終，簡易的SBF家庭水處理設(shè)備可在低耗環(huán)保的前提下將微污染水體處理至合格飲用水。

4.3活性炭-石英砂生物過濾技術(shù)

生物過濾技術(shù)將傳統(tǒng)的過濾與生物膜結(jié)合起來，可以很好的去除微污染水中的COD、NH+4-N、Fe、Mn和無機(jī)顆粒雜質(zhì)等污染物質(zhì)，大幅提高窖水飲用的安全和穩(wěn)定性。岳麗芳[10]采用活性炭-石英砂生物過濾技術(shù)，研究該生物過濾技術(shù)對模擬窖水以及實際窖水的去除效能，結(jié)果表明工藝對實際窖水有良好的去除效果，COD、NH+4-N和濁度的去除率分別可達(dá)到53%、71%、88%，出水水質(zhì)滿足GB5749-2006標(biāo)準(zhǔn)，說明該技術(shù)在改善西北窖水水質(zhì)中具有一定的可行性。

4.4超濾技術(shù)

膜技術(shù)具有高效、低耗節(jié)能、工藝簡單易控制等優(yōu)點，是西北農(nóng)村窖水處理的較佳選擇之一。隨著科技的進(jìn)步，濾膜成本持續(xù)降低，操作水平逐漸提高，超濾技術(shù)在農(nóng)村的窖水水質(zhì)改善中的推廣和應(yīng)用也逐漸嶄露頭角[11]。當(dāng)前，雖然膜污染仍是限制超濾技術(shù)應(yīng)用的主要因素，不過按照不同水質(zhì)特點，通過合理選擇濾膜參數(shù)、優(yōu)化工藝運(yùn)行條件以及對進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理等途徑，可以確保系統(tǒng)長期有效地穩(wěn)定運(yùn)行和對水質(zhì)改善效果。

4.5其他技術(shù)

對水質(zhì)要求較高時也可采用強(qiáng)化混凝手段處理窖水，武福平等[12]使用PAC來強(qiáng)化PAFC混凝，研究表明投藥量、攪拌強(qiáng)度和時間適合時，對濁度和COD均有很好的去除效果。此外，馬娟等[13]研究了活化沸石對大腸桿菌、高分子有機(jī)物以及表面活性劑的去除效果，特別是對大腸桿菌的去除率達(dá)到了99.9%，說明活化沸石也可以大幅度改善窖水水質(zhì)。目前，常見的窖水水處理設(shè)備除了上述的小型超濾設(shè)備、粗濾慢濾生物過濾設(shè)備外，還有水力自動微絮凝—生物過濾設(shè)備，該設(shè)備操作方便，無需耗能可自行反沖，但體積偏大，另外微濾+光催化水處理設(shè)備由于其技術(shù)先進(jìn)，耗能少也值得關(guān)注，但是催化劑的問題突出，成本和運(yùn)行費用偏高，且很大程度上依賴于天氣[1]。合理安全的消毒措施也可以大大改善飲用水水質(zhì)和安全問題，作為村民生活飲用水時，應(yīng)堅持高溫消毒、煮沸后飲用。另外，定期投入漂白粉也是常用的消毒方法，當(dāng)水質(zhì)濁度居高不下時也可投加一定量的明礬。

2017年6月綠色科技第12期

史登峰：西北地區(qū)窖水水質(zhì)及其凈化技術(shù)研究

環(huán)境與安全

5結(jié)語

（1）不同水窖材質(zhì)對水質(zhì)的影響較大，窖水水質(zhì)也隨著時間加長而逐漸變化直至達(dá)到穩(wěn)定期，選擇集雨面材質(zhì)、窖址和水窖類型時，需重點考慮當(dāng)?shù)氐臍夂虿町?、地域差異和水污染環(huán)境的不同，合理優(yōu)化水窖結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)水窖管理。

（2）針對我國西北地區(qū)農(nóng)村地區(qū)窖水污染狀況和水質(zhì)的波動變化，技術(shù)應(yīng)用選擇時在保證用水水質(zhì)安全的基礎(chǔ)上，需重點考慮經(jīng)濟(jì)成本的大小和操作的簡易程度，同時須考慮到應(yīng)用設(shè)備在農(nóng)村地區(qū)四季變化下運(yùn)行的可行性，做好降溫或者保溫措施。

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