潘 晨

(深圳市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，廣州 深圳 518000)

1 工程概況

近年來(lái)，國(guó)家高度重視“三農(nóng)”問(wèn)題，而解決農(nóng)村飲水安全問(wèn)題是建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要內(nèi)容[1]。與城市供水不同的是，城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)從水源到用戶(hù)水龍頭，點(diǎn)多面廣，只要眾多環(huán)節(jié)之一受到污染或破壞，就會(huì)在不同程度上影響農(nóng)村地區(qū)居民飲水安全。同時(shí)，由于農(nóng)村地區(qū)供水水質(zhì)處理工藝技術(shù)的不完善，導(dǎo)致村鎮(zhèn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況不容樂(lè)觀(guān)[2-4]。飲水安全問(wèn)題的解決主要以改善飲水水質(zhì)安全最為核心[5-6]，因此有效地研究適合于農(nóng)村水質(zhì)現(xiàn)狀的水處理技術(shù)，有助于更好地解決農(nóng)村飲水安全問(wèn)題。

和平縣東水鎮(zhèn)大壩村位于廣東省河源市，屬低山丘陵地帶，地勢(shì)西北高東南低，平均溫度22 ℃左右，降雨量在1650～1700 mm之間。水資源豐富，鎮(zhèn)域內(nèi)有東江干流、浰江、郎侖河等19條河流。東江河自東北向西南流經(jīng)廣東省龍川縣、和平縣、東源縣、源城區(qū)、惠城區(qū)、博羅縣至東莞市石龍鎮(zhèn)進(jìn)入珠江三角洲，集水面積35 340 km2，河長(zhǎng)562 km，平均年徑流量257億m3[7-8]。浰江自西北向東南流經(jīng)和平縣的浰源、熱水、合水、林寨、東水五鎮(zhèn)，于和平縣東水鎮(zhèn)匯入東江，總長(zhǎng)102 km，流域面積1677 km2。

水質(zhì)研究的參數(shù)包括大腸菌群、菌落總數(shù)(用于測(cè)定需氧和厭氧微生物總數(shù))、硝酸鹽和亞硝酸鹽[9-10]。本研究通過(guò)從多個(gè)點(diǎn)的參數(shù)分析比較了大壩村泉水和河流的水質(zhì)。研究目的為：(1)了解水質(zhì)。(2)將水質(zhì)與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。(3)了解大壩村所在子流域的水污染指數(shù)。本研究可為采用適當(dāng)技術(shù)進(jìn)行水處理提供實(shí)踐應(yīng)用。

2 研究方法

本研究通過(guò)實(shí)地調(diào)查，從圖1中五個(gè)點(diǎn)采集水樣，1為泉水B，2為東水水電站點(diǎn)2后的東江河，3為東水水電站點(diǎn)3后的浰江，4為泉水A，5為郎侖河。試驗(yàn)期間每天采集水樣兩次，上午、下午各一次。

圖1 水樣采集點(diǎn)

本文通過(guò)將所得數(shù)值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，對(duì)水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行分析。水污染狀況計(jì)算中使用的參數(shù)是TSS、DO和COD。水污染狀況由水污染指數(shù)(PIj)表示，一般參照飲用水標(biāo)準(zhǔn)或Ⅰ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，如式(1)、表1所示。

(1)

式中：Ci為參數(shù)i(TSS、DO 或 COD)中的水質(zhì)濃度，mg/L；Lij為標(biāo)準(zhǔn)j下參數(shù)i(TSS、DO 或 COD)中的水質(zhì)濃度，mg/L；(Ci/Lij)M為Ci/Lij的最大值；(Ci/Lij)R為Ci/Lij的平均值。

表1 水標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

當(dāng)(Ci/Lij)的值為1.0時(shí)，需要用(Ci/Lij)新重新計(jì)算，如式(2)：

(Ci/Lij)新=10+5×(Ci/Lij)測(cè)定結(jié)果

(2)

參數(shù)DO與其他參數(shù)具有拮抗特性。DO越高，水質(zhì)越好(污染指數(shù)越低)。因此，DO的(Ci/Lij)值應(yīng)調(diào)整如下，如式(3)：

(3)

式中：Cim為最大溶解氧，室溫(25 ℃)下飽和溶解氧值為8.26 mg/L。

3 結(jié)果與討論

3.1 水的物理性質(zhì)

水的物理性質(zhì)如表2所示。上午和下午各點(diǎn)的氣味、味道和顏色參數(shù)具有相同的結(jié)果，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行定性分析。上午水樣的濁度與下午水樣的濁度相同，點(diǎn)5水樣的濁度最高，這是由該位置的條件造成的，該位置含有懸浮固體。TDS參數(shù)在點(diǎn)1～5水樣上增加受液體廢物污染的影響。點(diǎn)1是流向點(diǎn)2和點(diǎn)3的泉水，該點(diǎn)尚未被生活廢液污染，而點(diǎn)2和點(diǎn)3已被村民的生活污水污染。此外，點(diǎn)4的TDS濃度高于點(diǎn)1，這是因?yàn)槿瓵沒(méi)有像泉水B那樣得到很好的保護(hù)。由于存在懸浮泥沙，點(diǎn)5的TDS高于其來(lái)源。當(dāng)TDS含量超過(guò)安全限值時(shí)，TDS的特定成分如氯化物、硫酸鹽、鎂、鈣和碳酸鹽會(huì)影響健康。最高的TSS出現(xiàn)在上午的點(diǎn)2和下午的點(diǎn)3。下午水樣的TDS和TSS普遍高于上午水樣。這是因?yàn)榇迕癜滋斓幕顒?dòng)增加了溶解和懸浮固體，尤其是在開(kāi)放的水源中。

表2 水的物理性質(zhì)

3.2 水的生物學(xué)特性

通常，測(cè)試水質(zhì)的生物學(xué)特性包括大腸菌群、底棲生物和浮游生物。本研究?jī)H檢測(cè)了大腸菌群總量(每100 mL(g)樣品中大腸菌群的最近似數(shù))，見(jiàn)表3。作為飲用水的大腸桿菌必須為0 MPN/100 mL。地球表面的水體可能含有大腸菌群，這與地表水與陽(yáng)光的穿透密切相關(guān)。在大壩村，水的物理性質(zhì)不渾濁，懸浮液含量相對(duì)較低，在陽(yáng)光穿透水下，支持水生生物(包括大腸桿菌)的生長(zhǎng)和發(fā)育。因此使用標(biāo)準(zhǔn)為I類(lèi)，原水中大腸桿菌的耐受性高達(dá)100 MPN/100 mL，總大腸菌群為1000 MPN/100 mL，該類(lèi)原水為待處理的飲用水。

表3 水樣的生物學(xué)特性 MPN·100mL-1

研究區(qū)域水樣的生物學(xué)特性(大腸桿菌)在<3～28 MPN/100 mL的范圍內(nèi)變化。盡管1.1水樣超過(guò)了質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，但水樣仍符合飲用水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。與其他數(shù)據(jù)相比，1.1水樣或早上的泉水B有一個(gè)異常值。大腸桿菌必須在采集水樣后30 h進(jìn)行分析，并在低于10 ℃的溫度下保存。如果所有水樣都在超過(guò)樣品保存時(shí)間后進(jìn)行檢測(cè)，則所測(cè)得的大腸桿菌都是過(guò)量的，因?yàn)闀?huì)在儲(chǔ)存期間的一段時(shí)間內(nèi)形成。數(shù)據(jù)顯示，1.1水樣中大腸桿菌的發(fā)展速度非?？??；趥鹘y(tǒng)水處理技術(shù)表明，100 MPN/100 mL的大腸桿菌是可以耐受的，因此傳統(tǒng)或更復(fù)雜的水處理技術(shù)可以減少或破壞大腸桿菌以供飲用。

3.3 水的化學(xué)性質(zhì)

表4顯示研究區(qū)域水的化學(xué)性質(zhì)。大壩村水樣的pH值范圍為6.14～7.03，符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)，但并非所有點(diǎn)都符合標(biāo)準(zhǔn)。在上午和下午水樣中，泉水A的pH值均低于6.50。這可能是由于泉水A中存在大量死水和相當(dāng)平靜的水。

水的pH值是水質(zhì)和污染水平的指標(biāo)。pH值低于6.50或高于8.50的水會(huì)導(dǎo)致某些化合物對(duì)人體產(chǎn)生劇毒。根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，如果pH值高于10.00或低于4.00，就會(huì)導(dǎo)致健康問(wèn)題，pH>11.00的水會(huì)刺激眼睛和皮膚，pH值為10.00～12.50會(huì)導(dǎo)致頭發(fā)纖維腫脹，并對(duì)敏感個(gè)體造成胃腸道刺激。pH值低于4.00會(huì)導(dǎo)致眼睛發(fā)紅和刺激，并隨著pH值的降低而增加。根據(jù)所有水樣的pH值測(cè)量結(jié)果來(lái)看，目前采集點(diǎn)的水仍可以安全使用。

研究區(qū)域的溶解氧DO測(cè)量值在6.48～8.10 mg/L之間(DO>6.00，符合標(biāo)準(zhǔn))。五個(gè)點(diǎn)的最高溶解氧來(lái)自郎侖河。最高水位是由大水流引起的，水流動(dòng)有助于氧氣和水之間的擴(kuò)散過(guò)程。郎侖河巖石多，水流湍急，這些特征增加了氧氣在水中的擴(kuò)散。5個(gè)點(diǎn)中DO的最低值是在泉水A，上午的DO濃度值為6.93 mg/L，下午為6.48 mg/L。這是因?yàn)槿芙庋踉陟o水中的擴(kuò)散速度較低。此外，泉水A的水生生物群和微生物數(shù)量降低了DO水平，魚(yú)類(lèi)和蝌蚪等水生生物的存在會(huì)隨著生物消耗氧氣而降低DO水平。

樹(shù)木的覆蓋作用導(dǎo)致了光照強(qiáng)度降低，減少了水生植被和光合微生物的光合作用。一般來(lái)說(shuō)，溶解氧水平在下午下降，這是由于排水量減少和低光照強(qiáng)度造成的。然而，泉水B的溶解氧水平在下午升高，是因?yàn)樗魍募?，水流建筑物呈階梯狀，光照強(qiáng)度高，水流地面被苔蘚覆蓋所致，這些特性增加了氧的擴(kuò)散。

COD表示為將有機(jī)物化學(xué)氧化為CO2和H2O所需的氧氣量。COD在含有耐生物降解有機(jī)物的水中進(jìn)行更精確地分析，如纖維素、單寧、木質(zhì)素、苯酚、多糖和苯。COD濃度的測(cè)定比生物需氧量(BOD)的測(cè)定速度更快，是研究區(qū)域水質(zhì)污染的重要指標(biāo)。研究區(qū)域上午水樣中的COD濃度為9.05～15.09 mg/L，下午水樣中的COD濃度為8.42～14.45 mg/L。COD最低值在點(diǎn)1，其次是點(diǎn)3，最高值在點(diǎn)4。COD濃度值低于20.00 mg/L的水樣仍符合標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 上午采集水樣中陽(yáng)離子和陰離子的剛性圖

圖3 下午采集水樣中陽(yáng)離子和陰離子的剛性圖

水中常見(jiàn)的陽(yáng)離子是Na+、K+和Ca2+，硬水中含有大量的金屬離子Ca2+和Mg2+。泉水A獲得的Ca2+含量最高，上午水樣中為10.100 mg/L，下午水樣中為10.504 mg/L。與泉水B相比，泉水A的Ca2+含量更高。東水水電站點(diǎn)3后的浰江和泉水A在上午獲得的Mg2+含量最高，約為2.6997 mg/L。郎侖河在下午獲得的Mg2+含量約為2.4543 mg/L，且無(wú)論是在上午還是下午，Mg2+含量都低于東水水電站點(diǎn)3后的浰江、泉水A和泉水B。世衛(wèi)組織指出，硬水會(huì)導(dǎo)致牙垢、心血管問(wèn)題和尿石癥。研究區(qū)域內(nèi)的Ca2+和Mg2+仍符合標(biāo)準(zhǔn)。

郎侖河含鐵量最高，上午的濃度為0.03 mg/L，下午的濃度為0.04 mg/L，因?yàn)樵摵泳嚯x上游相對(duì)較遠(yuǎn)，導(dǎo)致其與周?chē)h(huán)境的物理接觸累積增加。地下水中的鐵是由水與含鐵巖石接觸引起的，如黃鐵礦礦物、微斜長(zhǎng)石和黏土礦物風(fēng)化的結(jié)果。郎侖河不是地下水，但在河流沉積物中發(fā)現(xiàn)了鐵成分礦物。鐵是人體營(yíng)養(yǎng)的基本元素，但鐵過(guò)量會(huì)引起中毒，導(dǎo)致嘔吐、腹瀉和腸道損傷。

東水水電站點(diǎn)2后的東江河和泉水A的水樣中Cl-含量最高，上午的濃度為19.70 mg/L(東水水電站)，下午的濃度為19.17 mg/L(泉水A)。水中氯化物的存在是由工業(yè)活動(dòng)和生活垃圾造成的。東水水電站點(diǎn)2中的Cl-高于東水水電站點(diǎn)3，因?yàn)闁|水水電站點(diǎn)2中有大量鹽分解。而泉水A靠近居住區(qū)，滲入水中的廢物分解導(dǎo)致水中含有大量氯化物，因此泉水A的氯化物含量高于泉水B。高濃度的氯化物對(duì)皮膚和設(shè)備均有腐蝕性，并可能損害人類(lèi)和動(dòng)物的呼吸系統(tǒng)。

CaCO3含量最高是泉水A，上午的濃度為36.36 mg/L，下午的濃度為35.35 mg/L。CaCO3的存在是由水和巖石之間物理接觸引起的。泉水A的CaCO3高于泉水B，因?yàn)槿瓵遠(yuǎn)離子流域，且泉水A的水和巖石之間的物理接觸持續(xù)時(shí)間比泉水B長(zhǎng)。水中的CaCO3稱(chēng)為硬度，這種化合物會(huì)破壞管壁。高硬度主要是由鈣、鎂、鍶和鎂引起的。高硬度的水非常有害，會(huì)導(dǎo)致由鐵制成的設(shè)備腐蝕，加工容器結(jié)皮。

3.4 水污染現(xiàn)狀及水處理

將表2、表4中的水質(zhì)處理后形成表5。所使用的標(biāo)準(zhǔn)遵循了Ⅰ類(lèi)和由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委和衛(wèi)計(jì)委聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 5749—2022)的組合，以判斷是否能將大壩村的水轉(zhuǎn)化為飲用水。結(jié)果表明，污染指數(shù)從高到低依次為：泉水A、郎侖河、東水水電站點(diǎn)3后的浰江、東水水電站點(diǎn)2后的東江和泉水B。這五個(gè)點(diǎn)的水未受污染或仍符合TSS、DO和COD的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表5 大壩村的水標(biāo)準(zhǔn)狀況(上午和下午采集水樣的平均值)

泉水A和泉水B的pH值低于最低標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致污染的原因可能不是來(lái)自TSS、DO和COD。當(dāng)計(jì)劃將其用作飲用水來(lái)源時(shí)，應(yīng)考慮污染狀態(tài)。處理時(shí)應(yīng)考慮調(diào)理，使pH值達(dá)到6.50～8.50。

將選擇的五個(gè)取水樣點(diǎn)進(jìn)行處理。點(diǎn)1和點(diǎn)4是泉水，不建議作為替代水源；點(diǎn)2是東水水電站的輸入，不能將其作為水處理地；點(diǎn)3是東水水電站的輸出；點(diǎn)5位于深谷，交通不便，因此其也不能作為水處理地。因此點(diǎn)3是最有可能通過(guò)處理來(lái)培育飲用水，因?yàn)槠湟驯挥米魅粘Ｐ枰?/p>

將水處理成飲用水有物理方法、化學(xué)方法和能源密集型技術(shù)。本研究所在區(qū)域大壩村推薦的水處理方法是去礦化，尤其是去離子或離子交換。由于水不硬或鈉、鉀和碳酸氫鹽含量低，因此操作相對(duì)容易，并且不會(huì)造成腐蝕，但去離子會(huì)減少水中的礦物質(zhì)。

4 結(jié) 論

(1)大壩村所在子流域的水質(zhì)因地點(diǎn)和時(shí)間而異，但并不顯著。

(2)污染指數(shù)從高到低依次為：泉水A、郎侖河、東水水電站點(diǎn)3后的浰江、東水水電站點(diǎn)2后的東江和泉水B。

(3)目前大壩村使用的水源仍處于安全水平，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)或沒(méi)有受到污染。

(4)本文建議的水處理方法為去礦化，水處理在東水水電站點(diǎn)3后的浰江中進(jìn)行，其可作為替代水源。