张文萍，李桂元，刘思妍

（1. 湖南农业大学工学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南省水利水电科学研究所，湖南 长沙 410007）

湖南岩溶地区农村饮用水水质处理技术研究
——以娄底市新化县南塘村为例

张文萍1，李桂元2，刘思妍2

（1. 湖南农业大学工学院，湖南 长沙 410128；2. 湖南省水利水电科学研究所，湖南 长沙 410007）

为了解湖南省岩溶地区村民饮用水水质情况，解决湘西北、湘东南山丘区居民饮用水安全问题，对新化县白溪镇南塘村进行相关调研，并对当地山泉水、自来水水质进行检测。结果表明，南塘村水质总硬度偏高，90%以上村民有结石病，饮水不安全问题严重危害了居民的身体健康，制约了当地经济的发展。针对实际情况，以该村为集中供水试点，提出一种适用于山丘地区自然村庄的小型集中供水水质处理技术。

水质处理；总硬度；集中供水；岩溶地区；山丘区；湖南

地下水作为良好的淡水资源，主要来源于大气降水及其下渗补给。我国约有1/4地下水分布在岩溶地区。因此，岩溶水在岩溶地区城市与农村的供水系统中占有重要地位。而碳酸钙含量高导致的硬度超标对水质影响最大。长期饮用高硬度的水容易造成身体中钙镁过量。有研究表明，肠道钙过量会引起缺铁和缺锌、高钙尿症，这易引发泌尿系统结石病；骨骼过早钙化会限制宝宝长骨发育，影响身高和智力，骨质变脆易引起骨折。过量镁在人体中积累，有可能引起高镁血症，还可导致中枢抑制、心脏传导紊乱和心律失常等[1-5]。

地下水是湖南省重要的饮用水源，让群众喝上“放心水”，是农村经济、经济发展的必要要求，是全面建设小康社会的重大举措。近年来，地下水质改良被省委、省政府列为每年必办的八件实事之一。湖南省岩溶地区地域分布广，其中湘西北、湘东南山丘区有大量岩溶地区，该地区村民长期受饮用水水质硬度超标的危害。为有效解决这一问题，开展岩溶地区农村饮用水处理技术研究与应用，引入水处理新的技术方法，使其达到饮用水水质标准要求，保障居民饮水安全非常必要。

1 南塘村饮用水现状

白溪镇南塘村位于湖南省娄底市新化县城北部15 km处，资江水穿境而过。土地面积8 hm2以上，人口500～700人，农民长年外出打工，常住人口仅有60余人，人均纯收入不明。南塘村主要地表水资源为资江水，另有山塘、河坝若干，地表水资源较丰富。自柘溪水库修建后，水质变差，水体污染越来越严重，造成水质性缺水。调查表明，1996年前以资江水为饮用水源，水源未经净化处理饮用不卫生，1996年一次洪水，当地村民发现一处山泉水点，在未做水质采样化验报告、勘测资料前提下，居民集资修建小型集中供水工程，此后以发现山泉水为水源，储水池水未经消毒、过滤，直接供水以满足全村用水需求，饮水不安全人数500～700人，有群众反映水烧开后产生白色漂浮物。长期饮用不达标水，健康受影响人数逐年增加，结石病高发，全村90%以上村民有结石病（肾结石、尿结石、胆结石等），有80%以上村民因结石病住过医院，甚至有因长期喝生水，30多岁的村民由尿结石转化为尿毒症去世，饮水不安全问题严重危害了居民的身体健康，制约了当地经济的发展。随着社会主义新农村建设的深入，水资源供需矛盾将更加突出，目前的取水方式和水质，远远不能满足人们的生产、生活需求。因此，提出适用于山丘区自然村庄的小型集中供水水质处理技术，解决该村饮用水不安全问题，是当地干部、群众盼望已久的惠民工程，也是政府部门迫在眉睫需要解决的民生问题。

2 南塘村饮用水水质分析

选择指标是进行水质测量分析的前提，试验于2015年5月5日对娄底市新化县南塘村山泉水、自来水水质分别进行指标检测，其结果为山泉水和自来水其他指标低于《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）指标限值，而总硬度（以CaCO3计）220 mg/L，低于指标限值450 mg/L，但高于150 mg/L，为Ⅱ地下水优质水，属于中硬水（见表1）。

表1 南塘村山泉水、自来水水质检测结果（mg/ L）

随着南塘村经济的迅速发展，特别是全面建设小康社会的推进及社会主义新农村的建设，镇域经济快速增长，经济结构进一步改善，综合实力进一步增强，但目前南塘村居民饮水水质和取水方式，与日益增长的物质文明不相适应。解决农村饮用水安全问题得到各部门的支持和群众的拥护。

3 小型集中供水水质处理技术研究

3.1 水源选择

根据当地下水、地表水均可满足要求时，宜优先采用地下水和泉水水源原则，该小型集中供水工程水源为山泉水。

3.2 集中供水工程规模

该工程是解决生活饮水问题，故工程按设计人口的生活饮用水量、水厂自用水量、管网漏失水量和未预见用水量进行需水量计算。该供水范围内有饮水不安全人口700人，工程设计年限为15 a，设计水平年为2015年，人口增长率取白溪镇总体规划中远期人口综合增长率6.92‰，根据《村镇供水工程技术规范》，本工程供水规模W＜200，属于V区，Kh=2.3～3.0，设计取2.3，日变化系数，工程采用全日制供水，每日供水时间为24 h，日变化系数Kd=1.5，村民长期外出打工，村镇企业和专业户饲养畜禽用水为0。

经计算，供水设计人口为846人（见表2），供水规模为78.82 m3/d.（见表3）。

表2 白溪镇南塘村居民设计人口及生活用水量计算

表3 白溪镇南塘村供水规模计算

3.3 水质处理技术方案比较

目前去除水中硬度可以通过煮沸法、化学法、离子交换法、膜法等方法[6-8]。各种软化处理方法各有特点，实际应用中需要经验与实践相结合，根据不同要求选用不同的软化工艺。而乡镇水厂考虑经济、技术要求，多釆用药剂软化和离子交换法，离子交换法造价高、运行费用高和操作繁琐，而药剂软化法石灰乳价格低廉、来源广泛，运行成本低，如与絮凝过程同时进行，既可降低水的硬度、总硬度和溶解性总固体含量，也可以去除水中的铁，使水质达到生活饮用水标准。陈涛[4]对两种工艺进行了进行经济技术分析，结果表明，石灰软化工艺基建与设备投资高于离子软化工艺，而运行成本低于离子软化工艺；离子交换工艺虽具有较高的硬度去除率，但是不能去除水中的暂时硬度，而石灰软化法则能够去除水中的HCO3-离子，从本质上解决了水烧开后产生漂浮物的问题。铁中用[3]分别釆用3种絮凝剂进行水质硬度去除率试验，结果表明出水硬度不能满足饮用水标准要求，而采用石灰乳软化试验，石灰乳最佳投加量为140 mg/L时，出水总硬度402 mg/L，满足滤池进水要求，如另行投加纯碱量>40 mg/L，总硬度去除率逐渐增大，因此通常对高硬度水釆用石灰乳药剂软化法[9-10]。

鉴于以上分析研究，该集中供水工程以山泉水做水源，水源清澈、透明、无污染源，水质检测结果只有总硬度偏高（220 mg/L），其他指标均达到居民饮用水水质标准。考虑到后期运行成本，管理方便、经济技术等问题，釆用石灰软化絮凝法，净水工程主要由混合反应池，沉淀池、滤柱、净化设备和清水池组成。其工艺流程见图1。

图1 集中供水工程工艺流程

经分析研究，石灰软化絮凝法Ca（OH）2和PAC投入量分别以290～360 mg/L和44～49 mg/L最佳，处理后总硬度可降到110 mg/L，符合生活饮用水卫生标准要求，石灰软化工艺比离子交换工艺成本减少0.5元/t。日处理规模78.82 m3，出水可达到《生活饮用水水质卫生标准》(GB5749-2006)标准要求。

由于农民人均可支配收入逐年增加，农民对未来水价的承受能力将逐年增大。按目前城市供水水价、每户年用水量为150 t计算，总价仅450元，农民应能承受目前水价，对未来水价的也具有承受能力。

4 结 语

项目主要针对岩溶地区内饮用水水质硬度过高问题开展山丘区自然村庄小型集中供水水质处理技术的研究，突出针对性和社会公益性，集中供水工程的修建可改善水环境，避免农户无序开发地下水，能提供稳定、清洁地下水源，解决当地日益激化的水资源缺乏矛盾，亦可降低结石病的复发，直接取得显著的环保效益和社会效益，为农村饮用水安全工程的实施提供现实指导意义。

[1] 张 华. 国内外除硬技术现状研究[J]. 工业水处理，2011，（12）：5-8

[2] 李红艳，李亚新，李尚明. 水的硬度对氢离子交换树脂软化处理水的影响[J]. 太原理工大学学报，2010，（1）：56.

[3] 铁中用. 地下水硬度去除技术研究[D]. 济南：山东建筑大学，2013.

[4] 陈 涛. 用石灰软化—絮凝法处理地下水水源硬度试验研究[D].武汉：华中科技大学，2012.

[5] 李向东，陈 烨 ，喀斯特地区高硬度水质和重金属污染对人体健康的影响[J]. 水利水电技术，2014，（1）：71-73.

[6] 孟惠平，李冬莉，杨延哲.钙与人体健康[J]. 微量元素与健康研究 ，2010，（5）：39-42.

[7] Song Y F，Xu J. Performance of UF-Nf integrated membrane process for seawater softening[J]. Desalination，2011，（276）：109-116.

[8] 石 玉. 浓水中总硬度及钙镁离子的去除实验研究[D]. 太原：太原理工大学，2010. 7.

[9] 汪 聪. 小型水厂净水工艺技术改造论证[J]. 建筑规划与设计，2013（1）：150-151.

[10] 董丽华，宋广波. 钠离子交换法在平阴县自来水生产中的应用[J].农村水利，2001，（4）：38-39.

（责任编辑：高国赋）

Rural Drinking Water Treatment Technology in Hunan’s Karst Region with Nantang Village as a Case

ZHANG Wen-ping1，LI Gui-yuan2，LIU Si-yan2
（1. College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Hunan Water Resources and Hydropower Research Institute, Changsha 410007, PRC）

In order to investigate the villagers’ drinking water quality condition in karst regions of Hunan Province and to solve the residents’ drinking water safety problems in mountain areas of northwest and southeast Hunan, this study was conducted on related conditions to test the quality of local mountain spring and water supply at Nantang Village, Baixi Town, Xinhua County. The results show that the total hardness of the ground water quality has been relatively high at the village where more than 90% of the villagers have suffered from lithiasis, and the drinking water unsafety has seriously jeopardized the health of the residents and restricted the development of local economy there. And the centralized water supply has been put into experiment at the village against the above related actual situation with the water treatment technology of small centralized water supply project suitable for natural villages in hill areas.

water treatment; total hardness; centralized water supply; karst region; mountain area; Hunan

TU991.2

A

1006-060X（2015）11-0086-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.026

2015-9-30

湖南省水利厅项目

张文萍（1977-），女，山西文水县人，副教授，主要从事水利水资源研究。