摘要：指出了窖水的利用是我國(guó)西北大部分地區(qū)解決人畜飲水需求的主要形式之一。針對(duì)水窖集蓄雨水中出現(xiàn)的水質(zhì)問(wèn)題，對(duì)不同材質(zhì)的水窖貯水和窖水水質(zhì)的變化過(guò)程進(jìn)行了探究，總結(jié)了改善窖水水質(zhì)的途徑方法，分析了各工藝的利弊。

關(guān)鍵詞：西北地區(qū)；水窖；水質(zhì)變化；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：X703

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：16749944（2017）12008603

1引言

我國(guó)西北大部地區(qū)水資源短缺，當(dāng)?shù)鼐用癯Ｍㄟ^(guò)院落、屋面、寬闊場(chǎng)地及道路收集雨水，采用儲(chǔ)水桶、水窖等方式蓄存雨水，以保證人畜生活飲用。但是，雨水降落時(shí)常受到大氣污染物的影響，且在地表徑流中易攜帶泥沙等無(wú)機(jī)物、畜禽糞便等固體雜質(zhì)、化肥農(nóng)藥等污染物[1]。雨水儲(chǔ)存較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)滋生大量細(xì)菌，甚至出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)的水生動(dòng)植物，而常用的窖水存在SS、COD、NH+4-N含量及菌落總數(shù)、大腸桿菌群、pH指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)等水質(zhì)問(wèn)題，長(zhǎng)期飲用將嚴(yán)重危害居民的身體健康[2，3]。因此，研究窖水水質(zhì)的變化特點(diǎn)，運(yùn)用簡(jiǎn)單高效的水處理技術(shù)解決其嚴(yán)重超標(biāo)問(wèn)題，對(duì)改善居民的生存環(huán)境和促進(jìn)社會(huì)的和諧發(fā)展有重要的意義。

2水窖的類型及特點(diǎn)

水窖是常見(jiàn)的雨水集蓄形式之一，應(yīng)用較為廣泛的是小型水窖，主要滿足人畜用水需求，此外還有集中規(guī)劃的大型水窖工程來(lái)補(bǔ)充農(nóng)業(yè)方面的需要。水窖的形狀大概有球形、圓柱形、瓶形和窯形4種[4]，不同的水窖材質(zhì)對(duì)水質(zhì)的影響較大，具體參數(shù)比較如表1所示。

表1水窖分類及參數(shù)比較

類型材質(zhì)體積/m3防滲技術(shù)特點(diǎn)

球形混凝土20～30水泥砂漿抹面或者塑膜經(jīng)久耐用，施工技術(shù)要求較高

圓柱形混凝土澆筑，以磚塊修筑50水泥砂漿或膠泥抹面蓄水量、體積較大，防滲技術(shù)要求較高

瓶形磚砌、混凝土、塑膜等20～50水泥砂漿或膠泥抹面施工較簡(jiǎn)單，深度較大

窖形混凝土50～100水泥砂漿抹面施工要求較高，投資大，多服務(wù)于果園或經(jīng)濟(jì)作物

3窖水水質(zhì)的變化過(guò)程

研究發(fā)現(xiàn)[5]，窖水中的SS、NH+4-N、COD及總細(xì)菌數(shù)等指標(biāo)，在物理、化學(xué)與生物化學(xué)作用下的變化可分為3個(gè)過(guò)程：初期沉降過(guò)程（1～15 d）、中間過(guò)渡過(guò)程（15～100 d）和后期穩(wěn)定過(guò)程（100～250 d）。

3.1初期沉降過(guò)程

初期匯流過(guò)后窖水的水質(zhì)與集雨面的特征息息相關(guān)，匯流結(jié)束后窖水不受外界干擾，此時(shí)SS、NH+4N、COD及總細(xì)菌數(shù)等指標(biāo)快速降低。初期沉降主要以泥沙顆粒等無(wú)機(jī)雜質(zhì)的自由沉降為主，同時(shí)，由于顆粒雜質(zhì)的界面有很強(qiáng)的吸附能力，使得水中的各污染物部分轉(zhuǎn)移到顆粒雜質(zhì)的表面，從而污染物指標(biāo)也隨著顆粒雜質(zhì)沉淀而降低。除此之外，水相中存在微生物的降解作用也可使溶解氧被消耗。

3.2中間過(guò)渡過(guò)程

此階段，污染物指標(biāo)仍然呈下降，但具有一定的波動(dòng)性。窖水SS的降低主要屬于沉速非常緩慢的一種膠體“穩(wěn)定體系”，細(xì)菌類微生物的生長(zhǎng)經(jīng)歷加速增殖期、延滯增殖期、穩(wěn)定期及內(nèi)源呼吸期。同時(shí)，隨著COD和微生物逐漸減少，耗氧速率隨之減小使得窖水中DO逐漸增大而有所恢復(fù)，另外，隨著有機(jī)物抑制作用的降低，硝化反應(yīng)也在適宜的環(huán)境下得到進(jìn)行，NH+4-N濃度逐漸降低。

3.3后期穩(wěn)定過(guò)程

后期窖水水溫較低，維持在10℃以下，加之微生物的降解作用降低，窖水中各污染物指標(biāo)處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，水質(zhì)變化不大。

4改善窖水水質(zhì)的技術(shù)應(yīng)用

4.1粗濾慢濾技術(shù)

生物慢濾技術(shù)可通過(guò)濾料的物理吸附和截留、微生物降解作用有效的處理微污染水體，對(duì)水中COD、NH+4-N、重金屬、感觀指標(biāo)及細(xì)菌總數(shù)等污染物有良好的去除效果[6]。不過(guò)，傳統(tǒng)慢濾技術(shù)對(duì)進(jìn)水濁度的要求較高，采用粗濾作為慢濾的前置預(yù)處理單元，可有效降低慢濾池的進(jìn)水負(fù)荷，而粗濾慢濾設(shè)備無(wú)需附加投藥，操作管理簡(jiǎn)單方便，適用于改善西北地區(qū)的分散式窖水水質(zhì)[7]。李鵬等人[8]研究的家用型生物慢濾裝置主要依賴濾料表面生成的生物膜對(duì)窖水進(jìn)行消毒和生化反應(yīng)，無(wú)需消毒設(shè)施和任何藥劑，更不需要反沖洗和相關(guān)設(shè)施，成本極低，村民接受度也較高，但體積較大，處理量相對(duì)較小。

4.2陽(yáng)光消毒-生物砂濾池

王進(jìn)喜等人[9]在對(duì)傳統(tǒng)濾池進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上結(jié)合陽(yáng)光消毒，研制出陽(yáng)光消毒-生物砂濾池（Solar water disinfection-biosand filter，SBF），將其作為農(nóng)戶末端的凈水設(shè)備，置于農(nóng)戶用水點(diǎn)上。該設(shè)備將物理過(guò)濾和生物過(guò)濾兩者集合在過(guò)濾室內(nèi)，從而進(jìn)行顆粒物雜質(zhì)等的遷移、粘附和生物降解過(guò)程，且除去部分的病毒微生物。在沉淀消毒室內(nèi)，利用光氧化催化降解作用達(dá)到殺滅水中病原類微生物的目的，同時(shí)通過(guò)雜質(zhì)沉淀分離和底部排泥措施保證了清澈的出水。最終，簡(jiǎn)易的SBF家庭水處理設(shè)備可在低耗環(huán)保的前提下將微污染水體處理至合格飲用水。

4.3活性炭-石英砂生物過(guò)濾技術(shù)

生物過(guò)濾技術(shù)將傳統(tǒng)的過(guò)濾與生物膜結(jié)合起來(lái)，可以很好的去除微污染水中的COD、NH+4-N、Fe、Mn和無(wú)機(jī)顆粒雜質(zhì)等污染物質(zhì)，大幅提高窖水飲用的安全和穩(wěn)定性。岳麗芳[10]采用活性炭-石英砂生物過(guò)濾技術(shù)，研究該生物過(guò)濾技術(shù)對(duì)模擬窖水以及實(shí)際窖水的去除效能，結(jié)果表明工藝對(duì)實(shí)際窖水有良好的去除效果，COD、NH+4-N和濁度的去除率分別可達(dá)到53%、71%、88%，出水水質(zhì)滿足GB5749-2006標(biāo)準(zhǔn)，說(shuō)明該技術(shù)在改善西北窖水水質(zhì)中具有一定的可行性。

4.4超濾技術(shù)

膜技術(shù)具有高效、低耗節(jié)能、工藝簡(jiǎn)單易控制等優(yōu)點(diǎn)，是西北農(nóng)村窖水處理的較佳選擇之一。隨著科技的進(jìn)步，濾膜成本持續(xù)降低，操作水平逐漸提高，超濾技術(shù)在農(nóng)村的窖水水質(zhì)改善中的推廣和應(yīng)用也逐漸嶄露頭角[11]。當(dāng)前，雖然膜污染仍是限制超濾技術(shù)應(yīng)用的主要因素，不過(guò)按照不同水質(zhì)特點(diǎn)，通過(guò)合理選擇濾膜參數(shù)、優(yōu)化工藝運(yùn)行條件以及對(duì)進(jìn)水進(jìn)行預(yù)處理等途徑，可以確保系統(tǒng)長(zhǎng)期有效地穩(wěn)定運(yùn)行和對(duì)水質(zhì)改善效果。

4.5其他技術(shù)

對(duì)水質(zhì)要求較高時(shí)也可采用強(qiáng)化混凝手段處理窖水，武福平等[12]使用PAC來(lái)強(qiáng)化PAFC混凝，研究表明投藥量、攪拌強(qiáng)度和時(shí)間適合時(shí)，對(duì)濁度和COD均有很好的去除效果。此外，馬娟等[13]研究了活化沸石對(duì)大腸桿菌、高分子有機(jī)物以及表面活性劑的去除效果，特別是對(duì)大腸桿菌的去除率達(dá)到了99.9%，說(shuō)明活化沸石也可以大幅度改善窖水水質(zhì)。目前，常見(jiàn)的窖水水處理設(shè)備除了上述的小型超濾設(shè)備、粗濾慢濾生物過(guò)濾設(shè)備外，還有水力自動(dòng)微絮凝—生物過(guò)濾設(shè)備，該設(shè)備操作方便，無(wú)需耗能可自行反沖，但體積偏大，另外微濾+光催化水處理設(shè)備由于其技術(shù)先進(jìn)，耗能少也值得關(guān)注，但是催化劑的問(wèn)題突出，成本和運(yùn)行費(fèi)用偏高，且很大程度上依賴于天氣[1]。合理安全的消毒措施也可以大大改善飲用水水質(zhì)和安全問(wèn)題，作為村民生活飲用水時(shí)，應(yīng)堅(jiān)持高溫消毒、煮沸后飲用。另外，定期投入漂白粉也是常用的消毒方法，當(dāng)水質(zhì)濁度居高不下時(shí)也可投加一定量的明礬。

2017年6月綠色科技第12期

史登峰：西北地區(qū)窖水水質(zhì)及其凈化技術(shù)研究

環(huán)境與安全

5結(jié)語(yǔ)

（1）不同水窖材質(zhì)對(duì)水質(zhì)的影響較大，窖水水質(zhì)也隨著時(shí)間加長(zhǎng)而逐漸變化直至達(dá)到穩(wěn)定期，選擇集雨面材質(zhì)、窖址和水窖類型時(shí)，需重點(diǎn)考慮當(dāng)?shù)氐臍夂虿町悺⒌赜虿町惡退廴经h(huán)境的不同，合理優(yōu)化水窖結(jié)構(gòu)和加強(qiáng)水窖管理。

（2）針對(duì)我國(guó)西北地區(qū)農(nóng)村地區(qū)窖水污染狀況和水質(zhì)的波動(dòng)變化，技術(shù)應(yīng)用選擇時(shí)在保證用水水質(zhì)安全的基礎(chǔ)上，需重點(diǎn)考慮經(jīng)濟(jì)成本的大小和操作的簡(jiǎn)易程度，同時(shí)須考慮到應(yīng)用設(shè)備在農(nóng)村地區(qū)四季變化下運(yùn)行的可行性，做好降溫或者保溫措施。

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