莫如寶
(張家界市永定區(qū)農村供水總站,湖南永定 427000)
隨著鄉(xiāng)村振興建設的快速發(fā)展以及城鎮(zhèn)化進程的不斷加快,發(fā)展農村供水、保障農村飲水安全已成為全面建設社會主義新農村的重要任務[1]。農村供水工程解決了農村飲水安全問題,讓群眾喝上放心水,是解決“兩不愁三保障”的底線任務,是全國廣大農村居民最關心、最直接、最現(xiàn)實的問題,也是全面建成小康社會的重要任務,必須保證農村飲水安全工程“建得成、管得好、用得起、長受益”[2]。
農村供水工程的衛(wèi)生評價指標體系由4項組成:水質、水量、用水方便程度和供水保證率[3]。其中,水質的要求:千噸萬人及以上的供水工程水質符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)規(guī)定,千噸萬人以下的供水工程水質符合GB 5749—2006寬限規(guī)定;單村分散式供水工程,飲用水無肉眼可見雜質、無異色異味、用水戶長期飲用無不良反應。對于當?shù)厝巳耗c道傳染病發(fā)病趨勢保持平穩(wěn)、沒有突發(fā)的地區(qū),微生物指標中的菌落總數(shù)和消毒劑指標可不納入評價指標。
農村供水工程普遍存在規(guī)模偏小,水源保證率偏低,水質污染日益嚴重,工程管理困難等諸多問題,影響了工程效益的發(fā)揮[4]。為解決水質安全問題,本文著重研究農村供水工程水質發(fā)黃的原因,并提出解決方案,確保水質合格,為水廠的規(guī)范化經(jīng)營管理能力提升提供建議。
農村水廠的輸送管網(wǎng)多使用鑄鐵管、鋼管或鍍鋅管,管材內部無防腐涂層,使用時間一長,空氣中的氧氣溶解在水中,氧在有水的環(huán)境中與鐵反應,生成氧化鐵,即鐵銹,造成出水發(fā)黃[5]。另外,水廠處理工藝中也存在鐵制品,可與具有氧化能力的消毒劑接觸,加速腐蝕、生銹、脫殼,溶解到水中導致水質發(fā)黃。這種情況的解決方法較簡單,直接進行鐵制品改造,更換為PE管、UPVC管、鋁塑管、PPR管等供水管網(wǎng)即可。
管網(wǎng)原因引起的水質發(fā)黃,一般分為兩種情況:一種是新管道未按照設計要求沖洗干凈;另一種是應急搶修帶入污染物[5]。對于新管道,投入使用前沒有經(jīng)過充分的沖洗,施工時管網(wǎng)會帶入各種泥沙、污水,極易污染管道,形成新管道沿途大范圍的黃水。對于管道應急搶修,除管道破裂搶修以外,一般不停水搶修,需沿自來水泄露方向開挖路面,一邊抽水一邊尋找水管破損的位置,泄露的自來水和周圍的泥土、雜物混合,形成污水。一旦關閉閥門,管道內的水排空后,四周的污水就會沿著管道破損的位置倒流入管網(wǎng),形成黃水。這兩種情形需對管網(wǎng)徹底沖洗干凈,再通水即可。
凈水工藝不徹底引起的水質發(fā)黃,主要表現(xiàn)在:絮凝沉淀環(huán)節(jié)加入的絮凝劑過多或者過少,導致原水絮凝過飽和或不充分;沉淀池長時間沒有排污和清洗;過濾池的石英砂等濾料使用時間長,導致過飽和,或者濾料流失嚴重,失去過濾功能[6]。這類情形需加強制水人員的培訓,嚴格按工藝流程操作,定期清洗水池,定期更換濾料,加強人員考核及工藝的監(jiān)督檢查,即可得以解決。
鐵錳超標是水質發(fā)黃中最普遍的原因?!渡铒嬘盟l(wèi)生標準》(GB 5749—2006)(鐵≤0.3 mg/L、錳≤0.1 mg/L)中,溶解性鐵、錳一般以低價Fe2+、Mn2+形態(tài)存在,過量的鐵和錳在水中含量較高時,水中有鐵腥味,影響口感,引起“黃水”或“黑水”[7]。
除去水中鐵、錳的工藝流程大致可分別3個部分:混凝沉淀、過濾、消毒?;炷恋聿糠诌M水時分別加PAC、PAM、消毒劑,目的是使水中的懸浮物通過絮凝劑、助凝劑快速沉淀。加消毒劑的目的是氧化水中的錳離子。過濾部分采用錳砂填料,形成高價鐵錳化合物,呈膠凝聚沉降,錳砂去除[8]。消毒部分保持水廠出水的余氯含量,達到持續(xù)殺菌的效果。解決鐵錳超標的工藝流程如圖1所示。
圖1 水中鐵錳離子的去除工藝流程圖Fig.1 Process Flow of Iron and Manganese Ions Removal in Water
原水受到微生物、藻類物質和有機物的污染,進入水廠后,經(jīng)消毒劑氧化殺菌處理,大量的微生物被殺死,聚集的微生物尸體、有機物等混合物與消毒劑發(fā)生復雜的化學反應,最終導致水質發(fā)黃。同時,溫度的升高,促使鐵錳溶解和氧化,加劇水質發(fā)黃的程度。
這種情形主要發(fā)生在炎熱的夏季,農村供水工程的水源大多是水庫,當溫度升高時,水庫中微生物及藻類快速繁衍。遇到久旱不雨時節(jié)時,水位下降,溶解氧下降,水中底層的殘枝敗葉和動植物尸體腐敗后,造成水源污染,微生物、鐵錳、氨氮、硫化物等均升高,造成沖擊負荷,水廠進水水質變差,遇到消毒劑就會發(fā)生顯色反應,水質發(fā)黃,同時還伴有一股腥臭味。
為了達到更好的消毒效果,夏季消毒劑的用量往往會加大,水中消毒劑濃度越高,與微生物尸體、藻類物質等的反應就越徹底,水質發(fā)黃的顏色也越深,形成惡性循環(huán)。如表1所示,農村供水工程的水源水中含有大量微生物時,經(jīng)過水廠的加藥消毒后,發(fā)生復雜的化學反應,最終出廠水發(fā)黃,且微生物含量越高,消毒時間越長,發(fā)黃越嚴重。
2.2.1 原水工藝改進
(1)水位和進水聯(lián)動控制。如圖2所示,在清水池安裝液位計,與取水增壓泵實現(xiàn)聯(lián)動控制,清水池至低液位時啟泵,高液位時自動停泵,并通過手機APP進行人工遠程啟停增壓泵,減少人力勞動,精準取水,避免水資源浪費。
(2)全自動加礬凈化。更換純手動的加礬設備,采用變頻自動控制加礬機,藥品投加量可根據(jù)水廠進水流量進行自動計算、自動精準投加,水質凈化更科學、客觀,確保消毒殺死的微生物尸體與其他雜質得到最好的混凝沉淀,同時節(jié)約生產成本。
表1 4個水源水經(jīng)加藥消毒后微生物數(shù)量與顏色變化關系(夏季)Tab.1 Relationship between the Number of Microorganisms and the Color Change of Four Water Sources after Disinfection (Summer)
圖2 原水改進工藝流程圖Fig.2 Process Flow Chart of Raw Water Improvement
(3)自動調節(jié)酸堿度。新增1套全自動加堿系統(tǒng),根據(jù)流量情況進行調節(jié),保持pH值在7.0~8.0,使PAC處于最佳的凈化狀態(tài),有利于微生物尸體的絮凝沉淀及鐵錳的氧化去除,促進絮凝反應速度及沉淀效果。
2.2.2 濾池工藝改進
(1)更換濾料。如圖3所示,將濾池原有石英砂更換成錳砂,增加對鐵錳的去除和吸附作用,提升對微生物尸體及黃色物質的過濾效果。
圖3 濾池改進工藝流程圖Fig.3 Flow Chart of Filter Process Improvement
(2)增加自動反沖洗系統(tǒng)。對反沖管道進行檢漏,更換反沖洗系統(tǒng)輔助管路,保證濾池每天進行反沖洗,且時間可控,及時去除被截留的各種污染物,使過濾效果達到最佳。
2.2.3 排泥工藝處理
如圖4所示,絮凝沉淀池的每個排泥手動閥出口增加1臺液動快開式排泥角閥、水力電磁閥及1個自動控制柜,實現(xiàn)絮凝沉淀池的定時自動排泥。PLC排泥控制系統(tǒng)可監(jiān)測每臺閥門的信號,每臺閥門排泥時間也可自行設定,及時將污泥、雜質、微生物尸體、鐵錳絮凝沉淀物排出池外,緩解后續(xù)過濾池的凈水壓力。
圖4 排泥工藝流程圖Fig.4 Flow Chart of Sludge Discharge Process
圖5 水質在線監(jiān)測控制流程圖Fig.5 Flow Chart of Water Quality Online Monitoring and Control
2.2.4 新增在線監(jiān)測
如圖5所示,新增1套出廠水水質在線監(jiān)測系統(tǒng),集成式安裝,便于水廠對出廠水的水質檢測。相關人員可通過手機遠程監(jiān)控水質情況,實現(xiàn)消毒劑余量、pH、渾濁度的在線監(jiān)測,實時掌握水質變化,根據(jù)在線檢測數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動加藥凈化和消毒,精準投加,保證水質達標。
如表2所示,通過上述方案的引進及實施,農村水廠出現(xiàn)的新型水質發(fā)黃問題得到很好的解決,同時,出廠水的相關參數(shù)指標更加合理,水質更安全。由于改進方法價格低廉、自動化程度高、操作方便,適合推廣使用,解決廣大農村老百姓的飲水安全問題。
表2 某水廠處理前后水質變化對照表(夏季)Tab.2 Comparison of Water Quality Changes before and after Treatment in a WTP(Summer)
引起農村供水工程水質發(fā)黃的原因有很多,水源中的微生物、藻類物質及有機物與消毒劑發(fā)生復雜的化學反應,導致水質發(fā)黃,是近年來出現(xiàn)在農村供水工程中的新問題,影響面廣,處理難度較大。結合農村供水工程起步晚、處理工藝相對簡單、效益不佳、維修和維護困難以及技術人才缺乏的實際情況,通過改變進水方式、自動加藥調節(jié)、在線監(jiān)控等自動化處理工藝,能最大限度解決水質發(fā)黃問題,且具有投資少、占地面極小、自動化程度高、操作管理方便等優(yōu)點,能較好地解決水質發(fā)黃難題,確保農村供水工程的飲水安全。