亳州市农村饮用水除氟状况的研究及对策
摘要由于地理位置和地质条件的原因,毫州市是饮用水高氟区,且饮用高氟水的人口主要集中在农村。农村集中供水除氟工程在设备、吸附剂、管理上都存在不足。为使农村饮用水除氟能扎实有效地进行,应健全现有饮用水除氟工程的规章制度,积极开发适合农村家庭的饮用水除氟设备。
关键词农村饮用水;除氟;对策;安徽毫州
氟是人体维持正常生理活动不可缺少的微量元素之一,在人体的骨骼、肌肉、血液和脏器中都有存在,约占体重的0.000 35%。氟是组成人类和其他动物牙齿和骨骼的主要成分之一,对动物的骨组织和牙釉质的形成有重要作用,其通过激活或抑制多种酶的活性参与新陈代谢过程。但是人体摄取氟在有利和有害之间的变化范围极窄,人体缺少氟或摄入过多氟都不利于身体健康。适量氟可防止血管钙化、佝偻病、骨质松脆和龋齿病,但是当摄入氟量过高时,它将抑制体内酶化过程,破坏人体正常的钙、磷代谢,使钙从正常组织中沉淀和造成血钙减少,造成氟中毒症。此外,氟中毒还可以造成贫血、白血球减少,氟贮藏于骨头中会引起斑釉齿、骨头硬化等。国外文献报道人体中过量的氟还将导致癌症、妇女不孕症、脑损伤、Alzheimer综合症和甲状腺紊乱。进入人体的氟来源很多,但由于水中的氟化物具有易溶性,吸收率往往在90%以上,因此饮用水是体内氟化物的主要来源。为防止和减少氟病发生率,控制饮用水中的氟含量是十分必要的。
1亳州市高氟水形成的原因分析
(1)亳州市位于安徽省西北部,属黄淮冲积平原。该地区地势平坦,地下水径流滞缓、水交替条件较差、水位埋藏较浅,同时该区气候干旱,降雨量小,蒸发作用强烈,F-与其他化学元素一同在浅层地下水中浓缩富集,造成F-浓度增大。
(2)亳州市属于淮北平原水文地质区,该区大部分属矿化度大于1 g/L的重碳酸型淡水,矿化度总体北高南低,由HCO3-—Ca2+ 向HCO3-—Na+型水变化。氟的钠盐和钙盐在水中溶解度差别极大。氟化钠在水中易溶解,氟在地下水中呈离子状态存在;氟化钙在水中溶解度很低,为白色沉淀,大部分氟存在矿物中而未游离出来,形成地下水中高钙低氟、高钠高氟的现象。当水中钙离子为主要阳离子时,氟化钙溶解度减小,地下水中氟含量减小;当水中钠离子或者镁离子为主要离子时,氟化钙的溶解度增加。当水中钙离子含量增加时,氟的络合物遭到破坏,钙与氟结合成难溶的氟化钙,减少了地下水中氟含量。另外,由于碳酸根及碳酸氢根会促进氟化钙的溶解,使地下水中的氟含量增加[1]。
(3)亳州市为农业大市,在传统灌溉条件下使用肥料及使用农药量越来越大,导致Cl-、SO42-、NO3-和F-进入地下水中,使水中的F-富集,F-含量在农灌区地下水中含量高于其他土地类型地区。由于受地质、浅层土壤条件及人为因素的影响,亳州市浅层地下水中含氟量一般在1~3 mg/L,最高达到8 mg/L以上,而我国饮用水标准中含氟量不能超过1 mg/L。
2亳州市高氟水的分布及影响
根据2004年农村饮水安全现状调查,按照《农村饮用水安全评价指标体系标准》,全市农村饮水安全和基本安全人口328.9万人,占全市农村总人口的68.85%;饮水不安全人口 148.83万人,占全市农村人口31.15%,其中:水质不安全人口147.34万人,占不安全人口的99.0 %,其中饮用高氟水的有129.95万人,饮用苦咸水的有6.03万人,饮用严重污染未经处理的地下水的有11.36万人。经调查,在饮用水高氟区氟斑牙患病率达50%,居住在涡河、西淝河等河间地区的居民氟斑牙患病率超过76%。
3亳州市饮用水除氟现状调查
3.1饮用水除氟方法
对于饮水型氟中毒的防治策略是改水降氟,根本预防措施在于降低饮水中的含氟量,使其达到饮用水卫生标准要求。其途径有2个:一是当深层地下水含氟量不高时,可改用打深井水,或收集雨水、雪水作必要的处理后专供饮用;二是采取饮用水除氟方法使水中氟的浓度降到适宜于饮水卫生标准的范围内。目前国内外降氟方法多种多样,但主要分为3类,即混凝沉淀法(投药法)、滤层吸附法和电化学法。前2类方法主要针对单纯氟离子含量较高,而其他指标相对较低或符合饮用水标准的高氟水地区;第3类方法主要针对氟离子含量较高,而其他指标相对也较高,不符合饮用水标准的高氟—苦咸水地区[2]。
针对农村饮用水存在含氟高,口感苦咸、水质受污染等不安全问题,亳州市水务局接连编制了《亳州市“十一五”农村饮水安全规划》《亳州市到2020年农村饮水安全总体规划》和《亳州市2007—2011年农村饮水安全项目可行性研究报告》,并且分年度制订了实施方案,逐年实施。
从2007年起,亳州市将农村饮水安全工程列为全市的重点工程和民生工程加以实施,截至目前,该市共建设供水工程196处,工程总投资达22 264万元,解决了107个乡镇285个行政村56.3万人的饮水安全问题。
亳州市现有饮用水除氟采用的措施为:①当个别地区深层地下水含氟量不高时,采用打深井水集中供应给居民;②家庭饮用水除氟多采用混凝沉淀法(投药法)或购买家庭净水器;③集中供水除氟采用的是除氟效率高、工艺简单的滤层吸附法,吸附剂为活性炭、硅藻土、活性氧化铝和羟基磷酸钙等。
3.2现有饮用水除氟存在的问题
通过对已建的供水工程实地调查和查阅资料,目前亳州饮用水除氟主要存在以下问题[3]:
(1)饮用深层地下水的问题。调查结果显示,选择氟浓度较低的深井水集中供应给居民,整体运行状况不容乐观,深井技术虽然简单,且不需维护技术,但由于地下水层的流动和混合,易造成地表水和深井水沟通,依旧能出现氟超标问题,所以打低氟深井并不是稳定长久解决高氟水的根本途径。
(2)家庭饮用水除氟净水器的问题。铝盐混凝法是家庭饮用水除氟的常用方法之一。铝盐混凝法除氟的主要缺点是处理后产生大量的沉淀污泥以及除氟后水中的氯离子和硫酸根有增加趋势。此外,以铝盐为混凝剂,处理后水中含有大量溶解铝引起人们对健康的担心。亳州经济相对落后,农村使用家庭净水器相对较少。而对于使用净水器的家庭,随着使用时间的增长,内芯截留的污物越来越多,很快就达到“收支平衡”,从而失去净化效果,但使用者却误把出水作净化水使用,以致损害健康。另外,内芯的更换既麻烦成本又高,频繁更换内芯也会让一般的农村家庭无法接受。
(3) 集中供水除氟存在的问题。①除氟设施问题。一是除氟剂吸附容量低。亳州市现有的饮用水集中供水除氟工程多数采用的是活性氧化铝吸附法,现有活性氧化铝普遍采用的颗粒粒径比较大,第1周期吸附容量比较低,数周后吸附容量更低。运行一段时间后,滤料容易出现板结现象,造成布水或者集水的不均匀,严重影响使用寿命和吸附容量。二是除氟设施再生时间长,用药量大。活性氧化铝吸附剂的再生,用2%硫酸铝溶液浸泡再生,再生液可重复使用,完成再生过程需要2 d的时间,再生剂用量比较高,花费较大。有些除氟罐罐体太高、内径太小,反冲洗时难以使滤料充分膨胀,不能够很好的排除悬浮物。再生问题大大限制了除氟装置的运行,应加以改进解决。三是除氟设施设计问题。多数钢材除氟罐内壁防腐涂层或滤料易剥落,大片铁锈污染氧化铝,产生的铁离子导致活性氧化铝中毒,失去活性,大大影响了活性氧化铝除氟的效果,滤料也易板结,使用寿命短,而且此法的铝溶出较高,处理水中不可避免残留铝离子,有引起大脑疾病的风险。有些除氟设施出水检测方法繁琐,原水与过滤设备接触时间缺乏自动控制设备,这些方面都会影响除氟设施的正常运行。②除氟设施运行管理问题。由于除氟设施运行于农村,这些地区大多经济比较落后,因此除氟设施的管理运行也存在多方面的问题。一是由于资金限制,除氟装置维护、维修困难。农村经济比较落后,而除氟设施的运行需要许多的资金。除氟设施损坏后由于没有足够的资金修理,往往是报废不用。二是维护管理人员知识水平问题。设备维护人员专业知识水平参差不齐,有的甚至不知道滤料再生。还有的管水员装填新活性氧化铝后,只用水冲去粉粒,不经硫酸铝“活化”处理就运行。三是除氟设施管理混乱。重建设、轻管理是各个地方除氟设施存在的通病。除氟设施因各种原因停用。除氟设施的出水水质不能够定期检测。
4亳州市饮用水除氟对策
4.1健全规章制度,使饮水降氟纳入科学化、制度化和规范化管理轨道
针对亳州市农村饮用水安全状况,应大力发展村镇集中供水系统,建立高氟饮用水除氟设施,使用快速简便、经济有效的饮用水除氟设施为农村住户进行供水。从经济角度、安全角度、长期服务角度、成熟工艺应用角度等,对集中供水工程进行改造,不但要保证供水指标,还要保证供水卫生、环境等。
村镇供水系统的建立首先要加强领导,建立健全规章制度,明确责任,对岗位责任、使用规范、供水时间、设备维修、水费收取、水源保护、水氟检测和管水人员的报酬,都要做出明文的规定。其次要对管理人员进行技术及业务培训,加强技术方面的指导。编写村镇供水工程的操作指导手册,使其熟练掌握工程设施的使用常识,做到会除氟操作、会除氟运转、会水质检测,确切做好供水的安全保证工作。最后对村镇供水系统实行不定期检查并作评比工作,在检查中发现不足,并及时改进。
4.2研究开发适合农村家庭饮用水除氟的设备
亳州市广大农村经济相对落后,广大农民对饮用水高氟的危害性了解较少,因此各级政府、水利及科协应加强宣传,让人们认识到氟的危害性,提高对饮用水中氟的防范意识,对于不能进行集中供水的偏远地区或分散住户,有能力购买净水除氟设备的家庭应积极购买。
鼓励有关科研院所开发简单易行、经济有效的小型家用除氟设备。目前解决农村及偏远地区高氟饮用水的问题,除了继续对活性氧化铝、骨炭等常规净水方法继续改进研究外,还应加强研制除氟效果好、性能稳定和应用范围广的材料以及新的除氟技术。设计时最好能够考虑反冲洗以及再生系统的要求,能够做到动态再生,能够保证除氟装置的安全运行。设备除氟和反洗采用合适的自控设备,以便于管理操作[4-5]。
农村饮用水除氟是亳州市一项长期而艰苦的任务。应在充分调查的基础上,从当地实际情况出发,积极探索适合亳州市农村饮用水除氟的途径,才能从根本上解决饮用水高氟的问题。
5参考资料
[1] 李运奇,孙爱芹,刘仲海,等.毫州市农村饮水安全问题分析与对策[J].江淮水利科技,2007(3):30-31.
[2] 施锦,王萍,严子春.饮用水除氟技术的现状及进展[J].山西建筑,2007,33(35):17-19.
[3]曾建军,李金冰,夏小林,等.安徽省农村饮水安全工程规划应注意的问题[J].江淮水利科技,2006(5):5-7.
[4]查春花.农村改水示范工程——吸附交换法饮用水除氟研究[D].南京:东南大学,2006.
[5]孙红梅,曹丽.浅谈白云鄂博生活饮用水除氟[J].包钢科技,2003,29(5):44-46.
关键词农村饮用水;除氟;对策;安徽毫州
氟是人体维持正常生理活动不可缺少的微量元素之一,在人体的骨骼、肌肉、血液和脏器中都有存在,约占体重的0.000 35%。氟是组成人类和其他动物牙齿和骨骼的主要成分之一,对动物的骨组织和牙釉质的形成有重要作用,其通过激活或抑制多种酶的活性参与新陈代谢过程。但是人体摄取氟在有利和有害之间的变化范围极窄,人体缺少氟或摄入过多氟都不利于身体健康。适量氟可防止血管钙化、佝偻病、骨质松脆和龋齿病,但是当摄入氟量过高时,它将抑制体内酶化过程,破坏人体正常的钙、磷代谢,使钙从正常组织中沉淀和造成血钙减少,造成氟中毒症。此外,氟中毒还可以造成贫血、白血球减少,氟贮藏于骨头中会引起斑釉齿、骨头硬化等。国外文献报道人体中过量的氟还将导致癌症、妇女不孕症、脑损伤、Alzheimer综合症和甲状腺紊乱。进入人体的氟来源很多,但由于水中的氟化物具有易溶性,吸收率往往在90%以上,因此饮用水是体内氟化物的主要来源。为防止和减少氟病发生率,控制饮用水中的氟含量是十分必要的。
1亳州市高氟水形成的原因分析
(1)亳州市位于安徽省西北部,属黄淮冲积平原。该地区地势平坦,地下水径流滞缓、水交替条件较差、水位埋藏较浅,同时该区气候干旱,降雨量小,蒸发作用强烈,F-与其他化学元素一同在浅层地下水中浓缩富集,造成F-浓度增大。
(2)亳州市属于淮北平原水文地质区,该区大部分属矿化度大于1 g/L的重碳酸型淡水,矿化度总体北高南低,由HCO3-—Ca2+ 向HCO3-—Na+型水变化。氟的钠盐和钙盐在水中溶解度差别极大。氟化钠在水中易溶解,氟在地下水中呈离子状态存在;氟化钙在水中溶解度很低,为白色沉淀,大部分氟存在矿物中而未游离出来,形成地下水中高钙低氟、高钠高氟的现象。当水中钙离子为主要阳离子时,氟化钙溶解度减小,地下水中氟含量减小;当水中钠离子或者镁离子为主要离子时,氟化钙的溶解度增加。当水中钙离子含量增加时,氟的络合物遭到破坏,钙与氟结合成难溶的氟化钙,减少了地下水中氟含量。另外,由于碳酸根及碳酸氢根会促进氟化钙的溶解,使地下水中的氟含量增加[1]。
(3)亳州市为农业大市,在传统灌溉条件下使用肥料及使用农药量越来越大,导致Cl-、SO42-、NO3-和F-进入地下水中,使水中的F-富集,F-含量在农灌区地下水中含量高于其他土地类型地区。由于受地质、浅层土壤条件及人为因素的影响,亳州市浅层地下水中含氟量一般在1~3 mg/L,最高达到8 mg/L以上,而我国饮用水标准中含氟量不能超过1 mg/L。
2亳州市高氟水的分布及影响
根据2004年农村饮水安全现状调查,按照《农村饮用水安全评价指标体系标准》,全市农村饮水安全和基本安全人口328.9万人,占全市农村总人口的68.85%;饮水不安全人口 148.83万人,占全市农村人口31.15%,其中:水质不安全人口147.34万人,占不安全人口的99.0 %,其中饮用高氟水的有129.95万人,饮用苦咸水的有6.03万人,饮用严重污染未经处理的地下水的有11.36万人。经调查,在饮用水高氟区氟斑牙患病率达50%,居住在涡河、西淝河等河间地区的居民氟斑牙患病率超过76%。
3亳州市饮用水除氟现状调查
3.1饮用水除氟方法
对于饮水型氟中毒的防治策略是改水降氟,根本预防措施在于降低饮水中的含氟量,使其达到饮用水卫生标准要求。其途径有2个:一是当深层地下水含氟量不高时,可改用打深井水,或收集雨水、雪水作必要的处理后专供饮用;二是采取饮用水除氟方法使水中氟的浓度降到适宜于饮水卫生标准的范围内。目前国内外降氟方法多种多样,但主要分为3类,即混凝沉淀法(投药法)、滤层吸附法和电化学法。前2类方法主要针对单纯氟离子含量较高,而其他指标相对较低或符合饮用水标准的高氟水地区;第3类方法主要针对氟离子含量较高,而其他指标相对也较高,不符合饮用水标准的高氟—苦咸水地区[2]。
针对农村饮用水存在含氟高,口感苦咸、水质受污染等不安全问题,亳州市水务局接连编制了《亳州市“十一五”农村饮水安全规划》《亳州市到2020年农村饮水安全总体规划》和《亳州市2007—2011年农村饮水安全项目可行性研究报告》,并且分年度制订了实施方案,逐年实施。
从2007年起,亳州市将农村饮水安全工程列为全市的重点工程和民生工程加以实施,截至目前,该市共建设供水工程196处,工程总投资达22 264万元,解决了107个乡镇285个行政村56.3万人的饮水安全问题。
亳州市现有饮用水除氟采用的措施为:①当个别地区深层地下水含氟量不高时,采用打深井水集中供应给居民;②家庭饮用水除氟多采用混凝沉淀法(投药法)或购买家庭净水器;③集中供水除氟采用的是除氟效率高、工艺简单的滤层吸附法,吸附剂为活性炭、硅藻土、活性氧化铝和羟基磷酸钙等。
3.2现有饮用水除氟存在的问题
通过对已建的供水工程实地调查和查阅资料,目前亳州饮用水除氟主要存在以下问题[3]:
(1)饮用深层地下水的问题。调查结果显示,选择氟浓度较低的深井水集中供应给居民,整体运行状况不容乐观,深井技术虽然简单,且不需维护技术,但由于地下水层的流动和混合,易造成地表水和深井水沟通,依旧能出现氟超标问题,所以打低氟深井并不是稳定长久解决高氟水的根本途径。
(2)家庭饮用水除氟净水器的问题。铝盐混凝法是家庭饮用水除氟的常用方法之一。铝盐混凝法除氟的主要缺点是处理后产生大量的沉淀污泥以及除氟后水中的氯离子和硫酸根有增加趋势。此外,以铝盐为混凝剂,处理后水中含有大量溶解铝引起人们对健康的担心。亳州经济相对落后,农村使用家庭净水器相对较少。而对于使用净水器的家庭,随着使用时间的增长,内芯截留的污物越来越多,很快就达到“收支平衡”,从而失去净化效果,但使用者却误把出水作净化水使用,以致损害健康。另外,内芯的更换既麻烦成本又高,频繁更换内芯也会让一般的农村家庭无法接受。
(3) 集中供水除氟存在的问题。①除氟设施问题。一是除氟剂吸附容量低。亳州市现有的饮用水集中供水除氟工程多数采用的是活性氧化铝吸附法,现有活性氧化铝普遍采用的颗粒粒径比较大,第1周期吸附容量比较低,数周后吸附容量更低。运行一段时间后,滤料容易出现板结现象,造成布水或者集水的不均匀,严重影响使用寿命和吸附容量。二是除氟设施再生时间长,用药量大。活性氧化铝吸附剂的再生,用2%硫酸铝溶液浸泡再生,再生液可重复使用,完成再生过程需要2 d的时间,再生剂用量比较高,花费较大。有些除氟罐罐体太高、内径太小,反冲洗时难以使滤料充分膨胀,不能够很好的排除悬浮物。再生问题大大限制了除氟装置的运行,应加以改进解决。三是除氟设施设计问题。多数钢材除氟罐内壁防腐涂层或滤料易剥落,大片铁锈污染氧化铝,产生的铁离子导致活性氧化铝中毒,失去活性,大大影响了活性氧化铝除氟的效果,滤料也易板结,使用寿命短,而且此法的铝溶出较高,处理水中不可避免残留铝离子,有引起大脑疾病的风险。有些除氟设施出水检测方法繁琐,原水与过滤设备接触时间缺乏自动控制设备,这些方面都会影响除氟设施的正常运行。②除氟设施运行管理问题。由于除氟设施运行于农村,这些地区大多经济比较落后,因此除氟设施的管理运行也存在多方面的问题。一是由于资金限制,除氟装置维护、维修困难。农村经济比较落后,而除氟设施的运行需要许多的资金。除氟设施损坏后由于没有足够的资金修理,往往是报废不用。二是维护管理人员知识水平问题。设备维护人员专业知识水平参差不齐,有的甚至不知道滤料再生。还有的管水员装填新活性氧化铝后,只用水冲去粉粒,不经硫酸铝“活化”处理就运行。三是除氟设施管理混乱。重建设、轻管理是各个地方除氟设施存在的通病。除氟设施因各种原因停用。除氟设施的出水水质不能够定期检测。
4亳州市饮用水除氟对策
4.1健全规章制度,使饮水降氟纳入科学化、制度化和规范化管理轨道
针对亳州市农村饮用水安全状况,应大力发展村镇集中供水系统,建立高氟饮用水除氟设施,使用快速简便、经济有效的饮用水除氟设施为农村住户进行供水。从经济角度、安全角度、长期服务角度、成熟工艺应用角度等,对集中供水工程进行改造,不但要保证供水指标,还要保证供水卫生、环境等。
村镇供水系统的建立首先要加强领导,建立健全规章制度,明确责任,对岗位责任、使用规范、供水时间、设备维修、水费收取、水源保护、水氟检测和管水人员的报酬,都要做出明文的规定。其次要对管理人员进行技术及业务培训,加强技术方面的指导。编写村镇供水工程的操作指导手册,使其熟练掌握工程设施的使用常识,做到会除氟操作、会除氟运转、会水质检测,确切做好供水的安全保证工作。最后对村镇供水系统实行不定期检查并作评比工作,在检查中发现不足,并及时改进。
4.2研究开发适合农村家庭饮用水除氟的设备
亳州市广大农村经济相对落后,广大农民对饮用水高氟的危害性了解较少,因此各级政府、水利及科协应加强宣传,让人们认识到氟的危害性,提高对饮用水中氟的防范意识,对于不能进行集中供水的偏远地区或分散住户,有能力购买净水除氟设备的家庭应积极购买。
鼓励有关科研院所开发简单易行、经济有效的小型家用除氟设备。目前解决农村及偏远地区高氟饮用水的问题,除了继续对活性氧化铝、骨炭等常规净水方法继续改进研究外,还应加强研制除氟效果好、性能稳定和应用范围广的材料以及新的除氟技术。设计时最好能够考虑反冲洗以及再生系统的要求,能够做到动态再生,能够保证除氟装置的安全运行。设备除氟和反洗采用合适的自控设备,以便于管理操作[4-5]。
农村饮用水除氟是亳州市一项长期而艰苦的任务。应在充分调查的基础上,从当地实际情况出发,积极探索适合亳州市农村饮用水除氟的途径,才能从根本上解决饮用水高氟的问题。
5参考资料
[1] 李运奇,孙爱芹,刘仲海,等.毫州市农村饮水安全问题分析与对策[J].江淮水利科技,2007(3):30-31.
[2] 施锦,王萍,严子春.饮用水除氟技术的现状及进展[J].山西建筑,2007,33(35):17-19.
[3]曾建军,李金冰,夏小林,等.安徽省农村饮水安全工程规划应注意的问题[J].江淮水利科技,2006(5):5-7.
[4]查春花.农村改水示范工程——吸附交换法饮用水除氟研究[D].南京:东南大学,2006.
[5]孙红梅,曹丽.浅谈白云鄂博生活饮用水除氟[J].包钢科技,2003,29(5):44-46.
