农村饮水安全工程关键技术创新与应用

乔民国

（临夏回族自治州水务局 甘肃，临夏 731100）

作为国民经济基础，农业在粮食供应、社会维稳等方面有着不可或缺的作用，进入经济新常态阶段以来，我国高度重视农村地区民生建设、经济振兴，农业发展迎来新高潮。但值得注意的是，当前我国农村饮水安全问题仍旧不容乐观，基础设施老化、水处理工艺落后等状况普遍存在，给农村饮水安全工程建设带来极大阻碍，亟待改进和优化。

1 农村饮水安全工程发展中存在的问题

水是人体运转、细胞构成的重要介质和成分，占到人体总重量的60%～70%，对于农村地区来说，饮用水是否安全，质量是否达标，直接关系着居民生命健康，影响着民生建设进程。然而，纵观农村供水工程建设现状，仍然难以摆脱基建落后的问题，部分地区即使开展了集中供水，但施工技术不当，管网、线路暴露在外，经过暴雨、阳光的侵蚀，极易发生老化、污染。在水处理环节，技术体系极为陈旧，工艺流程沿用几十年而未更新，尽管肉眼可见的大分子颗粒去除效果较好，但可溶性盐类物质、COD等去除效果并不能得到较好保障，因此必须从关键技术入手，对操作、创新要点进行深入探究。

2 农村饮水安全工程基建施工技术

我国地域辽阔，不同地区海拔落差、降水情况等均有较大差异，受历史沿革、地形地貌等因素的制约，村落分布较为分散，各地原有供水管网建设情况也不尽相同，因此在饮水安全工程基建施工前，必须要做好实地查访，对现有机电井、取水井等的数量进行科学、全面的统计，同时关注到年均用水量等参数，合理预测未来用水量，提升建设规模与用水需求之间的匹配度。在此基础上，进一步开展地质水文调查，掌握地下水分布状况，水质pH值、总硬度、氨氮含量等参数。

2.1 水源井施工技术

水源井施工时，要立足当地实际状况合理设计井深，通常以100～500m为佳，开孔、终孔孔径同样要加以控制，500～1000mm较为适宜[1]。井孔形式与当地含水层岩性息息相关，若勘察后发现气味粉砂、细砂，则要适当增大井孔直径，差值维持在30cm 左右为宜，井孔保持一定的倾斜度，通常小于1%较为合适。精准定位之后展开钻孔工作，可采用反循环钻井法，钻机安装必须周正、稳固，安装完成后及时检查钻孔中心，保证其与转盘中心相对垂直，钻头规格、钻进参数均要严格按照设计标准进行。

2.2 供水管理站施工技术

供水管理站施工环节，首先要定好水平轴线位置，可借助方格网法辅助操作，仪器选用高精度水准仪，所有基准线均要经过复核审校，无误后方可埋设控制桩，完成放样。土方开挖阶段，可以采用机械施工法，以垫层底部高程为基准，挖至其上方0.1～0.2m停止，挖出土方与边线间隔1.5m 以上，剩余部分由人工作业完成。其次是砌筑砖环节，施工时注意铲灰、放砖以及挤揉操作的连续性，控制好砂浆配比，拌合完成后的产品要在3～4h内用完，灰缝宽度控制在10mm 左右[2]。钢筋工程施工前做好检查，接头相互错开，并且严格管理混凝土施工操作。

2.3 机电设备安装技术

潜水泵安装前，要进行全面、系统的外观检查，确认完好后接线调试，接着使用吊装设备顺井管下放，过程中要充分考虑电缆磨损问题，可以用绝缘扎带进行绑扎，使之固定于井管之上，同时跟踪监测电缆绝缘情况，降低施工风险。变压器安装环节，同样要做好检查、调试工作，严格遵照说明书指示，配电柜之中，线路排列要整齐、清晰，电缆支点间距、最小弯曲半径等均要符合设计要求，注意控制埋设深度。

3 农村饮水安全工程管网布设技术

3.1 管线定位及管材选用

管线定位应当建立在充足的地质调查、分析基础之上，要尽可能避开地下水位过高的区域，防止水体带来软土地基困扰，同时降低管线被硫酸根离子侵蚀的风险，对于丘陵地带，则要沿着平缓山脊布设，直线操作可以明显减少施工成本，降低工作量，注意避开地形突变段，提升管线稳定性。若施工地区存在地质扰动情况，如滑坡、塌陷高发区域，同样要严格避开，降低施工风险因素。

管网线路设计完成后，要结合水压、地质条件进行管材的选用，常用方案有以下3种：首先是球墨铸铁管，这种材质防腐性能优良，延展性、密闭性都可以较好满足供水需求，在市政、工况等场景中有着极为广泛的应用。但需要注意的是，这种材质是有管型之分的，当水压在1.6～3.5MPa之间时，T型接口球墨铸铁管道可以满足多数使用需求，但对于软基地区，以及填方、坡度大于25°的地区，适用性则会明显下降，此时可以选用压块式自锚球墨铸铁管，虽然成本较高，但耐用性、强度会更为可观。其次是钢管，钢管重量更大，同时抗震、抗压性能更好，对于不同水力条件的适应性更强，因此对于承压要求较高的地段，可以采用钢管材质，注意做好防腐保护。最后是PVC-M 管，与金属材质相比，其抗腐蚀性能良好，安装施工简单，同时价格成本也相对低廉，在水压低于1.6MPa的区域，可以表现出较高的适用性。除上述几种管材外，还有钢塑复合管、PPR管等，它们性能不同、各有优劣，农村安全饮水工程施工中，要注意结合现场情况进行合理选用。

3.2 土方开挖与管道安装

沟槽挖设环节，横向宽度控制在90cm 左右，深度以1.1m 以下为佳，确保沟底水平程度，开挖技术的选择上，通常采用放坡开挖工艺，机械挖掘后，人工需要实时调整、控制沟坡。为防止沟槽出现超挖状况，正式施工时机械要在稍高处停止作业，剩余15cm左右的距离交由人工操作完成，沟底应当整洁、干净，不能有大块的杂物，防止损伤管材。沟槽中若有积水，要及时使用水泵进行排出处理，设备与沟槽边缘保持一定距离，尽可能保障施工安全，防止事故发生。其次，在管道安装过程中，要结合地形进行分析，若现场地形较为复杂，可以考虑弯曲铺设技术，借助管道弹性实现合理敷设，假设管道外径为a，则弯曲半径应当大于等于300a，折线铺设时也可使用此法。由于部分管材对温度变化较为敏感，低温条件下可能发生脆性断裂，因此若周围环境低于5℃，则要暂停施工，工期较紧的状况下，也必须采用保温措施，防止管道损坏。

3.3 土方回填与管道试压

土方回填阶段，首先要聚焦管道下支承部位，用原土对其肋部角区域进行密实填压，然后采用分层回填技术，从管道两侧开展施工，至管道试压之前，管顶以上应当至少完成0.5m的回填高度，在管道接头部位，可以适当留出0.2m 左右的空间，方便后期观察漏水情况。当回填操作完成后，要立刻组织试压工作，通常经过2～3次加压，达到预定标准后进行观察，管网注水环节，排气阀应当处于开启状态，待到灌满水后关闭，实现加压目标，每个加压阶段之间都要暂停观察，确认无漏水现象再继续操作。

4 农村饮水安全工程水体净化处理技术

4.1 常规饮用水处理

常规饮用水处理技术种类较多，常见的主要为以下几种：首先是絮凝池处理技术，对于农村中小型处理厂来说，穿孔旋流絮凝池最为适用，其中设置了多个絮凝室，以串联方式实现连接，原水经过池壁后，以较高的速度进入絮凝室内，在设备外力作用下发生激烈碰撞，多个絮凝室串联作用，使之进一步形成旋流，完成絮凝处理，除该种方式外，折板、网格以及隔板絮凝法[3]应用性能也是极为优良的，可以依据实际情况进行比选。其次是沉淀池水处理技术，传统农村饮水安全工程中，以平流沉淀池为主，其面积较大，外观呈长方形，处理性能较为稳定，操作也相对简便。当前伴随科技手段的进步，斜管沉淀池技术也逐渐衍生、发展起来，其内部构造可见图1，在斜管作用之下，水体会获得向上动力，而泥浆则呈现下沉趋势，从而达到较高的饮用水处理效率，这种设施所占面积更小，可以在农村地区广泛应用。经过这些物理处理技术后，通常还会加入液氯、次氯酸钠等物质进行深层次的消毒，可以较好地清除水中有毒害物质，达到饮水安全的目标。

图1 斜板斜管沉淀池结构示意图

4.2 苦咸水处理技术

苦咸水是我国农村地区饮水安全工程建设的一大难题，这类水通常含有大量中性盐，整体pH 值在7 以上，饮用时会带来极为明显的苦涩口感，长期作用于人体，还会诱发胃肠功能紊乱等问题，导致免疫力下降。对于苦咸水的处理要视情况而定，若其中氯化钠、硫酸盐等物质含量较低，维持在350m/L 以内时，可以采用电渗析法，促进水中阴、阳离子的析出，从而起到降低盐分浓度的作用[4]，这种方式工艺原理简单，成本投入较低，同时除盐率也极为可观，但需要注意的是，它对原水的水质要求较高，若原水本身成分较为复杂，则必须结合预处理技术，或者更换其他处理方式[5]。

其次，反渗透RO系统在苦咸水处理中也有较为出色的表现，反渗透膜是其中关键部分，当加压设备工作时，水分自然渗透方向会被逆转，盐类物质、淡水被轻松分离开来，净化处理效果极好。但需要注意的是，不同RO 膜材质对性能影响较大，脱盐率、化学耐受力等，均会产生较大差异，要注意合理选用，考虑到农村地区水质的复杂性，通常还需要结合预处理技术，防止微粒堵塞膜孔，造成膜材质损坏，图2为某农村地区设计的饮用水反渗透处理系统，系统中增设了砂滤、碳滤以及软化器处理步骤，极大缓解了反渗透部件的处理压力，有助于延长膜构件的使用寿命。

图2 饮用水反渗透处理系统

4.3 饮用水除氟技术

地下水是农村饮水工程重点研究对象，其污染程度轻，水质相对较好，但同时也存在一些隐患，氟超标就是较为典型的问题，长期饮用该类水体，很容易对人体骨骼、牙齿等造成损伤，因此在开发地下水的环节中，还必须做好氟含量的检测，发现超标问题要及时配备相应的处理措施。旧有技术模式中常常采用活性氧化铝法，这种方式选择性较强，对氟元素有针对性的去除作用，但其吸附容量较小，在面对农村地区大量的水处理需求时会略显乏力，也没有相应的再生功能，水体处理完成后，还会遗留硫酸根离子、铝离子等，影响饮用者身体健康，因此已经逐渐被淘汰。

现有技术体系中，主要应用了沉淀分离、吸附分离两大原理，前者代表性技术有电凝聚、电渗析法等，处理过程中不会出现次生有害物质，除氟操作也相对稳定、简单，但在设备造价、运行管理上，要求相对较高，因此尚未得到大面积的推广应用。其次是吸附分离法，该技术体系分支较多，当前伴随研究的深入，新材料、工艺还在不断涌现，骨炭法就是其中较具代表性的一员，对于原水pH 值适应能力较强，吸附容量也远远大于传统材料，此外还有活性炭复合法、沸石法等技术。

5 结论

综上所述，农村安全饮水工程事关民生，相关部门应当正视现阶段建设过程中的弊病问题，做好地质、水文调查，重点把握水源井、管理站等基建建设工艺，合理选用管材、敷设给水、配水管网，同时加大新兴水处理技术的引入、开发，综合运用反渗透、电渗析等先进科技改造当前处理工艺，全面提升农村安全饮水工程质量，保障乡村振兴战略的落地实施。