向华理论
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一、             水源类型

饮用水水源可分为地下水源和地表水源两大类。地表水源可再分为江河水源和湖库水源;地下水也可细分为浅层地下水和深层地下水,潜水和承压水,松散层空隙水、基岩裂隙水和岩溶水。不同的水源可以相互转化,在转化时水质将会发生变化。我国幅原辽阔,各地地理条件差别很大,不同地区采用不同的水源,城市与农村水源也不相同。一般来讲,南方和东部地区降雨较多,地表水资源相对丰富,城市供水水源多数以地表水为主;北方地区,特别是西北干旱地区降雨较少,河流多数为季节性河流,地表水资源贫乏,多数城市供水水源以地下水为主。地表水需要经过复杂的工艺过程净化后才可以饮用,工程投资和运行费用都很高,所以在广大农村,无论南方或北方,多以地下水为水源;在干旱的西北黄土高原,地下水埋藏很深,凿井费用高,取水困难,很多农村采用水窖收集、储存雨水作为饮用水水源。此外,个别缺水的矿区也用矿井水作为饮用水水源。
1、地表水
地表水是指存在于地球表面的水,如江水、河水、湖泊水、水库水。江水、河水属于流动水体,湖泊、水库属于封闭水体。海水也是地表水,但因含盐量高,不适宜用作饮用水源。我国2002年4月发布的《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)规定了适用于全国江河、湖泊、运河、渠道、水库等具有使用功能的地表水水域的水质标准。该标准依据地表水水域环境功能和保护目标,按功能高低将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类。其中:
Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区;
Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等;
Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水预案地二级保护区、鱼虾类越冬场、泅游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区;
Ⅳ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区;
Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
如果水质达不到Ⅴ类的标准,称之为劣Ⅴ类水体,基本上失去了使用功能。
1)江河水
江河水由降水形成的地表径流汇集而成,流动是其基本特征,其水质特点一是泥砂含量高,浑浊。例如流经黄土高原的黄河是世界上含泥砂量最大的河流,每立方米水含泥砂量最高可达600kg。由于上游植被的破坏,长江水的含砂量也在逐年上升,许多人十分担心长江可能变成第二条黄河。江河水的第二特点是含盐量少,硬度较低。由于江河水流速快,溶入的盐类物质较少,所以含盐量少,硬度低。一般江河水的硬度不超过200mg/L,含盐量不超过300mg/L。江河水的第三个特点是循环周期段,自净能力强。例如,2005年黄河水在内蒙古乌海段为重度污染(劣Ⅴ类水),但到晋陕大峡谷,水质恢复为轻度污染(Ⅳ类水)。
同一条河流的不同河段水质也差别很大。源头段一般位于山区,植被较好,污染少,水质清澈,甘甜可口,适于作用饮用水水源;到了中游和下游,水量充沛,但泥砂增多,污染加强,水质净化工艺复杂,成本增高。
2)湖库水
湖泊是河流经过的天然洼地,水库是人工在河道上建造的蓄水设施。湖泊或水库由河流补给,其水质与河流水质密切相关。但湖泊和水库的水力条件不同于河流,流速慢,扩散能力低,循环周期长是其水力特征,因此也带来一些水质的变化。流速慢,携带泥砂能力大大降低,河流所携带的泥砂进入湖库后大部分沉淀,所以水质较清;扩散能力低,使较深的湖库发生分层,上、下层水温、水质差别较大,春秋两季出现翻库现象,导致湖库水质发生季节性恶化;扩散能力低, 周期长使湖库自净能力较差,一旦污染,很难恢复;流速慢,扩散能力低,使湖库适于藻类生长,所以湖库对营养物质(氮、磷等)十分敏感。藻类会使水带有腥臭味,藻毒素可严重危害人类及动物健康。湖泊、水库水面达,蒸发量也大,所以一般湖泊水含盐量高于江河水,所以湖泊有咸水湖和淡水湖之分(含盐度小于0.1%为淡水湖,在0.1%~2.47%之间为微咸水湖,大于2.47%为咸水湖。含盐度在2.47%时水的结冰温度与最大密度时的温度相等)。干旱地区的某些没有出流的内陆湖,由于长期蒸发,盐分累积,成为盐湖。
2、地下水
地下水是存在于地表以下土壤、岩石之中的水,不包括以化合物形式存在于各种矿物中,化合水。地下水主要由降水直接入渗补给,如果地下水位低于地表水水位,地表水也可以入渗转化为地下水。地下水在入渗和流动过程中,经过地层的过滤,水中泥砂、胶体、细菌等造成浑浊的因素被吸附截留,所以地下水的浑浊度一般为零,清澈透明是地下水的基本特征之一。通常地下水无需净化处理,可以直接饮用,如果作为集中式水源,只需消毒即可。地下水在被地层过滤的同时,地层中的各种盐类也逐渐溶入水中,与江河水 ,硬度高,含盐量高是地下水的又一基本特征。由于长期不与空气接触,所以地下水中溶解氧为零,形成还原性化学环境,如果地层中的铁、锰较多,铁、锰等矿物质可以被还原为二价离子而溶入水中,我国的东北地区地下水中二价铁、锰较高就是这个原因。除了地层因素外,径流情况也影响地下水水质,径流快则水质较好,径流慢则水质差。某些地区地下水的蒸发排泄所占比重较高,地下水因含盐量高成为苦咸水,不宜饮用。
存在于土壤之中的地下水称为松散层孔隙水。一般而言,松散层孔隙水补给距离近,循环周期短,所以硬度、含盐量等指标较低。但是松散层空隙水埋藏浅,易受污染,在城市中的空隙水这个缺点优为突出。
存在于花岗岩、砂岩、页岩等不溶性岩石裂隙中的地下水叫做基岩裂隙水,存在于白云岩、石灰岩等可溶性岩石溶洞中的地下水叫做岩溶水。由于接触的岩石不溶于水,所以基岩裂隙水含盐量低,硬度低,水质较好,但是受地质构造限制,基岩裂隙水分布面积小而变化大,一般可取水量不大,只能作为小型水源地。白云岩、石灰岩主要成分是碳酸钙,是微溶盐类,所以岩溶水硬度较高。正是由于碳酸钙的微溶特性,白云岩、石灰岩中的溶洞相互贯通,练成一片,所以岩溶水分布面积广,补给来源大,水量丰富且稳定,可以作为大型水源地。例如,山西省太原市的兰村水源地,水位高,水质优良,20世纪50年代可开采水量达30万m3/d,这在全国也是不多见的。
我国于1993年颁布过《地下水水质标准》(GB/T14848—93)。该标准将我国的地下水水质也分为5类。其中:
Ⅰ类主要反映地下水化学组分的天然低背景含量,适用于各种用途;
Ⅱ类主要反映地下水化学组分的天然背景含量,适用于各种用途
Ⅲ类以人体健康基准值为依据,主要适用于集中式生活饮用水水源及工、农业用水;
Ⅳ类以农业和工业用水要求为依据,除适用于农业和部分工业用水外,适当处理后可作生活饮用水;
Ⅴ类不宜饮用,其他用水可根据使用目的选用。
3、泉水
泉水是地下水在地表的自然出露,因此泉水也同时具有地下水与地表水的特征。一方面,硬度高,含盐量高;另一方面,出露地表后受到各种污染,细菌、含砂量、浑浊度增高。如果露天取用泉水,其水质受气候影响,不降雨时水质清澈,降雨时水质浑浊。泉水作为饮用水水源,一般需要设置净化处理设施,但工艺可以比江河水简化。
4、矿井水
矿井水是采矿时渗出的地下水,受到采矿作业的污染,含有一定的悬浮物和有机物,一般含盐量较高。在缺水地区,如果能够将矿井水经过一定处理作为生活饮用水水源,既可以减少污染,又可以节约宝贵的水资源,一举多得。在山西省煤矿开采区,水资源十分贫乏,企业及村庄生活用水十分困难,许多煤矿运用膜分离技术将矿井水处理后作为生活饮用水,在消除污染的同时,解决了用水困难,取得了明显的社会效益和环境效益。
5、窖藏水
窖藏水是将地表降水收集存入特制的水窖作为用水水源,是一种雨水的利用方式。在我国干旱少雨的晋西北、陕北、甘肃等地,广大山区农民就采用这种方法解决用水问题。由于储存时间较长,加之密封不好,窖藏水水质较差,水中孳生微生物,饮用时需要进行过滤、消毒等处理。
二、             水源选择
饮用水水源的选择除了与水源水质、可供水量、供水距离、水源高程等因素有关外,还与用水量大小,用水人口多少,供水成本高低有关。
地下水循环是大自然水循环的一个分支,补给、径流、排泄处于动态平衡之中。只要人工取水量不超过限度,不会破坏地下水资源。地下水的水量稳定、取用方便的特点使取用地下水投资省,无需净化,供水成本低廉。如果地下水水质较好,水量充足,一般应优先选用地下水。在广大农村,人口规模小,用水量少,更适用于选用地下水源。我国许过城市,特别是华北、西北的城市,大多以地下水为主要供水水源。但是近年来许多地区由于大量开采地下水,形成开采量大于补给量的超采局面,导致地下水位持续下降,从而导致地下水枯竭、地面下沉等严重问题的发生,不得不改用地表水源。在沿海地区,地下水的超采还会导致海水入浸,使水质含盐量增加而不能饮用。
位于水量丰富、水质较好的江河傍的城市,可以选用江河水作为水源。取用江河水需要建设一套净化水质的工程设施。由于净水工艺复杂,投资多,制水成本高,一般适用于用水量较大的城镇或工矿区。
在华北、西北地区,降雨少而集中,河道水量、水质在不同季节变化很大。所以这些地区的城市如果选用地表水,水源往往是湖泊或水库。湖泊或水库均衡了水源水量,满足了用水需要,但是水质特征也带来了水净化工艺复杂的问题。
此外,江河水或湖库水分布范围广。水源保护困难,容易发生水污染突发事件,因此存在一定的风险,以地表水为水源的城市需要制定应急方案,用于排除险情。
三、             水源保护
水源保护是饮用水水质保障中最重要、最有效、最根本的措施,也是目前最困难、最薄弱的环节。水源保护需要注重以下几个方面。
1、加强污废水治理力度
人类活动是造成目前水源污染的根本原因,未经处理达标直接排放的各类污废水是威胁水源的最大污染源,因此加强污废水治理是保护水源不受污染的基本措施。针对不同的污染物,可以采取不同的治理技术。
各类污废水中都含有大量有机或无机的悬浮物,去除这些悬浮物是消除污染的第一步。去除悬浮物可采用沉淀、过滤等手段,在污废水中投加絮凝剂可以提高沉淀、过滤的效率。
对于以低浓度可降解有机物污染为主的生活污水,可采用好氧生物二级处理工艺,其工艺可分为活性污泥法、生物膜法两大类。好氧二级生物处理工艺可以将污水中的有机物(COD)从300~400mg/L降到100mg/L以下,并使出水清澈,无异味。
1)活性污泥法
活性污泥法是利用在水中悬浮的微生物吸附、氧化、分解有机物,从而达到消除污染的目的。活性污泥法需要有曝气池,并向曝气池内鼓入空气,微生物在有氧条件下完成吸附、氧化、分解有机物的过程;此外还需要有沉淀池,用于将微生物(即活性污泥)与水分离,使水变清。
2)生活膜法
生物膜法是利用生长在填料表面的微生物(生物膜)来氧化、分解有机物,因此需要有接触池,池内充满长有生物膜的填料,也需要向池中鼓入空气,污水在有氧条件下与生物膜接触并得到净化。在氧化、分解有机物的过程中老化的生物膜不断从填料表面脱落,并不断长出新的生物膜,所以一般需要设置沉淀池,以分离随出水流出的老化生物膜。曝气生物滤池是一种特殊的生物膜法工艺,它的填料如同滤料,在氧化分解有机物的同时,还具有过滤吸附的能力,可以将老化的生物膜截留在填料中,所以不需要设置沉淀池。
3)厌氧法
工业生产过程中产生的高浓度有机废水,大分子有机物较多,生活降解难度较大。对此,可采用厌氧生物处理工艺。一方面可以利用厌氧微生物费解有机物,另一方面厌氧微生物可将大分子有机物分解为小分子有机物,使之容易被生物降解。厌氧生物法不需要向水中鼓风供氧,所耗氧的电力较低,但出水有机物往往达不到国家规定的排放标准,所以一般可作为好氧生物处理的预处理。
4)化学沉淀法
大多数的重金属离子在碱性条件(pH值在8~10之间)下都会生成溶解度极低的金属氢氧化物。对于含有重金属的工业废水,可采用氢氧化物沉淀法以消除污染。氰化物是剧毒物质,含氰废水需要在碱性条件下(pH值大于11)用含氯氧化剂(氯气、二氧化氯等)将氰化物氧化分解为无毒的氮气和水。对于其他有毒无机物,如砷、磷等,也可以采用化学沉淀法消除污染。
2、科学设置取水设施
科学设置取水设施,避开可能的污染,这一点在我国现行的《室外给水设计规范》(GB50013—2006)中有明确规定。水源应选在水体功能区划所规定的取水地段,地下水源应选在Ⅰ~Ⅲ类水质的地区,地表水源应尽量选在Ⅰ~Ⅱ类水质的水体。
用地下水作为供水水源时,应有确切的水文地质资料,取水量必须小于允许开采量,严禁盲目开采。地下水开采后,不引起水位持续下降、水质恶化及地面沉降。地下水水源地应位于水质好、不易受污染的富水地段。管井井口应加设套管,并填入优质黏土或水泥浆等不透水材料封闭。其封闭厚度视当地水文地质条件确定,并应自地面算起向下不小于5m(当井上直接有建筑物时,应自基础底起算)。大口井的人孔应采用密封的盖板,盖板顶高出地面不得小于0.5m,井口周围应设不透水的散水坡,其宽度一般为1.5m,在渗透土壤中散水水坡下面还应填厚度不小于1.5m的黏土层,或采用其他等效的防渗措施。渗渠的地面式检查井应安装封闭式井盖,井顶应高出地面0.5m,并应有防冲设施。
地表水水源地应位于水质较好的地段,应位于城镇和工业企业上游的清洁河段。在沿海地区的内河取水,应避免咸潮的影响。位于江河上的取水构筑物底层进水孔下缘距河道底部的告诉,当为侧面进水时不小于0.5m,正面进水时不小于1m。位于湖泊和水库便的取水构筑物底层进水孔下缘距水库底部的高度不宜小于1m。
3、加强管理
划定水源保护区,制定可操作的水源保护措施并严格执行,是水源保护的重要环节。水源保护区一般划为三级,不同类型的水源其保护区划定方法也不尽相同。下面是安徽省水源保护条例的内容要点,供参考。
1)保护区范围
江河(含人工渠道)生活饮用水水源环境保护区一般划分为:一级保护区是自取水口上游500m至下游200m的水域及其两侧纵深各200m的陆域;二级保护区是自一级保护区上游边界起上溯3000m的水域及其两侧纵深各200m的陆域;准保护区是自二级保护区上游边界起上溯5000m的水域及其两侧纵深各200m的陆域。
湖泊、水库生活饮用水水源环境保护区一般划分为:一级保护区是以取水点为中心,半径500m范围内的水域、陆域;二级保护区是一级保护区以外的水域和正常蓄水线以上200m内的水域及其两侧纵深各200m内的陆域;准保护区是从二级保护区河道上界起上溯5000m的水域及其两侧纵深各200m内的陆域。
生活饮用水地下水源环境保护区一般划分为:一级保护区是以取水井为中心,半径30m范围内;二级保护区是以取水井为中心,半径30m以外有明显水位降落漏斗区60m范围内;准保护区是二级保护区外的主要补给区。
2)保护措施
在生活饮用水地表水源各级环境保护区,不得破坏水源涵养林、护岸林以及与水源保护有关的植被;不得毁林开垦或者采石、采砂、取土;不得排放、倾倒工业废渣、城市垃圾及其他废弃物;不得使用炸药、毒药捕杀水生动物;不得新建、扩建化学制纸浆、印染、染料、制革、电镀、炼油、农药、化肥和其他污染生活饮用水水源的企业;不得利用渗井、渗坑、裂隙、溶洞排放、倾倒工业废水、含病原体的污水、含放射性物质的污水以及其他废弃物;不得利用储水层空隙、裂隙、溶洞及废弃矿坑储存石油、放射性物质、有毒化学品、农药等;装载有毒有害物质的船舶和车辆通过保护区必须有防渗、防溢设施。
在生活饮用水地表水源二级环境保护区内,禁止新建、扩建向水体排放污染物的建设项目;禁止超过国家或者地方规定的污染物排放标准排放污染物;禁止设立装卸垃圾、油类及其他有毒有害物品的码头;禁止船舶排放含油污水、生活污水。
在生活饮用水地表水源一级环境保护区内,禁止向水体排放污水;禁止从事旅游、游泳、水上训练、人工养殖和其他可能污染水源的活动;禁止新建、扩建、改建与供水设施和保护水源无关的建设项目;禁止停靠机动船舶。
在生活饮用水地下水源保护区内,人工回灌补给地下水的水质,应当符合国家《地面水环境质量标准》Ⅲ类标准;农田灌溉水的水质,应当符合国家农田灌溉水质标准;科学施用农药、化肥、递减农药、化肥用量,禁止使用国家明令禁止的农药;兴建地下工程设施或者进行地下勘探、采矿等活动,应当采取防止地下水污染的措施。
在生活饮用水地下水源环境保护区内,不得利用含有毒污染物的污泥作肥料;不得设置垃圾、粪便和易溶、有毒有害废弃物集中堆放场或者转运站。

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关于本文

您正在阅读的是:饮用水水质的保障措施-保护水源
waterfaerie 发表于:2008-11-11 16:48:48
分类:向华看水基世界
关键词:饮用水水质的保障措施-保护水源  
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