天津市农村集中供水地下水源水质条件及水处理技术调查

张艳芬　万瑶

摘 要： 农村饮水问题历来是民生大事，调查天津市农村集中供水水质及水处理状况，对保障农村饮水安全，提高农民生活质量，加快社会主义新农村建设非常必要。通过调查天津市农村集中供水水质条件和水处理技术，本文提出了适宜天津市农村集中供水不同水质条件的水处理技术。结果显示：受天津市特殊地理位置以及水文地质结构影响，农村集中供水地下水源存在4种水质，包括F-超标、苦咸水、色度超标和一般无特殊水质，分别采取反渗透处理技术、一体化净水处理技术以及常规消毒处理技术。依据水质处理效果得出：天津市农村集中供水地下水源高氟、苦咸水宜采用反渗透处理技术；高色度水宜采用一体化净水技术；一般无特殊水质宜采用常规二氧化氯消毒处理技术。

关键词：天津市农村集中供水；地下水源；水质条件；水处理技术；调查分析

中图分类号：R123.9 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.09.023

Investigation on Groundwater Quality Conditions and Water Treatment Technology in the Rural Centralized Water Supply Area of Tianjin City

ZHANG Yan-fen， WAN Yao

（Tianjin Hydraulic Research Institute， Tianjin 300061， China）

Abstract：The problem of rural drinking water has always been the particularly important events of the people. To protect the safety of drinking water in rural areas， to improve the quality of life of farmers and to accelerate the construction of new socialist countryside， the investigation focused on the quality of drinking water and treatment technology in rural areas of Tianjin is very necessary. By investigating the water quality and water treatment technology of rural centralized water supply in Tianjin City， this paper presented the appropriate groundwater treatment technology for different water quality conditions in the rural centralized water supply of Tianjin City. The results showed that in the influence of the special geographical position of Tianjin and the hydrogeological structure， there were four kinds of water quality in the rural centralized groundwater supply of Tianjin City， including excessive fluoride， brackish water， excessive chroma and general water quality， they were respectively taken measures of reverse osmosis technology， integrated water treatment technology and conventional disinfection technology. Basing on the effect of water treatment， it is showed that excessive fluoride and brackish water is appropriate to reverse osmosis treatment technology. Excessive chroma groundwater is suitable for integrated water treatment technology. General groundwater is fit of conventional chlorine dioxide disinfection technology.

Key words： Tianjin City centralized water supply in rural areas；underground water source；water quality conditions；water treatment technology；investigation and analysis

农村饮水问题历来是民生大事，美国等发达国家早在20世纪80年代就开始农村安全供水的各项关键技术研究。我国的农村饮水安全工作相对比较落后，2006年以前，基本属于饮水解困阶段，2006年以后，开始全面转向以保障饮水安全为中心的新的历史阶段。“十一五”期间，天津市水务局把农村饮水安全工程作为重点建设项目实施，全市累计完成饮水安全工程投资7.33亿元，受益人口145.41万人，天津市提前一年全部完成了国家下达的“十一五”规划建设任务。随着任务的完成，目前已基本解决了农村饮水水源保证率问题，从根本上改变了农村的供水状况，提高了农村居民生活质量，加快了社会主义新农村建设。

然而，受天津市特殊地理位置以及所辖区域的水文地质结构特点的影响[1]，农村饮水水质尚存在不安全情况[2-4]，笔者在调查天津市农村集中供水地下水源水质条件及水处理技术的基础上，提出了天津市农村集中供水适宜的水处理技术，为保障天津市农村供水安全，构建社会主义和谐社会提供科学依据。

1 天津市农村集中供水概况

1.1 农村集中供水概述

农村集中式供水是指以村、镇为单位，从水源集中取水、水质净化处理后并通过输配水管网送到用户或者集中供水点的供水系统，包括自建设施供水[5]。本研究调查的集中式供水工程为集中供水人口≥200人，且有输配水管网的供水工程。

集中式供水工程类型有多种，包括单村集中供水工程和联村集中供水工程。单村工程指单个村的集中供水工程；联村工程指跨乡镇、跨行政村的集中供水工程。

集中式供水工程供水方式有2种，包括供水到户和集中供水点供水。供水到户指输配水管网通到村镇居民的供水方式，集中供水点指输配水管道终端集中在公共取水点的供水方式。集中式供水工程按供水规模可分为5种类型，见表1。

1.2 农村集中供水水源

依据水利普查成果以及结合现场实际调查，天津市农村集中供水水源有2种类型，包括地下水和地表水，其中：地表水为引滦入津水，地下水为深层地下水。

天津市20 m3·d-1（200人）及以上农村集中供水工程共2 578处，其中：地表水源的供水工程有62处，2011年地表水实际供水人口97.20万人，地表水实际供水量4 983.22万m3；地下水源的供水工程有2 516处，2011年地下水实际供水人口350.55万人，地下水实际供水量13 738.44万m3，详见表2。因此，天津市农村集中供水水源以深层地下水为主。

2 天津市农村集中供水地下水源水质条件

经实际调研，天津市农村集中供水地下水源有4种条件水质（表3），包括F-超标、苦咸水、特殊水质（色度超标）和一般无特殊水质。其中：①F-超标：除津南区、西青区2个区县外，蓟县、宁河县、武清区、宝坻区、东丽区、北辰区、滨海新区、静海县共8个区县的部分区域农村集中供水水源均存在氟含量超标情况；②苦咸水：滨海新区、静海县2个区县农村集中供水水源均存在苦咸水情况；③特殊水质（色度超标）：在武清区大碱厂、崔黄口、曹子里、下伍旗地区存在色度超标，水质发黄情况；④一般无特殊水质：指经水质化验，各项卫生指标均满足生活饮用水卫生标准要求[6]，津南区、西青区以及各区县部分区域均有符合一般无特殊水质的饮用水。

3 天津市农村集中供水水处理技术

经实地调研，天津市农村集中供水工程地下水源水处理模式主要有3种，包括在F-超标、苦咸水或者2项指标同时超标地区，采用反渗透处理技术；对一般无特殊水质主要采用常规消毒处理模式；对特殊水质（色度超标）采用一体化净水处理技术。

不同水处理技术条件下水质化验效果表明（表4）：①高氟、苦咸水经过反渗透技术处理后水质脱盐率高，离子去除率达85%以上，水质能够符合生活饮用水卫生标准要求；②特殊水质（色度超标）经过一体化净水技术，色度去除率达50%以上，水质能够符合生活饮用水卫生标准要求；③一般无特殊水质采用常规消毒处理技术，水质可以符合生活饮用水卫生标准要求。

3.1 反渗透技术在去除地下水源中高F-和苦咸水的应用

3.1.1 工程概况 该集中除氟降盐工程选在天津市静海县中旺镇，当地深层地下水为苦咸水，总固溶物（TDS）为1 400～1 600 mg·L-1的，氟化物含量为3.0 mg·L-1。工程安装了以色列泰禾公司的苦咸水淡化除氟设备，设备的产水能力为3 t·h -1，得水率为83%。

3.1.2 反渗透技术原理及优点 反渗透技术原理：在浓溶液一边加上比自然渗透更高的压力，扭转自然渗透方向，把溶液中的离子压到半透膜的另一边，这与自然界的正常渗透过程相反，故称之为“反渗透”，这种装置称为反渗透装置[7-14]。

反渗透法对总硬度、氯化物、硫酸盐、溶解性总固体、氟化物的去除率较高，出水水质优于国家生活饮用水卫生标准。与其他水处理方法相比，具有无相态变化、常温操作、设备简单、效益高、占地少、操作方便、能量消耗少、适应范围广、自动化程度高和出水质量好等优点。

3.1.3 反渗透技术工艺流程 高氟地下水源经深井泵提升后输送至制水车间进行处理，制水车间是该工艺的核心部分，它包括净水预处理设备、反渗透RO主机、臭氧消毒系统、成品储水罐、自动罐装系统。净水预处理工艺部分包括原储水罐、原水提升泵、机械过滤器及活性碳过滤器；反渗透RO主机部分包括保安过滤器、增压水泵、RO膜堆、成品水罐、膜堆清洗辅助系统等；自动罐装部分包括洗桶、上桶、罐装、封盖、喷码、灯检、输送等全部自动过程。

具体流程如图1所示。原水首先进入储水罐，经提升泵打入机械过滤器及活性碳过滤器完成预处理工序；而后再经串联的增压泵将水打入纳滤（RO）主机，处理后的净水进入成品水罐，待消毒后进行自动罐装，消毒剂为臭氧，不能回收的浓水排入下水道。收回的空桶首先经过启盖、外洗或粗洗，再经内洗进行初冲洗、消毒、再冲洗等多道程序的处理，洁净的空桶便可以开始罐装、封盖、喷码、灯检、输送等完成全部自动过程。

3.1.4 水处理效果分析 依据反渗透技术处理前后的水质化验结果可知，总固溶物降低到1 000 mg·L-1以下，氟化物含量小于1 mg·L-1。TDS和氟化物的脱除率都在95%以上，甚至达到98%。该技术解决了源水中高氟、苦咸水的问题，TDS和氟化物含量均已达到并优于国家最新颁布的生活饮用水卫生标准，处理后的水质可作为理想的生活饮用水源。具体各项指标见表4。

综上，从水质处理效果分析，反渗透处理技术可作为去除天津市农村集中供水地下水源中高氟、苦咸水的有效方法。

3.2 一体化净水技术在去除地下水源中高色度的应用

3.2.1 工程概况 该工程选择武清区大碱厂镇农村集中供水工程，当地深层地下水为黄水，色度严重超标，含量为40。该工程新建600 m3清水池1座，采用一体化净水设备，安装处理能力100 t·h-1净水设备1套、恒压变频设备1套，日供水能力2 400 t，铺设管网188.616 km。该工程供水范围包括：黄官屯等15个村3 130户，10 235人，用水量标准取100 L·人-1·d-1进行供水。

3.2.2 工艺流程 一体化净水构筑物内部结构：絮凝池、沉淀池、过滤池、消毒设施。工艺流程如图2所示：源水由提升泵进入絮凝池发生高浓度絮凝反应，絮凝剂采用聚合氯化铝Al2Cl3，源水中悬浮杂质、胶体颗粒、部分微生物、细菌在絮凝剂的作用下失稳，产生大块的絮凝体，絮凝体进入沉淀区后流速减缓，泥水分离，经沉淀池后大部分悬浮物质和胶体颗粒已经去除。之后过滤池对悬浮物质和胶体颗粒基本清除，最后经二氧化氯消毒进入清水池。

3.2.3 水处理效果分析 通过一体化净水处理前后的水质化验结果可知，色度去除率达到55%，该一体化净水设备解决了原水中色度严重超标问题，处理后的水质可作为生活饮用水源。具体各项指标见表5。

综上，从水质处理效果分析，一体化净水技术可以作为去除天津市农村集中供水地下水源中色度超标的处理技术。

3.3 常规消毒技术在一般无特殊水质中的应用

地下水水源为无特殊水质时，按照农村生活饮用水要求进行常规消毒处理。一般通过二氧化氯发生器进行二氧化氯消毒，该项技术杀菌效果好、用量少，作用快，消毒作用持续时间长，可以保持剩余消毒剂量。

通过对全市符合一般无特殊水质要求的多个集中供水厂进行调研，依据消毒处理前后的水质分析报告可知，水质均可以满足国家最新颁布的生活饮用水卫生标准。设备见图3。

4 结 论

通过调研天津市农村集中供水工程地下水水源、不同水质条件以及水处理技术，依据水质处理后效果，提出天津市农村集中供水地下水源不同水质条件适宜的水处理工程技术，结论如下。

（1）天津市农村集中供水水源以深层地下水源为主。

（2）受特殊地质状况以及水文环境等的影响，天津市农村集中供水地下水源有4种水质，包括F-超标、苦咸水、特殊水质（色度超标）和一般无特殊水质。

（3）农村集中供水地下水源水质水处理效果表明：反渗透处理技术可以作为天津市农村集中供水地下水源高氟、苦咸的处理技术；一体化净水技术可以作为天津市农村集中供水地下水源降低色度的处理技术；一般无特殊水质宜采用常规二氧化氯消毒处理技术。

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