第五章 东北低温地区小城镇地下水源安全饮用示范水厂建设.docx
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第五章东北低温地区小城镇地下水源安全饮用示范水厂建设
目录
第五章东北低温地区小城镇地下水源安全饮用示范水厂建设2
5.1示范水厂概况2
5.1.1示范水厂的自然环境2
5.1.2老山头乡地下水质特征3
5.1.3示范水厂供给4
5.2示范工程建设方案与示范水厂运行效果4
5.1.1示范工程建设方案4
5.1.2设计图纸5
5.1.3示范水厂运行效果5
5.3示范水厂的饮用安全保障技术集成体系5
5.3.1生物法除地下水中铁锰6
5.3.2沸石吸附法除地下水中氟7
5.3.3示范水厂技术集成8
5.4示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化指标体系8
5.4.1技术指标9
5.4.2经济指标9
5.4.3管理指标10
5.4.4安全指标10
5.5示范水厂的饮用安全保障适用技术推广、管理机制及相关配套政策推广方案11
5.5.1技术推广方案11
5.5.2管理机制方案12
5.5.3政策推广方案13
第五章东北低温地区小城镇地下水源安全饮用示范水厂建设
5.1示范水厂概况
5.1.1示范水厂的自然环境
示范水厂位于黑龙江省大庆市大同区老山头乡。
老山头乡地处大同区西南部，东是肇州县新福乡，西是太阳升镇，南是肇源县大兴乡，北是八井子乡。
位于大庆市大同区20公里处，属于黑龙江省第一积温带下限，年无霜期平均142天，年积温2850摄氏度，年平均降雨量422mm左右，春季多风少雨，十年九旱。
全乡现有6个行政村，40个自然屯。
大同区地处松嫩平原中西部，东邻安达市昌德镇，南邻肇州县乐业乡和新福乡，西与西南与杜尔伯特蒙古族自治县和肇源县大兴乡接壤，北邻红岗区。
全区总面积2412.8平方公里，占市区土地总面积的46.5%。
大同区海拔高度在135米左右，是波状起伏的冲积平原，不仅有岗、平、洼三种地形。
从总体看，西部有风积漫岗，东部为起伏不大的平地。
岗地较为普遍，但分布最多的位于大同区西南部老山头乡。
十一道黄土岗遍及全乡，其中最大的为老山头岗，长达15公里。
5.1.2老山头乡地下水质特征
大同区地处松嫩平原西部，地下水属太康水系，过去农民饮用水都是用“压管儿井”和“辘轳把”提上来的浅层地表水，大多铁锰超标，含氟率高，达不到国家农村饮用水标准。
长期饮用这样的水直接的表现是牙齿发黄，氟骨病流行，严重威胁农民的身体健康。
农村曾流传“三肇加安达，一口大黄牙”的顺口溜，就是对这一地区饮水不达标现象的真实写照。
大庆市大同区地下水水质特点为碱度高，水温低（冬季1℃，夏季10℃），其中铁、锰、氟含量超标。
地下水水质分析报告见表大同区区域部分水质指标统计表5-1。
表5-1大同区区域部分水质指标统计表（单位mg/L）
取样位置
Fe2+
Fe3+
Mn
F
NO3-
NO2-
NH4+
八井子小林场屯
1.8
0.48
0.13
0.79
2.53
0.004
0.6
林源镇常家围子
1.36
0.2
0.16
1.12
2.46
0.004
0.56
双榆树新华村
0.7
0.3
0.16
1.08
2.29
0.004
0.2
八井子正亚屯
1.72
0.32
0.08
0.83
2.53
0.004
0.44
八井子王文学屯
1.2
0.28
0.23
0.41
2.13
0.004
0.82
双榆树吕兴屯
3.44
0.56
0.19
0.27
1.78
0.76
林源西岗屯
3.24
0.72
0.23
1
1.75
0.26
大同镇民生一屯
9.08
1.24
1.2
0.71
2.66
0.84
太阳升马营子
0.68
0.16
0.74
0.48
2.35
0.02
东太平东围子
7.52
1.12
1.08
0.54
7.19
0.06
0.8
大同镇四村三屯
5.28
1.32
0.43
0.6
4.75
0.01
1.2
老山头大姜家围子
0.84
0.2
0.27
0.14
2.53
2.1
群众张百灵屯
2.6
0.68
0.5
0.33
2.26
0.8
平桥徐家屯
3.32
0.08
0.29
0.14
12.55
1.9
老山头李家屯
0.8
0.32
0.11
0.71
2.66
1.2
太阳升委什吐
1.64
0.64
0.68
0.78
4.9
0.64
双喜村富强屯
5
0.64
0.27
0.64
1.75
0.48
5.1.3示范水厂供给
示范工程水厂建设在老山头乡，供给，，和三个乡2000人以及200头牲畜用水，人均用水量为45L/d，牲畜均用水量为45L/d。
水厂每天供水量为100吨，主要去除地下水中铁、锰和氟。
三个乡均已铺设供水管网，示范水厂将处理后的水直接供给到用户家里。
5.2示范工程建设方案与示范水厂运行效果
5.2.1示范工程建设方案
示范工程水厂建设地点在老山头乡，水厂产水量为100t/d，主要去除地下水中的含量超标的铁、锰和氟，见表5-2大庆市大同区老山头地下水进出水水质指标。
根据前期实验数据并结合文献资料进行综合比较，地下水中铁锰的去除选用生物法除铁锰法，采用沸石吸附法去除地下水中的氟，工艺流程图见图5-1。
表5-2大庆市大同区老山头地下水进出水水质指标
铁mg/L
锰mg/L
氟mg/L
进水水质（实验数据）
10
1.5
1.2
生活饮用卫生标准
0.3
0.1
1
图5-1工艺流程图
示范水厂按照当地居民用水习惯，分早中晚三次供水，故需要建蓄水池。
示范水厂在我国东北地区，冬季寒冷，为不影响水厂正常运行，示范水厂需要建保暖设施，且冬季房间内温度维持在10℃以上。
以下为示范水厂需建造设施及其尺寸：
1、保暖房设计：
长10m，宽8米，高分别为4m，保暖房顶部在净水设备正上方设一承重横梁，放置手动葫芦，便于设备安放。
2、设备尺寸：
除铁锰设备尺寸长1m，宽1m，高2.26m，加上曝气管高2.42m；除氟设备尺寸长1m，宽1m，高2.26m；氯化铵和氯化铁溶液箱都是长1m，宽1m，高2m；设备总尺寸长2m，宽2m，高2.42m
3、蓄水池设计：
长6m，宽5m，高4.5m（其中入地高度为3m，地面高度1.5m），墙厚度0.3m，钢砼结构。
5.2.2设计图纸
详细内容参见附页的设计图纸。
5.2.3示范水厂运行效果
示范工程经过15天的培养和调试期，现已进入稳定期。
处理水质水量都达到了用户要求。
5.3示范水厂的饮用安全保障技术集成体系
示范水厂主要针对铁锰氟的去除进行设计，集成了生物除铁锰技术和沸石吸附除氟技术。
5.3.1生物法除地下水中铁锰
生物氧化法解决了自然氧化法、接触氧化法等常规技术中除锰难及工艺流程复杂等问题，进一步改善了除锰效果，降低工程投资及运行费用，在该领域有很好的发展前景。
生物氧化原理：
培养成熟的生物滤层内，存在着类似于污水处理当中的菌胶团的菌泥，菌泥是由滤料表面及滤料之间的缝隙存在的细菌和Fe（OH）3胶体物质形成的，它具有捕捉Fe3+的能力，具有很好的截污能力和透过性，并且结构形式较稳定。
在生物氧化除铁除锰中，铁的氧化仍主要是化学氧化作用，锰的氧化则主要是铁细菌的生物氧化作用。
生物氧化技术是以“生物固锰除锰机理”为核心的成套工程应用技术。
该技术的关键在于能否在滤层内创造出适合铁、锰氧化细菌生存、繁殖的良好微环境，进而获得铁、锰氧化细菌数量的最大限度增殖与稳定。
生物氧化法除铁除锰中地下水的pH适用范围为：
6.5~7.5，一般在地下水中采取弱曝气就能达到要求。
过度的曝气不仅造成能量浪费，还会抑制某些细菌的活性，产生负面影响，同时也会将使原水中大量的Fe2+在进入滤层前氧化成Fe3+，Fe3+絮凝体易堵塞滤层和穿透滤层，影响出水水质。
工程上常用的曝气方式为跌水曝气和管道混合器曝气。
生物滤层除了对铁锰有很好的去除外，对地下水中其它物质（如有机物、氨氮等）也有一定的去除能力，铁、锰氧化细菌是生物除铁除锰滤层内的优势菌群且其大部分属于化能自养菌，CO2是它们细胞代谢的碳源，所以单纯地依靠溶解在水中的CO2就可以保证滤层对碳的需求。
生物滤层内存在的异氧菌及兼性菌可将有机物作为能源物质并可对其吸附；存在的硝化细菌和亚硝化细菌会将氨氮转化为硝酸盐和亚硝酸盐，仅是氮的形态发生了转化，总量并没有减少。
由于除铁除锰氧化细菌在贫营养条件下就能存活，所以地下水一般都能满足其营养需求。
生物除铁除锰技术除了有处理效果好、问题少、投资省外,还有操作简单灵活、反冲洗水量少、污泥容易处理等诸多优点。
这些优点使得生物除铁锰技术尤其适用于小城镇的地下水处理。
5.3.2沸石吸附法除地下水中氟
天然沸石是一种含水的碱金属或碱土金属的铝硅酸盐矿物，具有多孔性、筛分性、离子交换性、耐酸性以及对水的吸附性能等。
它无毒无污染，廉价易得，是一种较理想的天然吸附材料。
经预处理之后，对氟离子具有高选择交换性能。
沸石交换吸附除氟过程中，同时交换吸附了部分钙、镁，从而降低了水的硬度，进一步改善了水质；且沸石的吸附性能具有越用越好的趋势，这是其它吸附剂无法比拟的。
吸氟后的沸石可用复合铝盐再生，反复使用。
天然沸石经碱液和硫酸铝钾溶液预处理后形态变为R—K·Al（OH）SO4（R表示沸石骨架）。
沸石交换的吸附反应用以下方程表示：
吸附饱和后的沸石可用硫酸铝钾溶液浸泡的方法再生，再生方程为
沸石活化后可以有效除氟，使得水中氟离子浓度降到1.0mg/L以下，且沸石有越用越好的趋势和稳定可靠的除氟性能。
天然沸石在我国储量丰富，因此用改性沸石除氟有经济实用的特点
5.3.3示范水厂技术集成
示范水厂集成地下水除铁锰技术以及沸石吸附除氟技术，为防止地下水中的铁锰离子污染沸石，故先除水中铁锰，然后再利用沸石吸附进行氟化物的去除。
将生物法去除铁锰与沸石吸附法去除氟化物串联设计，制造适用于东北农村的地下水除铁锰氟的集成设备。
实际运行效果表明，该套集成装置很好的完成了地下水中铁锰氟的去除过程。
5.4示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化指标体系
示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化指标体系主要包括技术指标，经济指标，管理指标和安全指标四个主要内容。
5.4.1技术指标
示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化技术指标主要是指经过处理后的地下水水质能否达到《GB5749生活饮用水卫生标准》，处理水量能否满足用户需求。
示范水厂经过长时间的运行以及对水质水量的检测，证明示范水厂完全达到了相应的技术指标，即每天产水100吨，经过处理后的地下水铁锰含量为痕量，氟含量为0.01mg/L，完全达到了国家《GB5749生活饮用水卫生标准》。
5.4.2经济指标
示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化经济指标主要包括建造费用，运行费用及管理费用三个部分。
建造费用包括地下水除铁锰氟集成设备制造费用，蓄水池和保暖房建造费用。
设备费用为，蓄水池和保暖房建造费用为
供计。
老山头乡用水人数为2000人，人均费用为。
该费用在村民计划支出费用内。
所以示范水厂满足建造费用指标。
运行费用主要包括电耗和药剂再生费用。
示范水厂共有耗电设备5件：
1、原水泵，功率，电流，水量；
2、反洗水泵，功率，电流，水量；
3、药剂清洗水泵，功率，电流，水量；
4、输送水泵，功率，电流，水量；
5、电灯，功率，电流；
5件耗电设备每月总耗电量为，电费为。
药剂再生费用为每月。
运行费用计算后，每月人均费用为，符合计划支出。
管理费用主要指水厂运行管理工人工资，由于本水厂由本村村长代为管理，工资为元/月，全村2000人人均支出为。
符合计划支出。
5.4.3管理指标
示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化管理指标主要包括运行操作，设备检查维修。
运行操作越简便，即越少的人越简易的运行操作最为合理。
示范水厂只需一个工人进行值班即可完成所有设备操作，且操作简单易于掌握，本示范工程配有相应操作手册，简单易懂，量化为小学文化程度的工人在一个小时之内即可完全掌握对设备的操作。
设备检查维修主要是指水厂内运行设备的检查和维修，由于示范水厂的主要长期运行设备为各个水泵，所以检查和维修只需要找当地水泵维修师傅检修即可。
5.4.4安全指标
示范水厂的饮用安全保障适用技术评估量化安全指标主要包括安全运行和保证出水水质安全。
示范水厂工人严格遵守水厂的运行制度及管理制度即可保障运行安全和出水水质安全。
5.5示范水厂的饮用安全保障适用技术推广、管理机制及相关配套政策推广方案
5.5.1技术推广方案
示范水厂的饮用安全保障适用技术推广方案包含以下内容：
1、重要性
由于我国东北地区部分县市乡的地下水中铁锰氟含量超标，甚至有些地区硝酸盐及有机物含量也超标，所以解决饮用水安全保障问题，保证居民有可以放心饮用的水源势在必行。
2、工作目标
总体目标：
对不符合饮用水卫生标准地区的地下水进行处理，使其达到饮用水卫生标准，保障居民的用水安全。
工作具体目标主要包括示范水厂建设，推广普及率和控制制水成本。
3、主要技术
地下水除铁锰技术；
地下水除氟技术；
地下水除硝酸盐技术；
地下水除有机物技术。
4、主要措施
1、加强领导。
成立技术推广小组，负责饮用水安全保障集成技术推广的组织、领导和技术培训、推广工作，确保技术推广各项工作顺利开展。
2、各村镇要从饮用水安全保障和可持续发展的战略高度，重视地下水处理技术推广工作，认真参与技术推广工作，指定专人负责推广工作，增强推广工作责任意识，做好技术培训人员组织工作。
3、建设示范水厂。
示范水厂对地下水中的铁锰氟进行处理，位于大庆市大同区老山头乡，2010年建造，处理效果全部达到目标要求以上，制水成本大大降低，在地下水处理技术推广上起示范、辐射、带动作用。
5.5.2管理机制方案
示范水厂的饮用安全保障适用管理机制包括水质普查机制、处理技术集成机制和政策资金引导机制：
1、水质普查机制。
依靠地方水质监测中心对各地区水质进行分析报告，找出地下水出水不合符饮用水卫生指标的地区进行复查，确定地区。
2、处理技术集成机制。
将各种适用于东北小城镇的水处理技术打包在一个数据库里，需要时调用出来进行集成整合，以备选用。
3、政策资金引导机制。
制定东北小城镇应用水安全保障技术发展规划，颁布相应标准；靠政府投入部分资金支持东北小城镇饮用水安全保障工程的实施。
5.5.3政策推广方案
示范水厂的饮用安全保障适用的政策推广方案包括以下内容：
1、普及饮用水安全卫生知识；
2、政府积极出台对东北小城镇饮用水安全保障的法律、法规；
3、对处理效果好的示范水厂进行宣传；
4、对地下水恶劣地区进行严重扶持和帮助。
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