韩城龙门镇渚北水源井水质指标偏高应对措施

杨佳蔚，梁 超

（陕西省水务集团有限公司，陕西 西安 710004）

1 概况

韩城市龙门诸北供水站建成于2015年7 月，供水范围覆盖龙门镇白矾河以北，诸北村以南区域，供水人口3.6 万人。设计日供水8600 m3。供水站共有7 眼水源井，是龙门镇供水主要水源地，每眼井平均出水量50 m3/h～60 m3/h，取自黄河漫滩地地下承压水，通过加压输水至水厂。水厂位于龙门镇诸北村北侧，占地14 亩，厂区内主要布置蓄水沉淀池、加压泵站、管理房等，水厂净水工艺为:沉淀池+加氯+加压后供给用户。

根据韩城供水公司提供的国家城市供水水质监测网西安监测站的检验报告，4 眼水源井水质指标偏高，超过国家《地下水质量标准》（GB/T 14848-2017）中的III 类水水质标准要求，不能满足镇区居民用水需求。其中现有的7 眼深水井中，3 号、4号井溶解性固体、硫酸盐严重超标；7 号井锰轻度超标；8 号井色度、浑浊度、总硬度（以CaCO3计）、溶解性固体、硫酸盐、锰均严重超标。4 眼水源井的水质见表1。

表1 水源井水质监测[1]

2 存在问题的危害及原因分析

我国《生活饮用水卫生标准》（GB 5749-2006）规定，锰、硫酸盐的质量浓度应分别控制在0.1 mg/L、250 mg/L 以下。饮用水中硫酸盐浓度过高，易使锅炉和热水器结垢，当硫酸盐浓度为300 mg/L～400 mg/L 时，饮用者开始察觉异味。在有Mg2+或Na+存在时，硫酸盐超过250mg/L 时有致泻作用。锰含量过高将影响水体色度，且锰被认定为极度危害的物质（I 级）。人体摄入过量的锰，易引发中枢神经系统、呼吸系统疾病。长期与锰接触，还有可能造成锰中毒。日本东京郊区曾因井水受到锰污染引发多人患病死亡。

由于Mn2+在水中较稳定，不易被水中溶解氧氧化。但在溶解氧相对充足时，锰被氧化后生成的MnO2沉淀物会大大增加原水色度，这也可能是龙门地区部分水源井色度超标的原因，最终严重影响供水水质。除此之外，若硫酸盐还原菌与铁锰细菌共存，将加快管道腐蚀。

经对水源井以及现有处理工艺的实地调研，认为造成水源井水质指标偏高的原因有以下几点。

（1）地下水受到污染，水源井与周边工业园区距离较近，除部分水源井锰含量超标外，原水水质污染现状与常见的矿区地下水污染现状相类似。由于水中SO42-在环境中的稳定性和良好的迁移特性，土壤胶体几乎不能阻留SO42-，灌溉及地面水体渗漏极易导致浅层地下水中硫酸盐等物质浓度升高，水质恶化。一般情况下，矿区地下水污染指标主要为硫酸盐、硬度和总溶解性固体，其次有硝酸盐、Cl-等，其浓度大大超过了国家地下水质量标准中的III 类水标准（GB/T 14848-2017）。目前几口水源井地下水的水质检测结果基本符合矿区地下水污染特征，且该地区原水的pH 值普遍较高，属碱性污染水源，原水中Fe2+发生沉淀，故浓度相对较低。

（2）水厂处理工艺简单，原水经提升泵进入厂区沉砂池后，投加二氧化氯进行消毒，不能有效处理总硬度、溶解性固体、硫酸盐、锰等超标问题。

3 原水除锰方法及可行性分析

地下水中锰的去除主要有化学、生物及物理三种方法，其除锰原理及可行性分析如下。

（1）化学除锰的方法：自然氧化法、药剂氧化法及接触氧化法均是利用化学氧化作用使水中Fe2+、Mn2+转化成固态后去除。自然氧化法是国内处理高铁高锰地下水初期最常采用的方法。主要包括曝气、氧化反应沉淀、过滤等几部分。但在利用氧化法去除锰的过程中，原水pH 需达到9.5 以上才能明显加快氧化速度。龙门渚北水源地的水源井pH 值多数介于8.1～8.2 的区间范围内，单纯的增加曝气量很难使pH 值达到这一要求，往往还需添加碱类物质。由此导致处理后的水pH 值过高，水出厂前还需添加酸类物质调节pH，并且锰离子的氧化和沉淀均需在反应沉淀池里进行，要停留足够的时间以保证效果，进一步增加了水厂的管理难度和运行费用；药剂氧化法。药剂氧化法除锰是将液氯、KMnO4等强氧化剂添加到要处理的水中，将水中溶解态的铁锰氧化成固态，再进行沉淀过滤处理后达到出水标准，由于强氧化剂的成本及腐蚀性较高，操作危险性大，仅有一些建成时间较久，人员较少的水厂依旧在采用；接触氧化法。接触氧化法主要是将地下水曝气处理后通过滤池，使得Mn2+氧化后的高价产物附着在滤料表层，从而形成锰质活性滤膜。Mn2+在锰质活性滤膜的催化作用下，变成高价锰吸附于滤料表面，从而保持和更新滤膜。由于滤膜的自催化作用，在环境pH>7.5 时即可达到除锰条件。并且水在系统内停留时间短，一定程度上降低了制水成本并提高了除锰制水效率。

（2）生物法：主要是利用除锰滤池中锰细菌的生物作用，即锰是锰质活性滤膜的化学催化作用去除的。在生物除锰的过程中，Fe2+是维系生物滤层中微生物群系平衡的重要因素。生物滤层中有大量锰细菌存在时，铁参与了锰氧化菌的代谢，才能使得Fe2+和Mn2+在同一生物滤层中同时被去除。

针对目前龙门供水厂原水中铁、锰含量相差较大的现状，若采用生物法除锰，原水长期进入生物滤层，易破坏生物群系的平衡，滤层的除锰活性也就随之削弱并最终丧失。总体来看，龙门水库水源井中过量的Mn2+不宜长期用生物法去除。

（3）物理法：最常用的即为膜分离技术。与传统的常规净水工艺相比，膜处理工艺利用其独特的孔径大小，对杂质离子的去除更为简单方便，若原水在过膜前需进行预处理，则在该阶段少投或者不投药剂对最终处理效果影响不大，基本可保证出水水质稳定。且龙门地区部分水源井原水浊度较高，若采用膜处理工艺，可适当增加一些预处理工艺，将小分子物质凝聚成大分子颗粒，从而方便超滤等膜法去除。由于膜处理工艺的去除范围基本面向原水中全部杂质离子，因此将最大限度保证出水水质的安全。

4 原水脱硫净化技术及可行性分析

龙门地区水源井中的地下水除部分原水Mn2+含量过高之外，水中富含硫酸盐，硬度、盐度、总溶解性固体也偏高。其处理的关键在于地下水中硫酸盐的净化。基于硫酸盐在水体中的性质特征和资源化目标，该地区地下水处理的主要技术为物化和生物技术。

（1）物化技术：包括膜分离技术、热力法、离子交换法和药剂法。其中电渗析和反渗透技术均属于膜分离技术，是目前苦咸水脱盐淡化处理的两种主要方法。电渗析法通过外加直流电场的作用，利用离子交换膜对溶液中离子的选择透过性，使溶质和溶剂分离。反渗透法则是借助于半透膜的压力进行物质分离，从而有效地去除无机盐类、低分子有机物、病毒和细菌等。热力法通过高温蒸馏和低温冷冻对含盐水进行热力脱盐淡化处理，但此法以消耗热能为代价，一般适用于含盐量超过3.0g/L的矿区地下水处理。离子交换法主要利用阴阳离子交换剂去除水中的离子从而降低含盐量，当进水含盐量小于0.5g/L 时采用此法比较经济，在原水经膜分离法处理后可进一步达到除盐的目的。药剂法则是在水井中加入石灰乳或石灰石，依据无机化学反应中的溶度积规则，加入钡试剂净化高硫酸盐地下水时，在达到净化目的的同时，也可回收具有较高经济价值的沉淀性BaSO4。

（2）生物技术：生物净化技术主要是利用硫酸盐还原菌的代谢作用去除水中硫酸盐，但由于富硫酸盐地下水大多不含有机污染物，使得硫酸盐还原缺少必要的碳源和能量来源，因而解决生物处理系统的碳源和电子供体是实现脱硫的关键。

5 技术处理措施

综合以上原水除锰方法和脱硫净化技术，结合龙门地区地下水水质问题的适用性、紧急程度、工艺操作难易程度、能耗大小、运行成本高低等，提出以下技术处理措施。

（1）短期措施

从短期解决当前龙门地下水水质问题的紧急程度来看，暂不推荐部分物化法（热力法、离子交换法）和生物代谢技术，可在供水成本有所保障的前提下，选取膜处理技术或药剂法对地下水进行处理和供给，最大限度保证出水水质的安全。

（2）长期措施

从长期供水的成本、运行管理及环境友好程度来看，超滤和反渗透是除去溶解盐类和重金属最好的净水工艺，选取超滤+反渗透对现有水厂处理工艺进行改造，可以一次性投资解决综合水质问题。水厂净水工艺流程见图1。

图1 水厂净水工艺流程图

（3）其他建议

龙门渚北供水站关系到龙门镇区5 万人饮水安全问题，请供水公司就水源污染问题向韩城市政府紧急报告，寻求政府及相关职能部门的支持，划定供水范围内各水源地水源保护区，做好水源地保护工作，保障供水安全，同时要求向造成污染的责任单位进行追责及获得赔偿。

同时在有条件的前提下，选取新水源地，结合城市发展整体规划，在遵循远离工矿厂区污染源、尽量靠近供水区域的原则下，做好水源井的勘察选址和论证研究，以确保新的水源井方案具备科学性和可行性。

6 结论

韩城龙门渚北水源地作为龙门镇供水的主要水源地，近期根据地下水水质检测报告显示，部分水井溶解性总固体、硫酸盐、色度、浑浊度、总硬度、氯化物、锰超标，不能满足正常供水需求，基于现状提出膜处理技术或药剂法的短期措施和超滤+反渗透工艺改进的长期措施。从而解决龙门镇水源井水质不达标问题和下一步供水规划提供参考依据。