农村高氟水处理现状典型调查与分析

李 斌，杨继富，赵 翠，纪雪梅

(1.中国水利水电科学研究院，北京 100048； 2.国家节水灌溉北京工程技术研究中心，北京 100048； 3.济南大学， 济南 250022)

氟化物通过岩石矿物的风化和溶解在火山喷发和海洋气溶胶过程中释放到环境中，中国是地下水受氟污染最严重的国家之一，氟污染的主要来源是自然风化过程。由于特殊的水文地质条件、不合理的地下水开采以及采矿、选矿等生产污染造成的农村饮用水中氟超标问题十分突出。氟是人体必需的一种微量元素之一，人体维持健康需要摄入一定量的氟，但如果长期过量摄入，超过人体正常生理需要就会引起慢性蓄积中毒，表现为氟斑牙、骨膜增生、骨质疏松、骨骼变形等氟骨病[1,2]。根据《全国农村饮水安全工程"十二五"规划》，拟解决农村饮水不安全人口2.98亿人，其中高氟水人口3 240 万人，占10.9%，主要分布在华北、西北、华中地区。根据中国饮用水卫生标准，氟化物的最大允许浓度是1 mg/L[3]。解决高氟水问题的首选方案是寻找替代水源，其次是采取特殊水处理措施。由于农村供水水源条件有限，因此农村供水是除氟技术的主要应用领域，尽管氟化物可以通过许多种技术[4,5]去除，但只有适合农村特点和操作简便的除氟技术，才可能获得更广泛的应用[6]。由于以往缺乏适宜的高氟水处理技术和设备，或现有降氟技术及设备运行成本高、使用操作复杂，造成设备失效或闲置。由于缺乏适宜处理技术和设备，或已有处理设施不能正常运行，使部分已经解决的高氟水人口又重新饮用高氟水，部分人口高氟水问题没有真正解决。

为掌握农村高氟水处理现状，本文深入存在高氟水问题的典型代表省(市)河北、河南、安徽、山西、天津5省(市)进行调研与水质检测，以期了解真实的高氟水处理现状，分析存在问题及成因，为解决农村高氟水问题提供参考。

1 调研工程基本情况

在调研时，先与省厅座谈，了解全省高氟水处理情况；其次，深入各县了解典型工程运行与管理情况，包括查阅设计文件、掌握处理工艺；再次，对工程水源和出水水质进行检测，判断处理效果；最后，与相关人员交换意见，分析问题原因，提出对策建议。本文共调研了5个省(市)17个县39处农村高氟水处理工程，工程基本情况见表1。

2 农村高氟水处理存在问题分析

2.1 高氟水处理现状分析

(1)水源氟超标状况。氟含量1.0～2.0 mg/L工程12处，占30.8%；氟含量2.0 mg/L以上工程27处，占69.2%。

(2)供水规模状况。规模以上工程30处，占76.9%；单村工程9处，占23.1%。

(3)处理技术类型。如图1所示，在调研工程中采用反渗透处理的15处，占38.5%；羟基或碳基磷灰石吸附的14处，占35.9%；分子筛处理的5处，占12.8%；电渗析处理的2处，占5.1%；活性氧化铝吸附的2处，占5.1%；纳米复合滤料吸附的1处，占2.6%。

表1 调研工程情况

续表1 调研工程情况

图1 调研工程处理技术类型

(4)技术模式类型。采用分质供水模式的14处，占35.9%，其中单村膜处理+常规供水9处，规模化膜处理+常规供水5处，占12.8%；低超标高氟水处理混合供水5处，占12.8%；吸附法处理19处，占48.7%；混凝沉淀与吸附组合处理1处，占2.6%。

(5)工程运行状况。正常运行的21处，占53.8%；不运行或基本不运行的18处，占46.2%。

(6)处理效果。如图2所示，在正常运行的21处工程中，处理效果达标的14处(反渗透处理11处，混凝沉淀与吸附组合处理1处，羟基磷灰石吸附1处，电渗析1处)，占66.7%；不达标的7处(分子筛3处，羟基或碳基磷灰石吸附4处)，占33.3%。也就是，在现场调查的39工程中，处理效果达标的14处，占35.9%，不合格的25处，占64.1%。

图2 不同处理技术的运行效果

2.2 存在的主要问题和原因

(1)水质不稳定。采用新打机井更新水源的措施，运行初期，水量稳定，水质达标。但由于当地农业灌溉深井多层取水，且分布范围广、密度大、取水量多，造成了不同含水层串流，导致原有饮用水源含氟量超标。

(1)技术选择不合理。我国农村高氟水水质条件复杂，同时存在悬浮物、有机物、胶质、色度、硬度、碱度、磷酸盐等多指标超标问题，直接影响除氟技术及设备的正常运行。在技术选择时如果没有对高氟水的水质情况进行综合分析，很难选择适宜的技术，如分子筛、活性氧化铝等吸附滤料持续除氟效果差；反渗透设备能耗高、弃水量大，达到40%，且含氟量高，无法回收利用，弃水排放造成水资源的浪费和地下水污染。

(2)分质供水可操作性差。分质供水本来应该是解决高氟水问题的有利措施，但是由于农村居民居住分散，距离水厂较远，桶装水取用不便，供水不及时，加之部分群众安全饮水意识不强，仍在饮用未经处理的高氟水。同时由于降氟处理工艺不够成熟，经常出现滤料失效、滤膜堵塞、动力水头不足等问题，在出水、储存和运输过程中极易发生水质不达标问题，导致居民取水积极性不高，工程利用率低。

(3)制水成本高。降氟设备运行耗电量大，滤料更换频繁且材料价格较贵，提高了供水成本。由于农民承受能力较低，农村供水水价达不到供水成本，水厂收益无法保障，不能及时维修、更换设施设备，影响水厂可持续性运行。

(4)运行管理不到位。由于除氟工程的实际操作过程较为复杂，如吸附法需要加药、调节pH值、滤料再生，反渗透对前期过滤要求高等，农村水厂缺乏专业人员的维护导致工程不可持续。

3 对策与建议

(1)推进水源置换。目前采取的降氟措施，更新水源措施相对安全、可靠、方便，更容易得到群众认可，采取新打机井的措施，避开高氟含水层，更新水源，初步解决了饮用高氟水问题。沧州市东部地区通过将黄河水引入大浪淀、杨埕水库，新建输配水管网和加压泵站，解决了孟村、海兴、南皮、盐山等县农村饮水高氟问题值得借鉴。

(2)集中降氟。对于无法采取水源置换的地区，由于除氟工艺操作复杂，小型工程管理能力差，因此需建设规模化水厂，安装大型除氟设备，实行专业化管理，集中降氟后送入管网，供水入户。

(3)提高分质供水管理水平。不具备集中处理或规模较小供水工程更多的是采用分质供水。即将未经降氟处理的地下水，通过管网输送入户，用于日常洗漱和卫生清洁；将降氟处理后的水灌装入桶，用于日常饮用。但这种方式要提高桶装水的取水方便程度，不能采取定时供水，桶装水价格不能过高，工程要有专业人员进行定期维护。

(4)提高认识加强宣传。农村供行业主管部门和工程管理单位要深刻认识高氟水处理的复杂性，组织有关专家，深入调查分析影响高氟水处理的主要问题和原因，提出系统解决方案。在此基础上，全面排查农村高氟水处理工程使用情况，对没有处理或处理不达标的工程进行调整和更新，对不能正常运行或处理不达标的工程，及时查找原因，进行整改。同时加强宣传，使广大用水户认识高氟水处理的必要性，争取理解和支持。

(5)严把工程设计和审查关。省、市、县级农村供水主管部门应严格高氟水处理工程设计审查和工程验收，严格高氟水处理工艺设计与设备选型审查和复核。对设计不规范、缺乏原水全面分析和选购设备不合格、对运营成本无核算的工程不予审批和验收。

(6)继续开展科技攻关。突破高氟水处理技术、材料等难题。建议科技部、水利部、卫生部联合组织国内一流的产学研单位联合攻关，开发高氟水处理新技术、设备、材料，形成先进实用、成熟配套的工艺技术及设备。

(7)开展高氟水处理水质标准研究。随着农村居民生活水平提高和社会进步，人们对饮用高氟水的耐受能力将有所提高，建议通过对比世界各国标准，广泛开展流行病学调查、试验研究等方法，对现有高氟水含量1.0、1.2、1.5 mg/L等条件下发病情况进行深入系统调研，提出适合我国国情和不同区域特点的高氟水水质标准。

4 结 语

本文基于5个省(市)17个县39处农村高氟水处理工程现状及运行管理情况的调研分析与水质检测结果，对于全国的现状不一定有代表性。同时看到，这些问题的存在有其客观必然性，是高氟水的复杂性和农村供水工程运行管理现状水平决定了这些问题的存在。

从实际运行情况看正常运行处工程只有21处，而其中处理效果达标的仅14处，占全部调研工程的35.9%，说明目前高氟水处理情况并不乐观。其原因主要是水质不稳定、技术选择不合理、分质供水可操作性差、制水成本高等。目前采取的降氟措施，更换水源是能够从根本上解决饮用高氟水问题的有效措施，但是不具备换水源条件时可通过建设具有管理能力的规模化工程集中降氟，根据当地原水氟含量选用可靠、可持续的除氟技术，并确保后期工程的运行管理到位，避免出现工程运行一段时间后不可持续的问题，才能解决实际问题。

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