石漠化地區集雨飲用水水質安全處理技術研究

文_楊 青（廣西交通職業技術學院，教師，講師）

農村飲水安全是指農村居民能夠及時、方便地獲得足量、潔凈、負擔得起的生活飲用水，其評價指標包括水質、水量、用水方便程度和供水保證率四個方面。農村飲水安全工程是一項推動實施鄉村振興戰略、全面建成小康社會的重大民生工程。為解決石漠化地區農村飲用水安全問題，20世紀90年代初，當地村民在政府的指導和資助下，修建收集雨水的分散供水工程（蓄水池）。2020年給蓄水池加蓋，以減少水分蒸發，防止污染物掉入。已建成的蓄水池能夠積蓄大量雨水，基本滿足村民生活用水的需求，但由于未配套設置水質處理和消毒設施，無法保障飲用水安全。大數蓄水池水質指標中的色度、渾濁度、pH值、肉眼可見物、菌落總數、總大腸菌群等不能滿足生活飲用水衛生標準的要求，嚴重影響村民的身體健康。為凈化水質，保障飲用水安全，選擇廣西河池市東蘭縣三弄瑤族鄉全洞村不同類型集流場的蓄水池所采用水質凈化處理技術作為研究對象。

東蘭縣三弄瑤族鄉集雨水柜

露天地頭水柜

藻類密布的地頭水柜

一、集雨蓄水池水質安全現狀調查與評價

廣西28個縣的大石山區面積占全縣面積的40%以上，正在使用的家庭水柜有6.5萬多個，有50多萬人使用集雨水柜。自2015年7月開始，選擇廣西河池市東蘭縣三弄瑤族鄉全洞村進行集雨飲用水水質安全的調查和研究工作，根據集流方式、集流場地、蓄水池上沿與地面的高差、是否加蓋等要求，選擇20個水柜進行研究。水質監測頻率為每年2次，監測時間分別為每年的7月（雨季）和1月（旱季），連續監測3年。

監測的水質指標包括感官性狀指標——色度（鉑鈷色度）、渾濁度（散射渾濁度）及肉眼可見物，一般化學指標——pH值，微生物指標——菌落總數和總大腸菌群等6個指標，按照《生活飲用水衛生標準》（GB 5749——2006）評價水質情況，采用單因子指數法進行監測。監測數據表明，3種集流場20個水柜的色度、渾濁度、菌落總數、總大腸菌群均有不同程度的超標現象，個別水柜的pH值偏堿性。集流場為自然坡面的水柜水質最優，集流場為庭院的水質最劣。雨季水質的色度、渾濁度、肉眼可見物含量均高于旱季，無蓋且集水面位于地下的水柜水質污染最為嚴重，尤其是色度、渾濁度和微生物學指標。

二、集雨蓄水池水質污染的原因及途徑分析

集雨蓄水池的水質污染程度與大氣環境質量、集流方式、集流場地及場地材料、集流口和地面的相對位置關系、是否加蓋、用水習慣、日常維護管理等因素有關。

集雨水柜水面漂浮物污染

集雨水柜容積小用途多

（一）降雨時空氣中的污染物流入蓄水池

大氣相當于雨水的源頭，大氣環境質量影響降雨的質量。空氣中的氣態污染物（SO2、NOx、NH3、H2S等）、顆粒態污染物（PM10、PM2.5等）、農藥等揮發性有機物、氣溶膠等污染物隨著降雨進入蓄水池，雨水在落地前就被污染。

（二）集流場上的污染物是造成蓄水池水質變差的主要原因

集流場分為庭院集流場、屋頂集流場和坡面集流場3種類型。偏遠農村的庭院集流場通常具有多種功能，不下雨時晾曬谷物、衣物，堆放農具、化肥、農藥等，降雨時雨水沖刷集流場上的污染物，攜帶生活垃圾、動物糞便、建筑施工材料廢棄物、堆積肥料和農藥殘留物、草垛及落葉等有固態廢棄物碎屑進入蓄水池導致水質變差，也導致雨水的水質因空間及時間的不同而有所差異。屋頂集流場又分為瓦屋面收集和混凝土屋面收集，瓦屋面因人為活動干擾小，所以雨水水質較好；混凝土屋面雨水水質相對復雜，人員活動頻繁，人為干擾大。大石山區農村水柜大多分布在半山腰，調查樣本中32%的水柜集流面是自然坡面，其中，90%的集流坡面較平緩，坡面有植被覆蓋，坡面集流場的雨水水質較優。

（三）雨季路面污染物流入蓄水池

部分蓄水池邊沿位于地下或半地下，雨水攜帶地面垃圾、動物糞便等污染物流入蓄水池，導致色度、渾濁度、有機物及微生物超標。

（四）長時間儲水水質變差

由于蓄水池的水是不流動的，屬于“死水”，水中含氧量降低，厭氧菌大量繁殖，水中的有機物得不到有效降解，最后發酵、變質，使水體發臭。

露天水柜水質檢測現場

三、水質凈化技術研究

現有的凈水設備對集雨蓄水池的水質凈化能力不足。西部偏遠地區用水農戶居住分散，一戶一個小山頭，這決定了水質凈化設備的研制方向主要是針對以單個家庭為用水單元的小型或者微型設備，需解決的集雨水質污染問題則是水體渾濁和微生物超標問題。盡管目前市場上已有許多供家庭使用的凈水器，但這些凈水器對城市自來水進行二次凈化，主要去除水中重金屬物質、礦物質等，雨水處理效果無法體現，且初期投入及日常維護費用較高，農戶難以承受。為解決該問題，項目組成員就蓄水池水質凈化技術進行現場試驗，因地制宜，形成“物理處理技術+化學處理技術+生物處理技術”的集雨蓄水池水質凈化處理方案。

（一）水質凈化處理技術

1.源頭預防、衛生防護是關鍵

地處偏遠山區的農村受工業污染影響較小，雨水中的污染物大部分來源于農業生產和生活污染，設置衛生防護距離是保護飲用水源的有效途徑。在蓄水池周圍劃定防護距離，防護距離內不允許建化糞池、禽舍等，不能堆放農具、農藥、化肥和生活垃圾，蓄水池池沿應高出地面30～50厘米。集流場應保持清潔衛生，定期打掃枯枝落葉和清除鳥糞。密閉蓄水池可以有效攔截流入蓄水池的污染物，還能減少水分蒸發，既能保護水質又能調節水量。

2.“棄流”初期雨水

沖刷集流場的初期雨水污染物濃度最高，應做“棄流”處理以降低蓄水池污染物的原始濃度，棄流的雨水可用來沖洗廁所等。棄流量根據集流場面積和3毫米降水量來確定，在集流口安裝“棄流”裝置來控制棄流量。棄流裝置及其工作原理：初期雨水棄流裝置是一個帶有控制閥的棄流池，設置浮球控制閥，浮球控制閥隨著棄流池水位的增加而上升，當達到設定水位的高度時，浮球閥進入雨落管內堵住雨落管出口，棄流池被完全關閉，后續的雨水沿著雨水收集管道進入水質預處理構筑物內進行處理。

3.物理處理技術

在蓄水池前設沉砂池，蓄水池底部安裝慢濾系統。沉砂池及慢濾系統工作原理：在蓄水池前增設一個沉砂池，雨水在沉砂池停留一定的時間后，雨水中粒徑大于0.20毫米，密度大于2650千克/立方米的沙粒將沉降到沉砂池的底部，雨水的渾濁度可降低到3度。在蓄水池底部安裝慢濾系統，慢濾系統由兩層濾料組成，上層為30～40厘米厚的純石灰巖中粗顆粒，下層為50～80厘米厚且粒徑為0.30～1毫米的石英砂或普通河砂。通過慢濾系統的水質濁度近乎零，有機物、微生物等均得到降解。慢濾系統不需要額外的動力裝置和化學藥劑，管理簡單，運行穩定可靠，凈化成本低，可應用于經濟水平、管理水平低和技術落后的廣大農村地區。

家庭水柜

農村集中供水工程

4.化學處理技術

（1）加混凝劑使水質澄清。水質凈化用的混凝劑大致可以分為無機混凝劑、有機混凝劑和高分子混凝劑3類。混凝過程就是在水處理過程中加入混凝劑，使雜質產生凝聚、絮凝的過程，達到去除濁度和細菌的效果。絮凝劑有很多品種，根據水柜水質情況選擇混凝效果好、無毒害作用、成本低和管理方便的混凝劑，通過混凝試驗計算混凝劑的投加量，避免過度使用從而引入其他污染物。

（2）加醋酸調節pH值。石漠化地區飲用水的pH值在6.5～8.5范圍，偏堿性的飲用水可以用食用醋進行調節，使水質的pH值降至安全范圍。食用醋投加量根據水量和pH值來計算。食用醋調節pH值簡單、方便、快捷，但是蓄水池內襯大多為堿性的水泥層，耐酸性差，醋酸不能直接投入到水柜中，但新建的水泥池在蓄水前可以用食用醋來除堿。

5.消毒技術

為解決菌落總數、總大腸菌群超標問題，杜絕傳染病的發生和流行，保證人體健康，生活飲用水必須進行消毒處理。目前我國用于飲用水消毒的方法主要有漂白粉消毒、紫外線消毒和臭氧消毒。農村分散式供水適合用漂白粉消毒，每天的早晨和午后向蓄水池內投加漂白粉溶液，投加量根據蓄水量來計算，也可以根據蓄水池的直徑計算漂白粉溶液和水面高度關系來選擇投加量。

6.生物處理技術——土壤過濾技術

土壤過濾技術是生物處理技術之一，土壤過濾對于營養物質和重金屬有較好的袪除效果，適合處理渾濁度和有機物含量較高的初期“棄流”雨水和農村生活污水，土壤中含有有機質、植物根系及微生物，這些物質對水質的色度、濁度及有機物的處理效果明顯。經過土壤過濾系統的初期雨水和生活污水，可用于清洗廁所、清掃禽舍、澆花種菜等。

土壤過濾系統

（二）水質處理工藝

采用“分質分類”水質處理原則，將“棄流”的初期雨水和棄流后的雨水分開處理，“棄流”的初期雨水和生活污水中的有機物含量較高，可采用土壤過濾系統處理，經土壤過濾系統過濾后，水中有機物降解率可達95%，細菌去除率達90%以上，達到“中水”水質質量標準，可作為景觀用水、清掃農舍、禽舍用水，能有效緩解水量的不足的問題。棄流處理后的雨水水質處理，以使渾濁度、色度及微生物指標達標為主，可通過絮凝沉淀、慢濾技術和消毒工藝進行處理。雨水進入慢濾系統前已經在沉砂池、調節池進行預處理，過濾掉粒徑較大的顆粒物，通過調節pH值，緩解慢濾系統的處理壓力。水經過慢濾系統后，水質渾濁度得到極大改善，有機物得到有效降解，大部分微生物得以去除。經過消毒池的漂白粉消毒殺菌，微生物被進一步處理，水質檢測微生物指標滿足《生活飲用水衛生標準》（GB 5749——2006）的要求。

雨水水質凈化及利用工藝流程圖

四、結語

目前，我國西南偏遠地區仍有300萬人依靠收集雨水解決飲用水問題，飲用水水量安全已基本滿足，但水質安全問題還比較突出，大部分集雨飲用水系統缺乏過濾和消毒裝置，蓄水池的色度、渾濁度、pH值、微生物等指標超標。水質超標的原因和蓄水池的內襯材料、集流場地、水池邊沿和地面的高度差及村民的衛生習慣等有關。大量的監測調查數據顯示，偏遠山區遠離工業污染源，雨水水質良好，蓄水池水質污染受集流場、蓄水池周邊環境的影響較大，蓄水池周邊及集流場設置安全防護距離能夠有效阻止污染物進入蓄水池。同時，長期儲存在蓄水池的雨水容易滋生細菌，已建成的蓄水設備、場地不能改變，只能因地制宜，針對不同類型的家庭水柜開展水質凈化消毒新技術試點工作，推廣設備簡單、管理方便、運行成本低的凈水設備。