劉懷紅

（廣饒縣水利局，山東 廣饒 257300）

廣饒縣位于黃河三角洲東營市的最南端，地處泰沂山北麓山前沖淤積平原和黃泛平原交迭地帶，總面積1138km2，轄8個鄉(xiāng)鎮(zhèn)、2個街道辦事處，553個行政村，總?cè)丝?9.3萬人,其中鄉(xiāng)村總?cè)丝?2.4萬人。

1 農(nóng)村集中供水工程概況

2005年以來，該縣以“農(nóng)村供水城市化、城鄉(xiāng)供水一體化”為目標(biāo)，按照“規(guī)?；l(fā)展、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)、專業(yè)化經(jīng)營、規(guī)范化管理、用水戶參與”的原則，因地制宜，科學(xué)規(guī)劃，全面組織實(shí)施了農(nóng)村集中供水工程。工程實(shí)施中，結(jié)合該縣實(shí)際，把水質(zhì)問題作為工程建設(shè)的首要環(huán)節(jié)，在高氟水區(qū)建立了集中除氟站，通過除氟系統(tǒng)設(shè)備的處理和消毒處理后，使其含氟量達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍；在其他飲水不安全區(qū)域，增大機(jī)井深度，加大水源井出水量，達(dá)到農(nóng)村飲水安全標(biāo)準(zhǔn)。截止目前，累計投資1.55億元,建成鄉(xiāng)鎮(zhèn)管理中心15處，新打配套350～613m的深井97眼，鋪設(shè)主管道1183km、村級公路7398km，建成除氟改水系統(tǒng)工程6處、蓄水池6座、加壓泵站6處，安裝變頻恒壓自動供水設(shè)備97臺，建設(shè)水質(zhì)檢測中心1處、信息化系統(tǒng)工程4處。經(jīng)過5年奮戰(zhàn)，全縣農(nóng)村實(shí)現(xiàn)了集中供水全覆蓋和24h不間斷供水，形成了以縣城和鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)域?yàn)閱挝坏募泄┧W(wǎng)絡(luò)。42萬農(nóng)村群眾全部喝上了符合國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的自來水，農(nóng)民群眾的生活質(zhì)量、衛(wèi)生條件得到很大改善。

2 地下水質(zhì)特性

廣饒縣的水文地質(zhì)條件和水系分布南北不同,水資源空間分布差異較大。小清河南部井灌區(qū)淺層及深層地下水為淡水，水質(zhì)良好，取水方便，供水穩(wěn)定。小清河以北地區(qū)，淺層地下水為咸水和微咸水，僅深層地下承壓淡水可以利用，但資源量有限，水質(zhì)含氟量超過生活飲水標(biāo)準(zhǔn)。小清河以北地區(qū)中深層及深層地下淡水PH值一般在8.3～8.8之間，總硬度在 45～300mg/L，礦化度一般在 0.45～0.85之間，含氟量偏高，一般在 1.2～4.0mg/L之間。陳官鄉(xiāng)、丁莊鎮(zhèn)尤為突出，陳官鄉(xiāng)和丁莊鎮(zhèn)分別高達(dá)10.8mg/L和4.6mg/L。中深層及深層地下咸水化學(xué)類型均為氯化物鈉型水。

3 高氟水的危害特征及防治

3.1 高氟水的危害特征

長期飲用氟含量大于1.0mg/L的水能導(dǎo)致氟中毒。氟中毒是一種全身性疾病，主要表現(xiàn)在牙齒和骨骼上。氟對牙齒的損害表現(xiàn)為氟斑牙，俗稱“黃牙”。氟對骨骼的損害主要表現(xiàn)為腰腿及全身麻木、疼痛、骨關(guān)節(jié)變形，出現(xiàn)彎腰駝背，發(fā)生功能障礙乃至癱瘓，喪失勞動能力或生活不能自理，醫(yī)學(xué)上稱為氟骨癥。氟中毒還表現(xiàn)為神經(jīng)系統(tǒng)、腎臟、內(nèi)分泌、肌肉等損害。氟中毒病人常見的癥狀有頭痛、頭昏、困倦無力、萎靡不振、記憶力減退、食欲不振、四肢關(guān)節(jié)疼痛、晨起加重、活動后緩解、四肢麻木、蟻?zhàn)吒小⑹叩?。長期飲用高氟水對兒童的智力和生長發(fā)育將產(chǎn)生不良影響?；疾≌吣挲g最小的只有七、八歲，最大的72歲，尤其是對妊娠期婦女健康影響更為嚴(yán)重，會引起產(chǎn)后癱瘓，氟中毒不僅給病人帶來精神和肉體上的痛苦，而且給家庭和社會帶來沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

3.2 氟危害的防治

長期飲用高氟水導(dǎo)致的氟中毒目前無論國內(nèi)還是國外都無特效療法。因此，消除氟中毒的根本還是改變高氟水源和理化除氟，切斷人體過高攝入氟的途徑，即改水降氟。解決高氟水的措施主要有兩種。一是用達(dá)標(biāo)水源替代高氟水源。一般是異地取水遠(yuǎn)距離調(diào)水，通過集中供水工程把水送往千家萬戶。這種辦法，一次性投資大，且要求有可靠的水源。二是設(shè)施凈化處理。即通過水處理設(shè)備對現(xiàn)有水源進(jìn)行氟吸附處理使其達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。這種方法可利用當(dāng)?shù)厮?，一次性投資小。結(jié)合廣饒縣北三鄉(xiāng)鎮(zhèn)地下水含氟超標(biāo)的問題，在認(rèn)真分析水源水質(zhì)狀況的基礎(chǔ)上，先后考察國內(nèi)除氟改水先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，反復(fù)比較論證除氟工藝，最終確定了采用國內(nèi)先進(jìn)的改性沸石除氟改水的工程技術(shù)方案，建設(shè)集中除氟站，解決飲水安全問題，讓農(nóng)民喝上衛(wèi)生水、健康水。

4 改性沸石除氟技術(shù)的應(yīng)用

4.1 技術(shù)特點(diǎn)

該技術(shù)處理流程簡單合理，易于操作維護(hù)；一次性投資小，設(shè)備運(yùn)行成本低；自動化程度高，便于控制管理；運(yùn)行可靠、處理效果穩(wěn)定；再生操作簡單，再生周期長；再生液可以直接排入排水管網(wǎng)，不會產(chǎn)生二次污染，不會對人體產(chǎn)生危害。

4.2 工作原理

除氟裝置內(nèi)設(shè)濾料，當(dāng)原水流經(jīng)濾層時，水中過量的氟離子被濾料吸附，從而去除水中多余的氟離子，使其氟含量達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍。除氟裝置運(yùn)行一段時間后，用明礬溶液進(jìn)行沖洗。

4.3 運(yùn)行參數(shù)

ZSKF 粒徑：0.5～1.8mm 均勻系數(shù)： 1.2～1.6

濾層厚度：〉1600mm 去除容量：1‰

濾 速：5～8m/h 沖洗強(qiáng)度：10～12L/(m2·s)

沖洗時間：5～10min 再生藥劑：濃度5%的明礬

再生方式：24h浸泡或循環(huán)10h

再生周期：隨濾料的裝填量而變化

濾料接觸反應(yīng)時間：10～15min一般設(shè)計7d

4.4 1ZSKF除氟機(jī)理

ZSKF高效除氟濾料的結(jié)構(gòu)一般由三維硅 （鋁）氧格架組成，其基本單元是以硅為中心和周圍4個氧離子排列而成的硅氧四面體[SiO4]。如果硅氧四面體中的硅被鋁離子所置換，則形成鋁氧四面體。鋁是+3價的，這樣鋁氧四面體的4個頂角中的氧離子有1個得不到中和，因而出現(xiàn)了負(fù)電荷。

在ZSKF經(jīng)特殊的物理及化學(xué)改性及活化后,在ZSKF（化學(xué)組成簡寫MxPy-R）中靠正電荷維系的（MxDy）+被K+交換的同時具有較強(qiáng)極性的鋁的羥基絡(luò)合物 Al（OH）2+因富含正電荷，將K+在交換過程中進(jìn)行電荷傳遞的功能作為一種特殊的水合陽離子，在ZSKF表面發(fā)生吸附作用，而SO42-則與鋁的羥基絡(luò)合物配位，以維系電價平衡。反應(yīng)過程表示為：

當(dāng)ZSKF與含氟原水接觸時，電負(fù)性極強(qiáng)的F-將取代SO42-，同時含氟水中的MxDy進(jìn)入ZSKF的孔道中，與ZSKF孔道中的K+發(fā)生一定程度的交換。反應(yīng)表示為：

4.5 再生機(jī)理

吸附飽和的ZSKF用硫酸鋁鉀溶液再生。當(dāng)ZSKF被浸入到硫酸鋁鉀溶液中時，化學(xué)平衡被破壞，氟被高濃度正電荷的鋁的羥基絡(luò)合物吸引，隨著硫酸鋁鉀溶液被排出，而硫酸鋁鉀中的K+重新與（MxDy）+發(fā)生交換并進(jìn)入ZSKF孔道中。過剩的鋁和羥基絡(luò)合物重新借助K+在交換過程中進(jìn)行電荷傳遞作用，在ZSKF表面吸附聚集，反應(yīng)表示為：

4.6 除氟工藝

該工藝是采用一種天然礦石，經(jīng)粉碎使其控制在一定的粒度范圍內(nèi)，再用一定濃度的鹽酸浸泡、清洗、干化后即可得到所需要的除氟濾料。將濾料用一定濃度的鋁鹽溶液浸泡使其活化，用清水沖洗后就可以過濾高含氟水，控制一定的濾速和勾兌水量就可以制得含氟量穩(wěn)定且符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)的凈化水，運(yùn)行失效后，通過再生恢復(fù)其除氟效能。利用本技術(shù)生產(chǎn)的凈化水中鋁離子的含量符合飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（即小于0.2mg/L）。

4.7 工藝流程及主要設(shè)備說明

通過對深井提升泵配置變頻器，可以根據(jù)用戶的用水量變化動態(tài)改變深井泵的提升量，從而改變系統(tǒng)的處理量。提升上來的地下水，直接進(jìn)入ZSKF高效除氟設(shè)備中進(jìn)行除氟處理，水中的氟在ZSKF高效除氟設(shè)備中有效的被去除（如圖1）。

控制系統(tǒng)可以根據(jù)用戶要求做成手動和全自動運(yùn)行兩種類型，并設(shè)置旁通應(yīng)急供水管路。在總供水管道上安裝流量傳感器與深井提升泵變頻器連接，當(dāng)用水量發(fā)生變化后，流量傳感器指示變頻器發(fā)生相應(yīng)的變化，從而指示深井提升泵改變提升量；同時，當(dāng)設(shè)備故障或者后端用戶用水量驟增而超出設(shè)備處理能力時，可以通過旁通應(yīng)急供水管路臨時補(bǔ)水。

圖1 工藝流程圖

5 結(jié)論

除氟設(shè)備工程自2007年投入運(yùn)行以來，運(yùn)行狀況良好。源水通過除氟系統(tǒng)設(shè)備的處理后，經(jīng)縣防疫部門對處理后的出廠水和管網(wǎng)末梢水進(jìn)行水質(zhì)檢測，含氟量均≤1.0mg/L，其它指標(biāo)也正常。經(jīng)過處理的水達(dá)到國家生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)成本核算，每方水處理費(fèi)用約0.4元。結(jié)果表明該技術(shù)具有價格低廉,活化、再生容易，除氟效果好等優(yōu)點(diǎn)。