直接利用雨水资源作为岛礁饮用水水源的技术可行性.pdf

净水技术 2 0 1 2，3 1(5)：3 3 3 6 Wa t e r P u r i fi c a t i o n T e c h n o l o g y 直接利用雨水资源作为岛礁饮用水水源的技术可行性 邹士洋，田 力，张建平，张继志，伍俊荣-，丁冰泉，黄富民(1海军医学研究所，上海2 0 0 4 3 3；2海后军港机场营房部，北京1 0 0 8 4 1)摘要分析岛礁典型雨水处理系统的雨水水质特点，从卫生学角度探讨雨水直接用于岛礁饮用水保障的可行性。采用 生 活饮用水标准检验方法(G B T 5 7 5 0-2 0 0 6)检测水质，并比较岛礁雨水水质与 生活饮用水卫生标准(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)、低矿化度饮用水矿化卫生标准(G J B 1 3 3 5 9 2)的差异。结果表明，岛礁雨水 1 5项水质指标均符合 G B 5 7 4 9-2 0 0 6；其中镁 1 4 0 mg L、钙 5 1 8 mg L、硫酸盐 3 1 4 mg L、重碳酸盐 3 3 7 mg L，低于 G J B 1 3 3 5 9 2的适宜浓度范围，属于典型的软水。雨水 直接用于岛礁饮用水保障是可行的，但长期饮用雨水对人们健康可能会有影响，建议调整岛礁雨水水质，使其符合 G B 5 7 4 9 2 0 0 6、G J B 1 3 3 5 9 2，从而更好地保护人们的身心健康。关键字 岛礁 雨水 水质 镁 钙 重碳酸盐 中图分类 号：T U 9 9 1 5 文献标识码：A 文章编号：1 0 0 9 0 1 7 7(2 0 1 2)0 5 0 0 3 3 0 4 Te c hn i c a l Fe as i bi l i t y o f Di r e c t App l i c a t i o n o f Ra i nwa t e r a s Dr i nk i ng W a t e r So ur c e i n I s l e t s Zo u S h i y a n g ，Ti a n Li ，Zh a n g J i a n p i n g ，Zh a n g J i z h i ，W u J u n r o n g ，Di n g Bi n g q u a n ，Hu a n g Fu mi n (1-N avalMe d w al R e s e a r c hI n s t i t u t e，S h a n g h a i 2 0 0 4 3 3，C h i n o；2 Na v a l L o g i s t i c s D e p a r t m e n t o fP 0 a n d A e r o d r o m e and B a r r a c k s B e ij i n g 1 0 0 8 4 1 C h i n a)Abs t r a c t W a t e r qu a l i t y o f t y pi c a l r a i nwa t e r c o l l e c t i o nd i s p os a l s y s t e m i n t he i s l e t s a n d t he h ea l t hy c o ns e q ue n c e s f o r i s l a n de r o f l o n g-t e r m d ri n k i n g r a i n wa t e r we r e i n t r o d u c e d W a t e r q u a l i t y w a s e x a mi n e d a c c o r d i n g t o t h e S t a n d a r d E x a mi n a t i o n Me t h o d s for D ri n k i n g Wa t e r(G B T 5 7 5 0-2 0 0 6)T h e d i f f e r e n c e s o f w a t e r f r o m t h e a n g l e o f H y g i e n e w e r e c o m p a r e d a mo n g i s l e t s r a i n w a t e r，S t a n d a r d s f o r D ri n k i n g Wa t e r Q u a l i t y(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)a n d H y g i e n i c S t a n d a r d o f Mi n e r a l i z a t i o n for D r i n k i n g Wa t e r w i t h L o w Mi n e r a l L e v e l(G J B 1 3 3 5 9 2)T h e r e s u l t s s h o w a l l o f t h e e x a m i n e d w a t e r q u a l i t y i n d e x m e e t i n g G B 5 7 4 9-2 0 0 6 A l l t h e f o l l o w i n g e l e m e n t s c o n c e n t r a t i o n s u c h a s Mg 1 4 mg L，C a 5 1 8 mg L，s oa 2 3 1 4 mg L a n d HC Oj 3 3 7 mg L a r e l o we r t h a n t h e r e c o mme n d a b l e c o n c e n t r a t i o n i n GJ B 1 3 3 5 9 2 L o n g t e r m d ri n k i n g o f r a i n wa t e r c o u l d c a u s e s o me n e g a t i v e c o n s e q u e n c e f o r i s l a n d e r s h e a l t h I t i s s u g g e s t e d t h a t s o me me a s u r e s s h a l l b e d o t o t h e r a i n w a t e r q u a l i t y i n o r d e r t o me e t G B 5 7 4 9-2 0 0 6 a n d GJ B 1 3 3 5 I 9 2 w h i c h c a n b e b e t t e r t o i n s u r e t h e i s l a n d e h e a l t h y Ke y wo r d s i s l e t r a i n w a t e r wa t e r q u a l i ma g n e s i u m c a l c i u m b i c a r b o n a t e 近年来，随着维护领土安全 和海洋权益活动 的 常态化，我 国沿海 岛礁的饮用水消耗量不断上升，现行完全依靠陆地进行饮用水保障方案实施的难 度 日益增加。雨水作 为 自然界水循环 中的重要环 节，其水质较稳定，受细菌和病毒的污染率较低，经 处理或净化 的雨水其公众可接受性较强 1。因此，雨 水是 岛礁饮用水保障的重要开源措施之一，如果可 直接用于岛礁饮用水保障，将在很大程度上缓解岛 礁饮用水短缺的现状。我国对雨水资源的利用 由来 已久。西北黄土高【收稿 日期】2 0 1 2 一 O 1 3 O 【作者简 介】邹 士洋(1 9 7 9 一)，硕士，助理研究员，主要从事水处理技术 与饮水卫生研究。联系 电话：1 3 6 1 1 8 0 1 7 9 8；E-ma i l：z o u s h y h o t ma i l c o rn。原和半干旱 山区的人们在 同干旱做斗争的过程 中，创造了许多雨水利用技术，如修建水窖、大口井、坎 儿井和蓄水塘等工程设施，如我国甘肃省 实施 的“1 2 1雨水集流工程”，宁南山区实施 的“窑窖农业”，内蒙古 自治 区进行的“1 1 2集雨节水灌溉工程”都取 得了许多经验和一定 的经济效益，同时也 引起 了人 们对雨水水质 的关注。安熙兰等【2 1 对甘肃通渭县部 分水窖中水体 的研究指出，布局不合理及窖藏时间 过长 的水 窖中的氨氮、亚硝酸盐氮平均值分别超标 7 倍 和 3 4倍，水体氧化能力弱，失去 自净能力；污染 物主要来 自 人畜粪便、生活污物等。刘洪亮等3对地 窖水水质的研究发现，由于储存期过长，地窖水 中色 度和浊度较大，氨氮和微生物等指标往往超标。杨瑞 强等 对甘肃榆 中和定西地区水窖水质的研究发现，一33 邹士洋，田力，张建平，等 直接利用 雨水资源作为岛礁饮用水水源 的技术可行性 V o 1 3 1，N o 5，2 0 1 2 一般 土窖及庭 院水窖水 的水质基本符合 国家饮 用 水水质要求，但大肠杆菌数量往往超标；公路边水窖 所蓄雨水的水质较差，其部分有机污染物含量超标，不宜长期饮用。这些研究表明 我国农村窖蓄雨水水 质总体较好，但不宜过久储存。我国多数岛礁 自然环境条件非常严酷：高温、高湿、高盐、多台风。雨水收集处理设备极易损坏，特别是各种水泵、电机、阀门、净化处理装置等，甚 至连一般不锈钢储水罐也会生锈，这对工程设计及 设备选型提出了特别 的要求。同时，由于岛礁上人 员技术水平所限，且远离大陆，交通不便，一切工程 设施、设备的维修、保养和管理都必须力求简单、可 靠、耐久。另外，由于岛礁 的大量 降雨都是与台风同 时发生，而在台风暴雨期间，为保证岛上人员安全，通常不在室外活动与工作，因此，雨水收集设施 的 操作、管理必须力求 自动化、智能化，不能过多依赖 人力。本文通过对我 国沿海 岛礁典 型雨 水收集处理 系统进行采样检测，研究岛礁雨水水质 特征，从卫 生学角度分 析长期饮用 岛礁雨水对人们健康 的可 能影响，探讨雨水直接用于岛礁饮用水保障的可行 性。1 材料与方法 1 1流程和装置 典型 岛礁雨水收集与处理工艺流程如 图 1 所 示。岛礁雨水径流首先进入初期弃流装置，将初期 较脏的雨水收集并弃流至污水管 网。经初期弃流后 的雨水流人蓄水池，该池兼具储存、调节、沉淀的作 用。然后经泵提升至压力滤池，在进人压力滤池之 前 的泵 的出水管道 中通过混凝加药装 置投加 混凝 剂，考虑到初期弃 流后 的雨水水质较为稳定，且悬 浮 固体含量较低，所 以混凝剂形成絮体后进入压力 滤池直接过滤，充分利用深层滤料 中的接触凝聚或 絮凝 的作用 5 1。初期弃流装置 内设浮球阀，随着水位升高，浮 球阀逐渐关闭，当收集到 2 mm雨水形成 的径流后，浮球阀完全关闭。弃流后的雨水沿旁通管流至雨水 蓄水池。收集的初期弃流，降雨结束后通过打开放 空管上的阀门使其流人污水管道。过滤设备选择压力滤池，主要是弃流后的雨水 仍含有一定浓度的悬浮物，过滤时水头损失增加较 快，而压力过滤能较好地解决这一问题；出水水头 也能够满足后处理的要求，不必再次提升。3 4 岛礁雨水径流 岛 礁淡水管网 图 1 岛礁雨水收集与处理工艺流程 F i g 1 F l o w Ch a r t o f Ra i n wa t e r Co l l e c t i o n a n d Tr e a t me nt Pr o c e s s e s i n I s l e t s 净化处理装置 主要利用 电絮凝 的方法 进行 混 凝沉淀，利用石英砂过滤杂质并 自动反 冲洗，利用 紫外线灯管照射杀菌。这种装置的优点是不用添加 药剂，只要有 电就可以处理雨水，在 岛礁上非常实 用。1 2水质分析 水质分析按照 生活饮用水标准检验方法 (G B T 5 7 5 0-2 0 0 6)进行，主要仪器有 I R I S I n t r e p i d I I X S P型电感耦合等离子体发射光谱仪(美国热电 公 司)、A v a n t a P M型原子 吸 收光 谱仪(澳大利 亚 G B C公司)、G C 一 7 8 9 0 A型气相色谱仪(美 国安捷伦 科技有限公司)、A E 1 0 0型电子分析天平(梅特了一 托利多仪器(上海)有限公司)、U v mi n i 1 2 4 0型紫外一 可见分光光度计(日本岛津公 司)和 D X 5 0 0型离子 色谱仪(美国戴安(中国)有限公司)。2 检测结果与讨论 本文根据实际研究条件，采集 了南海某 岛礁的 典 型岛礁雨水 收集和处理系统的雨水样 品，参 照 生活饮用水卫生标准(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)、低矿化 度饮用水矿化卫生标准(G J B 1 3 3 5 9 2)，筛选 了 1 5项关键水质指标，按照 生活饮用水标准检验方 法(G B T 5 7 5 0-2 0 0 6)进行 了水质分析，结果见表 1 所 示。表 1的水质评价结果 表明，岛礁典型雨水收集 及处理系统的雨水样品所检测 的 1 5项水质指标均 符合 生活饮 用水卫生标准(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)要 求；其 中钠、氯化物、钙、镁、硫酸盐、重碳酸盐 等水 质指标低于 低矿化度饮用水矿化卫生标准(G J B l 3 3 5 9 2)的适宜浓度范围。生活饮用水卫生标准(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)、低 矿化度饮用水矿化卫生标准(G J B 1 3 3 5 9 2)的制 净水技术 W ATER PURI F I CATI ON TECHNOLOGY Vo 1 31，No 5，2 01 2 Oc t o b e r 2 5 t h，2 01 2 p H 色度 度 浊度 N T U (mg L-)锰(mg L )铜(m g L。)锌(m g L )钾(m g L-)钠(ra g L-)镁(m g L-)钙(m g L-)氯化物(m g L-)硫 酸盐(rag L。)硼(mg L-)重碳酸盐(以 C a C O，计)(m g L )不小于 6 5且不大于 8 5 1 5 1 0 3 0 1 1 O 1 0 ，2 0 0 ，2 5 0 2 5 0 05 注：表示 G B 5 7 4 9 -2 0 0 6、G J B 1 3 3 5 9 2未作 明确规定 的水质项 目；表示该项 检测结果 低于 G J B 1 3 3 5 9 2规定 的适宜浓度范 围。订，主要是基 于我 国的社会 经济状况 以及 地理条 件、生活习惯等特点来确定限值。饮用水中化学物 质对健康的影响不同于微生物污染带来的危害，特 别是蓄积性毒物和致癌物，在短期 内饮用水 中化学 物质超过限值并不一定意味着应立即停止饮用。在 不影响公众健康的前提下，所容许超过的数值及持 续时间将取决于含有的特定物质。本文主要是根据 典 型岛礁雨 水收 集及处 理系统 的雨 水水 质与 G B 5 7 4 9-2 0 0 6、G J B 1 3 3 5 9 2规定值的差异，分析 岛 礁居民长期饮用雨水对健康的可能影响。2 1镁 镁是人体细胞内除钾以外 的第二大阳离子。岛 礁雨水 中镁浓度为 1 4 0 m g L，低于 低矿化度饮用 水矿化卫 生标准(G J B 1 3 3 5 9 2)适 宜浓度范 围：1 0-2 0 mg L。镁是人体 内多种 细胞基本生化反应 的必需物 质，参与钙调节、细胞酶促反应、神经肌 肉兴奋性等 生理功能。人体摄取镁 的途径主要 包括食物和饮 水，其中约有 1 3的镁来 自于饮水，而且饮水 中的 镁表现为水溶性离子，比食物中的镁更容易被吸 收。近年来，随着心血管疾病发病率 的增高，镁与心 血管疾病之间的关系 日益引起人们重视。多项研究 表明，镁可以降低急性心肌梗塞(a c u t e m y o c a r d i a l i n f a r c t i o n，A MI)的发生率，防治动脉粥样 硬化，调节 血压，治疗心率失常等6 1。镁作为核糖体亚单位联结 的桥接元素，能保证核糖体稳定 的结构，为保证蛋 白质合成提供场所；蛋 白质合成过程中包括氨基酸 的活化、多肽链 的启动和延长均需要镁；镁还参与 细胞核中 R N A的合成，体外试验显示缺镁时R N A 的合成过程立即停止。曾惠等 的动物试验结果显 示：在低镁饲料情况下，饮 用纯净水组大 鼠血清总 蛋 白和 白蛋 白含量显著低于正常水组，而低镁饲料 正 常水组大 鼠血清 白蛋 白含量与正常食正常水组 差异无统计学意义。这表明饮用正常水可明显弥补 膳食低镁对大鼠血清白蛋 白含量的影响。2 2钙 饮用 水 中钙离子 含量 与人 体健 康关 系密切，它不仅补充机体对钙摄取 的不足，而且能改善水 的味道。水样检测结果表 明，岛礁雨水镁浓度 为 5 1 8 mg L，低于 低矿化度饮用水矿化卫生标准 (G J B 1 3 3 5 9 2)适宜浓度范围：2 0 5 0 mg L。钙 与骨骼新 陈代谢 的关 系的已经公认。A p t e l 一35 一 0 2 如 M 9 ，O ，O O D 加 瑚 如 渤 娜 6 5 0 ，0 0 D 舢 堋 舢 加M_一如 邹士洋，田力，张建平，等直接利用 雨水资源作为岛礁饮用水水源的技术可行性 V o 1 3 1，N o 5，2 0 1 2 等【对 7 5岁以上 的妇女进行 回顾性调查 发现饮水 中钙摄入每增加 1 0 0 mg L，股骨颈部骨密度增加 0 5；Ma r a n g e l l a等 对 因食物缺钙 而致 的骨质疏 松症患者进行饮水补钙，认 为饮食 中钙不足时通过 饮水补充足够的钙可改变低钙对骨的不 良影响。硬 水中含有相 当量的钙，也不失为一种钙 的来 源。西 方国家每 日所摄入的钙量，有 1 3 来 自于水B o l。2 3重碳 酸盐 水中钙、镁离子，铁、锰和锌等多价 阳离子的总 和，构成水的重碳酸盐硬度，通常按碳酸钙(C a C O )计。一般认为水 中 C a C O 少 于 7 5 mg L时属 于软 水。检测结果说明，岛礁雨水重碳酸盐仅 3 3 7 mg L，属于典型软水。关于水的硬度与健康之 间可能存在 的相互关 系，其中大多数研究是在英 国、美国和加拿大进行 的。研究表 明 1 l】，饮水 的硬度特性与心血管疾病(心 脏病、高血压 和中风)和少数几种其他疾病 之间具 有 明显的统计学联系。美国和加拿大 的研究证 明，心血管疾病与饮水的硬度含量呈逆相关，饮用极软 水 的人群 中，心血管病的死亡率 比饮用硬水 的人群 高 1 5 2 0【。这些研究 的可靠性，取决于研究结果的一致趋 向，以及它们的生物学可能性或相关 系数的大小，以及实际的显著性水平。水 中某些微量元素由于与 其 它元素和蛋 白质争夺结合位置，影 响细胞膜 的渗 透性。或者通过其它代谢，它们作为酶反应的活化 剂或抑制剂，在若干生物过程 中起着重要 的作用。如果这些元素也能直接或间接地对心室、血管壁、血型或类脂化合物产生作用，并对糖代谢之类反应 以及心血管功能有关的其它系统产生作用，则可进 一步认为，水质能够影响人的微量元素或矿物质平 衡 3 结论(1)岛礁雨水所检测 的 1 5项水质指标均符合 生活饮用水卫生标准(G B 5 7 4 9-2 0 0 6)要求，雨 水直接用于岛礁饮用水保 障是可行 的。(2)经检测，岛礁雨 水 中的镁 1 4 0 m g L、钙 一3 6 5 1 8 mg L、硫酸盐 3 1 4 mg L、重碳酸盐 3 3 7 mg L，低于 G J B 1 3 3 5 9 2的适宜浓度范 围，属于典型的 软水。(3)基于相关卫生学研究认为，雨水直接用于 岛礁饮用水保障是可行的，但人们长期饮用岛礁雨 水对健康可能产生不利影 响。(4)建 议调节 岛礁雨 水 的水质，可适 度 增加 钙、镁、硫 酸盐、重碳 酸盐 等营养 元素水 平，使 岛 礁雨水水质 同时符合 生活饮用水卫生标准 (G B 5 7 4 9-2 0 0 6)、低 矿化 度饮 用水矿 化卫 生标 准(G J B 1 3 3 5 9 2)要求，从 而更好 地保护人们 的 身心健康。参考文献 1 陈炬锋，刘磊磊 海水水质研究进展f J】安徽农业科学，2 0 0 7，3 5 (7)：2 0 4 5 2 0 4 6 2 安 熙兰，张小惠“1 2 1”雨水集流工程 水质分析【J J 中国初级卫 生保健，2 0 0 1，1 6(3)：4 9 3 刘洪亮 简易持续饮用水消毒器处理地窖饮用水的试 验研究 J】中国公共卫生，2 0 0 0，1 6(1 o 1：9 2 7 9 2 8 4 杨瑞强，朱琨，金星龙，等 窖水的水质分析及水质特点【J 1 甘肃环 境研究与监测，2 0 0 1，1 4(2)：7 0 7 1 5 李 决龙 珊瑚岛礁淡水资 源开发理论与技 术 M】北京：国 防工 业 出版社 1 9 9 3 6 李俊杰，张照英 镁抗动脉粥样硬化的研究进展 J 微量元素与 健康研究，2 0 0 3，2 0(2)：4 9 5 1 7 曾惠，舒为群，赵清，等 饮用纯净水伴低镁饲料对大鼠健康的影 响 第三军医大学学报，2 0 0 9，2 9(2 0)：1 9 3 6 1 9 3 8 1 8 J A p t e l I，C a n c e R A，G r a n d j e a n H A s s o c i a t i o n b e t we e n c a l c i u m i n g e s t e d f r o m d rin k i n g wa t e r a n d f e mo r a l b o n e d e n s i t y i n e l d e r l y w o m e n：e v i d e n c e fr o m t h e E P I D OS c o h o r t J J o u r n a l o f B o n e a n d Mi n e r a l R e s e a r c h，1 9 9 9，1 4(5)：8 2 9-8 3 3 1 9 j Ma r a n g e l l a M，V i t a l e C，P e t r a r u l o M，e t o 1 E f f e c t s o f mi n e r a l c o mp o s i t i o n o f d rin k i n g wa t e r o n r i s k f o r s t o n e f o r ma t i o n a n d b o n e me t a b o l i s m i n i d i o p a t h i c c a l c i u m n e p h r o l i t h i a s i s J C l i n i c a l S c i e n c e(C o l c b)，1 9 9 6，9 1(3)：3 1 3 3 1 8 1 0 葛可佑 中国营养科学全书 M】北京：人 民卫生 出版社，2 0 0 6 1 1 孙翠玉 矿泉水与矿石【J 净水技术，1 9 8 9，8(1)：3 0 3 4 1 1 2 J S a f e d r i n k i n g w a t e r c o mm i t t e e n a t i o n al a c a d e m y o f s c i e n c e s D r i n k i n g wa t e r a n d h e a l t h【M】徐幼云，顾泽南，译 北 京：人民卫 生 出版社，1 9 8 3