翟金永

（兰州工业研究院，甘肃兰州730050）

农村水窖水质保障技术研究

翟金永

（兰州工业研究院，甘肃兰州730050）

甘肃省农村地区干旱少雨，水资源及其匮乏，水窖饮用水是农村地区的重要水资源。但水窖蓄集雨水水质总体较差，引发的各类疾病持续上升，制约了新农村建设的进程。目前，水质已取代水量成为水窖饮用水亟待解决的问题。生态过滤技术是雨水径流污染控制的有效技术，可实现雨水径流的直接处理与回用，且具有成本低、效果好等优点。生态过滤系统通常由植被系统和过滤系统组成，过滤系统有过滤层和滤后收集系统构成，植被系统种植于过滤介质之上。雨水生态过滤系统是雨水径流污染生态处理的重要技术，由于其适用性强，污染控制效果好，现在国外已得到迅速发展。

干旱；水窖；雨水径流；生态过滤

新农村建设是国家实施惠民工程的重要举措，甘肃省为贯彻中央新农村建设的相关精神，进一步加强新形势下的群众工作，加快农村脱贫致富步伐，全面推进新农村建设，开展了“联村联户、为民富民”的行动，取得了丰硕的成果。

新农村建设及“联村联户、为民富民”行动不仅要提高农村的收入水平，而且要提高农村人民群众的生活水平。其中，让农村人民群众喝上符合卫生标准的安全饮用水是重要的基础保障措施，是新农村建设及“联村联户、为民富民”行动的重要内容。

1　水窖饮用水存在的问题

甘肃省农村地区干旱少雨，水资源及其匮乏，水窖饮用水是农村地区的重要水资源。甘肃省自实施“121”雨水集流工程以来，建成集雨水窖近80万眼，饮用水人口达220万人。但水窖蓄集雨水水质总体较差，由此引发的各类疾病持续上升，制约了新农村建设的进程。目前，水质已取代水量成为水窖饮用水亟待解决的问题。

因此，对水窖饮用水水质安全进行研究，提出适用于甘肃省农村水窖水质安全保障的关键技术，解决水窖水质低下的现状，为新农村建设及“联村联户、为民富民”行动提供技术保障，具有重要的现实意义。

2　雨水生态过滤系统

雨水是半干旱缺水地区的重要水资源来源，是维持当地人民群众正常生活与经济发展的重要基础资源。降雨降落到地面以后，地表储存污染物进入雨水径流中，导致雨水径流污染加重。地域、环境等自然条件对雨水径流污染负荷产生直接影响，随着降雨间隔、空气污染负荷的加大，径流水质下降，对水窖水质将产生严重影响。

已有研究对雨水径流污染物的形成过程进行了基础性研究，基本掌握了雨水径流污染形成机制。同时对水窖雨水水质特征进行了研究，掌握了水窖雨水水质特征及变化规律，但对兰州地区黄土疏松土质建立雨水生态过滤系统等内容缺乏相应的研究。

对兰州市雨水水窖利用集中区域进行调研，掌握雨水径流污染负荷特征与典型水窖水质的周期性变化特征，建立水窖水质与径流污染负荷的偶联机制。遴选一处进行现场实验，建立中试实验装置，对径流雨水及实验水窖雨水进行监测，建立雨水生态过滤系统动态模型，基于生态过滤系统滤层截留的径流污染物去除机制，通过优化生态过滤系统多层滤料的设置和生态过滤系统与水窖的水力组合技术，提高水窖内水质。通过水窖内投加消毒片等手段控制水窖内细菌繁殖，尝试开发集混凝沉淀、过滤、消毒为一体的分散式小型水处理装置，实现水窖污染风险终端控制。

2.1实验地点遴选

在掌握兰州市雨水水窖分布的基础上，结合现有条件，选择合理的实验地点。实验地需具备水窖利用典型性、管理运行方便性的特点，初步地点选择为兰州市榆中县地区。

2.2实验地点地理特征调研

对实验现场地面参照透水地面与非透水地面进行初划分，在此基础上按照积累污染物量进行划分。调研各分类的坡面类型、汇流面积、坡面坡度、污染物积累程度。

2.3雨水径流水质监测

监测不同区域面（主要屋顶、家畜养殖区、院落植被区、一般区域）的径流水质状况，通过数学模拟，计算不同汇流区域的污染物积累量及污染物贡献率，为汇流面优化提供基础。同时，通过监测汇流面水质状况和流量情况，掌握水窖收集雨水的主要水质特征。

2.4实验水窖的建设

根据现场实验条件，建设容积为2.0～3.0 m3的蓄水水窖一座，水窖蓄水桶为PE桶（成品），并埋于地下。顶端进行改造，实现以生态过滤为核心的径流污染物控制措施。建议顶端采用砖混加水泥砂浆结构。

2.5水窖饮用水水质保障

对实验水窖与对比水窖进行水质监测，对比其水质稳定性。研究实验用水窖细菌繁殖增长曲线，必要的情况下采用投加固体消毒剂的方案控制窖内细菌繁殖。研究开发集混凝沉淀、过滤、消毒为一体的农用小型多功能水质净化器，对水窖可能产生的生物污染、化学污染及感官性指标恶化实现全方位控制，提高农村饮用水水质。

2.6监测指标

主要监测指标pH、浊度、色度、嗅和味、CODMn、NH3-N、硝氮、TN、TP、细菌总数、大肠杆菌群；辅助监测指标：阴离子合成洗涤剂、农药残留（根据当地农药使用情况，从六六六、乐果、敌敌畏、灭草松、毒死蜱、六氯苯等选择其一）。

3　结果分析

3.1农村院落雨水径流水质特征不明确

现有研究对雨水径流的雨水水质特征进行了调查，但是对雨水径流污染输送过程不明确，因此不能根据污染形成及输送过程提出有效的径流污染削减措施。3.2水窖雨水水质保障技术不成熟

农村水窖雨水水质特征及污染特性进行了大量的研究，并提出了相应的污染控制措施，但是控制措施仅基于通用技术手段，未能根据水窖特征提出可靠的水质保障措施。

3.3农村水窖雨水水质安全的相关研究较少

现有研究集中于城市雨水径流污染控制及农村水窖的水质特征，不能根据甘肃省新农村建设过程中的实际情况，提出适用于甘肃省农村的水窖雨水水质安全保障措，因此对农村水窖饮用水水质安全的技术支持能力较弱。

4　雨水生态过滤系统工作原理

径流污染形成可分为两个连续过程，旱期积累与雨期冲刷。随着不降雨时间的延长，污染物积累量逐渐增加，通常情况下积累开始时速率较快，而后逐渐变慢，最终达到一个平衡状态。根据污染物类型的差异，污染物冲刷可分为两个典型过程—水力携带和溶解。我国西北半干旱地区自然环境脆弱，大气降尘对积累污染物的贡献率明显增加，加之降雨间隔期长，雨期径流污染负荷加重。

雨水径流污染的携带作用，导致水窖雨水水质的下降。有相关学者对甘肃定西地区雨水集流进行三年调查的基础上，并进行了较全面的水质分析，发现了55种有机污染物可被广泛检测出。陇东南地区窖储水通过检测，化学指标部分合格，细菌学指标不合格，pH值、Cu、Zn、Pb、Fe、COD含量基本符合饮用水指标，但总硬度、溶解性总固体超标，大肠杆菌严重超标，水窖雨水存在安全隐患，不可直接饮用。对甘肃省定西县112眼家庭自用水窖进行调查发现，色度、嗅和味合格率较高,浑浊度合格率较低，仅为39.3%；化学指标基本合格,但氮氨、亚硝酸盐氮合格率很低，仅为28.6%和9.8%；细菌学指标合格率低，大肠杆菌合格率仅为18.8%。

生态过滤技术是雨水径流污染控制的有效技术，可实现雨水径流的直接处理与回用，且具有成本低、效果好等优点。生态过滤系统通常由植被系统和过滤系统组成，过滤系统有过滤层和滤后收集系统构成，植被系统种植于过滤介质之上。植被系统与过滤系统的联合作用实现了对雨水径流污染物截留与去除，因此经雨水生态过滤系统处理后，水窖雨水水质可以得到有效的提高。

当雨水径流通过过滤系统时，不同类型的污染物去除机理具有显著差异。颗粒物质主要通过物理过滤截留从径流中分离，从而由雨水径流转移至生态过滤系统中；溶解性有机物的去除机理比较复杂，研究结果表明溶解性有机物的去除为过滤介质吸附、植物吸收和微生物分解等多重机制协同作用下的结果。

5　结束语

雨水生态过滤系统是雨水径流污染生态处理的重要技术，由于其适用性强，污染控制效果好，现在国外已得到迅速发展。将雨水生态过滤技术应用于甘肃省农村窖水水质保障，将窖水污染物控制于窖水之外，可有效实现水窖雨水水质的提高。

［1］甘肃省深入开展联村联户为民富民行动专网［EB/OL］.［2013-02-23］．http://qun.gscn.com.cn/lclh/.

［2］伏苓.干旱半干旱地区农村饮用水安全保障体系与工程措施研究［D］.西安：长安大学，2012.

［3］Egodawatta P,Thmos E,Goonetilleke A.Understanding the physical processes of pollutant build-up and wash-off on roof surfaces［J］.Science of the Total Environment,2009,407(6): 1834-1841.

［4］李硕，王艳琴，武福平.西北村镇集雨窖水水质特性的研究［A］.2011全国给水排水技术信息网年会暨技术交流会论文集［C］.2011，内蒙古.

［5］Egodawatta P K.Translation of small-plot scale pollutant build-up and wash-off measurements to urban catchment scale［D］.Queensland University of Technology，Brisbane. PhD Thesis，2007.

［6］Deketic A，David W.Pollution buildup on road surfaces［J］. Journal of Environmental Engineering，2005，131(1):49-59.

［7］Hairsine P B，Rose C W.Rainfall detachment and deposition: sediment transport in the absence of flow-driven processes［J］. Soil Science Society of America Journal，1991，55:320-324.

［8］Pariente S.Soluble salts dynamics in the soil under different climatic conditions［J］.Catena，2001，43:307-321.

［9］卢晓岩，朱琨，梁莹，等.西北黄土高原地区雨水集流的水质特点［J］.兰州交通大学学报，2004，23（6）：15-18.

［10］刘新文，吕琳琳，朱祥生.陇东南地区窖水的水质分析及安全性调查［J］.天水师范学院学报，2008，28（5）：57-59.

［11］马永林，崔继元，韩伟.甘肃省定西县农村窖水水质的卫生学调查［J］.广西预防医学，2000，6（1）：23-24.

S277.7

A

DOI10.3969/j.issn.1672-6375.2016.11.002

2016-9-2

翟金永（1971-），男，汉族，甘肃武威人，大学本科，工程师，主要研究方向：科研管理。