五華縣農村地下水質變化趨勢對取水口功能的影響

林 送

（五華縣河庫保護中心,廣東 五華 514400）

0 引言

對于農村地區的居民來說,飲用水供應通常是通過小型地下水水質凈化系統提供的。在這樣的系統中,更頻繁地報告供應具有不穩定質量參數的水的情況[1]。這些問題通常與當地地下水資源狀況有關。地下水質量的惡化可能有自然原因,但主要是由于人為因素造成的[2]。這里應該提到表面污染物的釋放和遷移（特別是土壤和動物養殖的種植和施肥）以及農村地區的農場活動[3]。

農村小型集中式飲用水質量取決于4 個因素：取水來源、方法和條件,以及水處理過程的效率[4]。整個配水系統的狀態也很重要。對飲用水成分和性質的研究現在是自來水公司的常規任務。在過去的幾十年里,越來越多的村莊一直在使用水資源。生活污水和工業廢水處理系統的建設沒有跟上供水系統的建設。在農村地區,污水一般直接排入污水坑,也可排入河流和池塘。導致受納水體和土地受到污染,重金屬、有機化學品污染使當地水資源無法使用[5]。因此,農村水資源管理應加強水資源的保護力度。本文旨在通過簡要分析相關水質參數的變化,解釋農業活動、生物進展、農業技術方法、土地利用等對當地地下水和地表水資源的影響。迫切需要在資源和地下水保護方面提供長期資金保障。

1 農村地下水取水口水質變化分析

近點污染源,垂直水化學的變化很大,特別是在第一（地下）含水層中[6]。確定塑造地下含水層化學的過程可以基于該因子的多變量分析。分析應考慮到許多數據：水化學,水文地質條件和土地利用形式。在污染物的遷移中,土壤層的厚度和曝氣區的厚度起著重要作用。第一個含水層中地下水化學成分的大幅度垂直變化已在水文地質研究中得到證實[7]。已經觀察到從曝氣區去除化學物質,特別是隨著硝酸鹽,亞硝酸鹽濃度的采樣深度的增加,鈉和鉀減少了。對于二氧化硅,鐵和錳的濃度,由于長期相互作用滲透到地下水中的反應依賴性[8]。在農村地區的水中,與污水處理區相反,硝態氮的濃度高于每個含水層中的亞硝酸鹽氮濃度。在每個含水層中觀察到這種關系,并表明存在允許氮化合物更快地轉變為氧化形式的條件。其他污染源可能會增加這種情況,例如農業（農業施肥,動物養殖）或不穩定運行的污水處理基礎設施[9]。

1.1 水中N-NH4+濃度變化分析

氮化合物,特別是銨和硝酸鹽,是地下水質量的基本指標。水中N-NH4+的來源既可以是天然的,也可以是人為的[10]。檢測地下水中的N-NH4+,這尤其適用于集約化畜牧業,農作物或垃圾填埋場。減少點源污染（主要是與動物生產有關的）對農村地區的影響必須監測此類污染物。即使已進行商業化養殖,增加的肥料成分也可長期存在于受污染的水中。通過保護不良的舊井或開放式壓力計將廢水直接引入含水層。此類行為對地下水質量構成嚴重威脅。此外,除氨濃度增加外,其他水質指標（如微生物指標）也會惡化。

通過地下取水口向村民提供飲用水,該取水口為地下39.0 m 深處的水井。含水層以礫石的形式存在,水在壓力下流動。水質問題與進水中的N-NH4+含量有關。近年來,水中N-NH4+濃度增加了幾倍。2021 年達到0.65 mg/L（見圖1）。造成水質變化的原因可能是當地水文地球化學環境的變化以及各種水文地球化學環境中的水混合引起的水循環系統的變化。

圖1 2016 年～2021 年的原水和凈化水中N-NH4+濃度

1.2 水中元素Fe、Mn 濃度變化分析

非城市化地區安全性較差的水井水質不足也可能表現為過量的鐵和錳化合物。高濃度的N-NH4+在水過濾過程中,鐵、錳元素很難去除。近年來還發現水中鐵和錳的濃度增加。在2016 年～2021 年,水中鐵、錳元素的濃度呈上升趨勢,2021年分別達到2.26 mg/L,0.56 mg/L,水中鐵、錳對水處理的效果產生了重大影響（見圖2）。

圖2 2016 年～2021 年的原水中鐵錳濃度

當地取水口向3 個村莊供水,水處理站的改造包括降低過濾速度、因過濾器堵塞而頻繁清洗濾床以及經常清潔或更換曝氣器裝置。此外,為了改善空氣/水混合機中的曝氣過程,增加供氧量。

1.3 水中元素硝酸鹽氮濃度變化分析

淺層地下水由于易受污染而且與地表污染物的滲透隔離不良。農業活動對地下水成分的影響表現出很高的空間變異性。在農村地區的淺層地下水中,特別注意超過硝酸鹽氮濃度飲用水限值。因此,硝酸鹽污染是污水管理不當的結果,包括保護不充分的泥漿。2016 年～2021 年,進水中硝酸鹽濃度逐漸增加（見圖3）。水質變化的原因是在取水口周圍的農業活動（種植、施肥）,在取水口附近還長期存放糞便。采用離子交換法提高水質：安裝了兩個離子交換柱,用鹽水對床層進行再生。自2014 年以來,除了硝酸鹽濃度升高外,總大腸菌群也被檢出。消毒水所用的時間內關閉進水口,在停工期間,水以桶的形式輸送給客戶,總大腸菌群等指標的檢出與農村地區的污水管理不善有密切關系。

圖3 2016 年～2021 年的原水中硝酸鹽濃度

C 村進水口的水供應給2 個村莊。從2016 年開始,檢測到的錳濃度偏高,此外,水中的微生物污染也越來越多。兩口井中,第一口井的深度為地平面以下28 m,已作為備用井,第二口井的深度為地平面以下24 m。自2016 年起,盡管井中有周期性消毒,但處理水中的菌落總數始終高于100 CFU/mL。通過連續用氯消毒水,消除水中微生物的影響。C 村的每口井都沒有天然的隔熱層,在這種情況下,取水口的位置及其地質特征對于水安全非常重要,特別是從微生物學的角度來看。這是因為最近村莊的污水管理不足。在該取水口附近（最近的村莊）,污水泄漏規模收集和處理系統超過90%。

2 地下水資源保護建議與措施

基于這些原因,筆者強調保護區的重要作用,包括直接保護區和間接保護區。在所述取水口的情況下,這些區域可減少廢水對地下水質量的負面影響。D 村取水口為該村141名居民供水。地下水從地下37 m 深處通過一口鉆孔抽取,水被引至水處理廠,用常規工藝進行處理。然而,進水中的鐵濃度增加導致了水處理廠的運行問題。由于當地水文地球化學環境的變化,水質惡化。這些現象的后果是水處理效率的下降。凈化水中錳的濃度增加,錳的問題是由于水中氧濃度過低造成的。除鐵后水中的氧含量不足以氧化錳。為了有效地去除水中的鐵（盡管原水中的鐵濃度不斷增加）,通過濾床的水流速度降低。同時采用高頻除氣器清洗。

3 結語

農村地區的地下水質量很大程度上取決于人為因素,尤其是農業活動的類型和強度以及廢水管理方法。介紹了2016 年～2021 年廣東某地農村小型取水口地下水質的研究結果：鐵、錳元素、N-NH4+、硝酸鹽的含量呈上升趨勢。由于這些原因,迫切需要對農村地下水加強保護力度。