農村供水管網二次污染:原因、防治與保障水質安全
發布日期:2024-05-18?瀏覽次數:作者:小編
防治農村供水管網二次污染,保障居民飲水安全對農村供水至關重要,不僅有助于鞏固脫貧攻堅成果,也促進鄉村振興戰略的實施。本文重點探討了農村供水管網二次污染的形成原因和防治措施,涉及供水水質、供水管材、二次供水設施以及消毒副產物等方面。
一、供水水質問題
隨著農村供水工程規模的擴大和供水集中化程度的提高,農村居民對水質的關注度逐漸增加。盡管供水單位對原水進行嚴格處理,水質指標達標,但在管網輸送過程中,水質可能受到管網系統內的復雜物理、化學和生物反應影響,導致水質下降,形成供水管網二次污染。這表明農村供水管網二次污染問題日益嚴重,需要在“十四五”期間加強防治工作以確保水質安全。本文將進一步探討農村供水管網二次污染的原因及相應的防治措施,為農村供水保障工作提供重要參考。
二、鄉村供水管網中的二次污染成因探析
鄉村供水管網中二次污染的本質在于污染物在管網水中的遷移與轉化過程,這是物理、生物及化學作用相互交織的結果,可歸納為幾種關鍵成因:
1、出廠水質對管網水質的連鎖效應
眾多研究指出,水質的穩定性是決定管網二次污染的關鍵因素之一,涵蓋化學穩定性和生物穩定性。化學穩定性不佳可促進管道腐蝕與結垢,而生物穩定性缺失則導致微生物過度增殖。在中國,常用CaCO?溶解平衡的飽和指數(IL,或稱為朗格利爾指數)和穩定指數(IR,又稱雷茲納指數)評估水質化學穩定性。IL=0時,水質既不形成垢也不腐蝕,為化學穩定;IL>0時,碳酸鹽過飽和,易于結垢;IL<0時,碳酸鹽未飽和,二氧化碳過量可能腐蝕金屬管道。IR>7時,水體顯示腐蝕傾向,且數值越高腐蝕性越強;6<IR<7時,化學性質基本穩定;IR<6時,傾向于結垢,且數值越低結垢越嚴重。盡管如此,IL的使用有其局限性,如相同IL值無法比較水質穩定性,且IL值接近零時結論可能與實情相悖。穩定指數IR能彌補IL的不足,兩者結合使用更準確判斷水質穩定性。根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006),大型水廠出廠水pH值應為6.5-8.5,此區間內化學穩定性良好。而小型供水工程因放寬pH值、濁度、總硬度等指標,增加了水質不穩定的二次污染風險。生物不穩定不僅促進微生物過度繁殖,還加速管道腐蝕,產生的腐蝕物質反過來又為微生物提供了繁殖環境,形成惡性循環。微生物污染需要微生物殘存和有機物超標兩個條件。農村供水中,由于成本控制不加消毒劑或消毒劑選擇不當,以及AOC(可同化有機碳)的存在,即使少量也能促進細菌繁殖,進一步加劇了水質的生物不穩定性。
2、供水管道材質的水質影響
管道材質本身的析出物直接污染水質。衛生部門制定了《生活飲用水輸配水設備及防護材料衛生安全評價規范》,以減少材料對水質的影響。即便鄉村管道材質符合標準,長期使用仍可能導致水質問題。鄉村常用的金屬管如鑄鐵管和鋼管,后者更易腐蝕,內外需防腐處理。塑料管(如UPVC、PE)、鋼筋混凝土管和復合管在鄉村供水中日益增多,但塑料管老化分解的有機物雖量少,對人體健康構成威脅。鋼筋混凝土管經長期水流沖刷,表層松散脫落,影響水質。襯里管道的內襯材料隨時間老化脫落,形成黑渣,也是二次污染源。
3、二次供水設施的水質挑戰
農村地區常見的再分配供水設施,例如蓄水池與水箱,往往因衛生條件欠佳而成為水質二次污染的隱患點。設計與建造階段的問題首當其沖,許多蓄水池因設計容量過大,導致水體停留時間過長。研究證實,水存放時間越長,水質越易劣化,特別是當存儲時間超越24小時,水質惡化的現象伴隨異味,不宜直飲,并且余氯隨時間遞減,為微生物的繁衍提供了溫床,加劇水質污染。部分蓄水池的透氣孔設計未遵循彎管原則,增加了污染風險。另外,未能按標準施工和驗收的蓄水池,在使用中可能出現裂縫與滲漏,不僅損失水資源,還可能引入外界污染物,導致水質二次污染。材質選取失誤也是一個重要因素,一些蓄水池內部未涂覆防腐材料,使得水泥中的有害物質溶出。此外,運營維護的疏忽,使蓄水池多年未經清理,污染物積聚,污染水源,加之某些蓄水池開口暴露,為污染物的侵入敞開了大門。
4、消毒副作用對水質的波及
農村飲用水消毒常采用氯、二氧化氯及氯胺法。盡管添加消毒劑能有效遏制微生物增長,但過度追求消毒效果而過量投放消毒劑,則會與水中的有機物反應,生成消毒副產品。氯消毒時,多余的余氯能與有機物合成具有三致性的三鹵甲烷和鹵乙酸。二氧化氯相比氯產生較少的副產品,但仍可能形成亞氯酸鹽或氯酸鹽。氯胺消毒能顯著降低總鹵乙酸和三鹵甲烷的總生成量,減少二溴一氯甲烷的產生,然而不當的氯胺投放比例和順序仍可引發三鹵甲烷等副產品的生成,持續威脅供水管網的水質安全。
5、其他水質干擾要素
除以上主因外,還有一些因素不容忽視,包括緊急管道修復導致的滲漏、非正常水流倒灌以及用戶端的不潔行為等,均能顯著影響水質。
(1)管道緊急修補與泄漏:在修復漏水或破損管道時,挖掘作業可能讓周邊土壤雜物進入破損管道,同時修復后恢復供水時的水壓波動會沖刷出管道沉積物,再次污染水質。
(2)非飲用水逆流:生活用水與非生活用水的交叉連接處,若無防逆流裝置,水壓差異可導致非飲用水逆向流入,尤其是在農村樹狀分布的管網中,支管更易受虹吸作用影響發生逆流。
(3)終端水龍頭污染:作為供水鏈的終點,水龍頭處于氣液固三相交界面,腐蝕嚴重,成為二次污染的另一源頭。
(4)用水模式波動:早晚高峰用水時段與其它時段的用水量差異導致的水力波動,會影響水質,尤其夏季消毒劑消退快,易引發微生物繁殖。
(5)水流動力學變化:當水流速度越過臨界值,層流轉變為湍流,加劇了對管道壁的沖刷,釋放出沉積物和腐蝕產物,惡化水質。
三、農村飲用水管網二次污染的防控策略
農村飲用水管網中的二次污染問題起因多樣,導致終端水質相較于出廠水質明顯下降,因此,實施全面有效的防控策略是減輕輸水過程中二次污染的關鍵。
1、強化水質監管,穩固水質基準
濁度作為直觀反映水質狀況的綜合性指標,其水平直接影響水中懸浮物與溶解物質含量的判斷。研究顯示,當濁度降至0.1 NTU時,大部分有機物得以去除。根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749-2006),濁度需控制在1 NTU以內。鑒于農村水質檢測技術和管理專業性的局限,強化濁度控制成為提升水質穩定性和減少污染風險的有效途徑。此外,pH值的調控同樣重要,目標區間為6.5至8.5,可通過添加石灰等方式調整,確保化學穩定性,尤其是考慮到常用消毒劑和混凝劑可能導致水體偏酸。余氯量的控制需考慮管材特性、季節變化和管徑大小,必要時可采用管網中繼加氯技術,并部署在線監測系統,實現加氯量的智能調整。
2、科學選取管材,減少污染源頭
農村供水管網的管材選擇應基于以下幾點:
(1)安全性:確保管材對人體無害,符合飲用水輸送設備的衛生安全標準。
(2)抗腐抗垢:針對農村供水特點,選用耐腐蝕、表面光滑的管材,如塑料管,以減少污染物沉積。
(3)長壽命:選用耐用性高的管材,減少更換頻率,避免維修期間的外源污染。
3、優化二次供水設施的品質與強化運維管理
農村供水部門應依據實際用水需求,并遵循《村鎮供水工程技術規范》(SL 310-2019),科學設計并施工二次供水設施,例如在蓄水池內部增設導流板或導流墻,以促進水流循環,減少靜態水域,降低水質劣化風險。水泥池壁應涂覆防腐層,防止有害物質滲透,條件允許的農村地區可采用不銹鋼水箱替換傳統混凝土水箱,提升耐久性。同時,必須強化設施管理,定期清潔蓄水池,避免污染物積聚,池口封閉防止外來污染物侵入,若水體存留時間較長,適時添加消毒劑以抑止微生物滋生。
4、精選消毒策略,降低微生物污染風險
為防止農村供水管網的二次污染,消毒劑的選取需考量其持續消毒效能與副產物的產生。長距離供水管網推薦采用氯、氯胺、二氧化氯等長效消毒劑。當原水有機物濃度高時,適宜使用氯胺和二氧化氯等低副產物消毒劑。盡管紫外線、臭氧不具備持續消毒效果,但副產物少,適用于短途農村供水,或與其它消毒手段聯用。
5、構建水質監控體系,確保供水安全
通過水質監測,可實時掌握管網內水質動態,指導農村供水工程的工藝調整與管網維護。應改革現有監測體系,縮短監測周期,增設在線監測裝備,實現水質實時監控,并融合水質模型和水力學模型,預測水質風險,提前預警潛在污染。
最終,鄉村振興戰略的深入實施,農村居民對水質的需求不再單一關注水量,而是追求更高的水質標準。有效防控農村供水管網的二次污染,是提升水質的關鍵環節,也是供水管理的難點。農村供水單位在提升水廠處理工藝與水質的同時,需深化二次污染原因分析,完善防治措施,全面升級農村供水保障體系,確保農村居民享有安全、信賴、幸福的飲用水。