韓城龍門鎮渚北水源井水質指標偏高應對措施

楊佳蔚，梁 超

（陜西省水務集團有限公司，陜西 西安 710004）

1 概況

韓城市龍門諸北供水站建成于2015年7 月，供水范圍覆蓋龍門鎮白礬河以北，諸北村以南區域，供水人口3.6 萬人。設計日供水8600 m3。供水站共有7 眼水源井，是龍門鎮供水主要水源地，每眼井平均出水量50 m3/h～60 m3/h，取自黃河漫灘地地下承壓水，通過加壓輸水至水廠。水廠位于龍門鎮諸北村北側，占地14 畝，廠區內主要布置蓄水沉淀池、加壓泵站、管理房等，水廠凈水工藝為:沉淀池+加氯+加壓后供給用戶。

根據韓城供水公司提供的國家城市供水水質監測網西安監測站的檢驗報告，4 眼水源井水質指標偏高，超過國家《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017）中的III 類水水質標準要求，不能滿足鎮區居民用水需求。其中現有的7 眼深水井中，3 號、4號井溶解性固體、硫酸鹽嚴重超標；7 號井錳輕度超標；8 號井色度、渾濁度、總硬度（以CaCO3計）、溶解性固體、硫酸鹽、錳均嚴重超標。4 眼水源井的水質見表1。

表1 水源井水質監測[1]

2 存在問題的危害及原因分析

我國《生活飲用水衛生標準》（GB 5749-2006）規定，錳、硫酸鹽的質量濃度應分別控制在0.1 mg/L、250 mg/L 以下。飲用水中硫酸鹽濃度過高，易使鍋爐和熱水器結垢，當硫酸鹽濃度為300 mg/L～400 mg/L 時，飲用者開始察覺異味。在有Mg2+或Na+存在時，硫酸鹽超過250mg/L 時有致瀉作用。錳含量過高將影響水體色度，且錳被認定為極度危害的物質（I 級）。人體攝入過量的錳，易引發中樞神經系統、呼吸系統疾病。長期與錳接觸，還有可能造成錳中毒。日本東京郊區曾因井水受到錳污染引發多人患病死亡。

由于Mn2+在水中較穩定，不易被水中溶解氧氧化。但在溶解氧相對充足時，錳被氧化后生成的MnO2沉淀物會大大增加原水色度，這也可能是龍門地區部分水源井色度超標的原因，最終嚴重影響供水水質。除此之外，若硫酸鹽還原菌與鐵錳細菌共存，將加快管道腐蝕。

經對水源井以及現有處理工藝的實地調研，認為造成水源井水質指標偏高的原因有以下幾點。

（1）地下水受到污染，水源井與周邊工業園區距離較近，除部分水源井錳含量超標外，原水水質污染現狀與常見的礦區地下水污染現狀相類似。由于水中SO42-在環境中的穩定性和良好的遷移特性，土壤膠體幾乎不能阻留SO42-，灌溉及地面水體滲漏極易導致淺層地下水中硫酸鹽等物質濃度升高，水質惡化。一般情況下，礦區地下水污染指標主要為硫酸鹽、硬度和總溶解性固體，其次有硝酸鹽、Cl-等，其濃度大大超過了國家地下水質量標準中的III 類水標準（GB/T 14848-2017）。目前幾口水源井地下水的水質檢測結果基本符合礦區地下水污染特征，且該地區原水的pH 值普遍較高，屬堿性污染水源，原水中Fe2+發生沉淀，故濃度相對較低。

（2）水廠處理工藝簡單，原水經提升泵進入廠區沉砂池后，投加二氧化氯進行消毒，不能有效處理總硬度、溶解性固體、硫酸鹽、錳等超標問題。

3 原水除錳方法及可行性分析

地下水中錳的去除主要有化學、生物及物理三種方法，其除錳原理及可行性分析如下。

（1）化學除錳的方法：自然氧化法、藥劑氧化法及接觸氧化法均是利用化學氧化作用使水中Fe2+、Mn2+轉化成固態后去除。自然氧化法是國內處理高鐵高錳地下水初期最常采用的方法。主要包括曝氣、氧化反應沉淀、過濾等幾部分。但在利用氧化法去除錳的過程中，原水pH 需達到9.5 以上才能明顯加快氧化速度。龍門渚北水源地的水源井pH 值多數介于8.1～8.2 的區間范圍內，單純的增加曝氣量很難使pH 值達到這一要求，往往還需添加堿類物質。由此導致處理后的水pH 值過高，水出廠前還需添加酸類物質調節pH，并且錳離子的氧化和沉淀均需在反應沉淀池里進行，要停留足夠的時間以保證效果，進一步增加了水廠的管理難度和運行費用；藥劑氧化法。藥劑氧化法除錳是將液氯、KMnO4等強氧化劑添加到要處理的水中，將水中溶解態的鐵錳氧化成固態，再進行沉淀過濾處理后達到出水標準，由于強氧化劑的成本及腐蝕性較高，操作危險性大，僅有一些建成時間較久，人員較少的水廠依舊在采用；接觸氧化法。接觸氧化法主要是將地下水曝氣處理后通過濾池，使得Mn2+氧化后的高價產物附著在濾料表層，從而形成錳質活性濾膜。Mn2+在錳質活性濾膜的催化作用下，變成高價錳吸附于濾料表面，從而保持和更新濾膜。由于濾膜的自催化作用，在環境pH>7.5 時即可達到除錳條件。并且水在系統內停留時間短，一定程度上降低了制水成本并提高了除錳制水效率。

（2）生物法：主要是利用除錳濾池中錳細菌的生物作用，即錳是錳質活性濾膜的化學催化作用去除的。在生物除錳的過程中，Fe2+是維系生物濾層中微生物群系平衡的重要因素。生物濾層中有大量錳細菌存在時，鐵參與了錳氧化菌的代謝，才能使得Fe2+和Mn2+在同一生物濾層中同時被去除。

針對目前龍門供水廠原水中鐵、錳含量相差較大的現狀，若采用生物法除錳，原水長期進入生物濾層，易破壞生物群系的平衡，濾層的除錳活性也就隨之削弱并最終喪失。總體來看，龍門水庫水源井中過量的Mn2+不宜長期用生物法去除。

（3）物理法：最常用的即為膜分離技術。與傳統的常規凈水工藝相比，膜處理工藝利用其獨特的孔徑大小，對雜質離子的去除更為簡單方便，若原水在過膜前需進行預處理，則在該階段少投或者不投藥劑對最終處理效果影響不大，基本可保證出水水質穩定。且龍門地區部分水源井原水濁度較高，若采用膜處理工藝，可適當增加一些預處理工藝，將小分子物質凝聚成大分子顆粒，從而方便超濾等膜法去除。由于膜處理工藝的去除范圍基本面向原水中全部雜質離子，因此將最大限度保證出水水質的安全。

4 原水脫硫凈化技術及可行性分析

龍門地區水源井中的地下水除部分原水Mn2+含量過高之外，水中富含硫酸鹽，硬度、鹽度、總溶解性固體也偏高。其處理的關鍵在于地下水中硫酸鹽的凈化。基于硫酸鹽在水體中的性質特征和資源化目標，該地區地下水處理的主要技術為物化和生物技術。

（1）物化技術：包括膜分離技術、熱力法、離子交換法和藥劑法。其中電滲析和反滲透技術均屬于膜分離技術，是目前苦咸水脫鹽淡化處理的兩種主要方法。電滲析法通過外加直流電場的作用，利用離子交換膜對溶液中離子的選擇透過性，使溶質和溶劑分離。反滲透法則是借助于半透膜的壓力進行物質分離，從而有效地去除無機鹽類、低分子有機物、病毒和細菌等。熱力法通過高溫蒸餾和低溫冷凍對含鹽水進行熱力脫鹽淡化處理，但此法以消耗熱能為代價，一般適用于含鹽量超過3.0g/L的礦區地下水處理。離子交換法主要利用陰陽離子交換劑去除水中的離子從而降低含鹽量，當進水含鹽量小于0.5g/L 時采用此法比較經濟，在原水經膜分離法處理后可進一步達到除鹽的目的。藥劑法則是在水井中加入石灰乳或石灰石，依據無機化學反應中的溶度積規則，加入鋇試劑凈化高硫酸鹽地下水時，在達到凈化目的的同時，也可回收具有較高經濟價值的沉淀性BaSO4。

（2）生物技術：生物凈化技術主要是利用硫酸鹽還原菌的代謝作用去除水中硫酸鹽，但由于富硫酸鹽地下水大多不含有機污染物，使得硫酸鹽還原缺少必要的碳源和能量來源，因而解決生物處理系統的碳源和電子供體是實現脫硫的關鍵。

5 技術處理措施

綜合以上原水除錳方法和脫硫凈化技術，結合龍門地區地下水水質問題的適用性、緊急程度、工藝操作難易程度、能耗大小、運行成本高低等，提出以下技術處理措施。

（1）短期措施

從短期解決當前龍門地下水水質問題的緊急程度來看，暫不推薦部分物化法（熱力法、離子交換法）和生物代謝技術，可在供水成本有所保障的前提下，選取膜處理技術或藥劑法對地下水進行處理和供給，最大限度保證出水水質的安全。

（2）長期措施

從長期供水的成本、運行管理及環境友好程度來看，超濾和反滲透是除去溶解鹽類和重金屬最好的凈水工藝，選取超濾+反滲透對現有水廠處理工藝進行改造，可以一次性投資解決綜合水質問題。水廠凈水工藝流程見圖1。

圖1 水廠凈水工藝流程圖

（3）其他建議

龍門渚北供水站關系到龍門鎮區5 萬人飲水安全問題，請供水公司就水源污染問題向韓城市政府緊急報告，尋求政府及相關職能部門的支持，劃定供水范圍內各水源地水源保護區，做好水源地保護工作，保障供水安全，同時要求向造成污染的責任單位進行追責及獲得賠償。

同時在有條件的前提下，選取新水源地，結合城市發展整體規劃，在遵循遠離工礦廠區污染源、盡量靠近供水區域的原則下，做好水源井的勘察選址和論證研究，以確保新的水源井方案具備科學性和可行性。

6 結論

韓城龍門渚北水源地作為龍門鎮供水的主要水源地，近期根據地下水水質檢測報告顯示，部分水井溶解性總固體、硫酸鹽、色度、渾濁度、總硬度、氯化物、錳超標，不能滿足正常供水需求，基于現狀提出膜處理技術或藥劑法的短期措施和超濾+反滲透工藝改進的長期措施。從而解決龍門鎮水源井水質不達標問題和下一步供水規劃提供參考依據。