定边县砖井镇农村饮用水氟含量调查与实验.docx

定边县砖井镇农村饮用水氟含量调查及
“水岛”农村净水器（除氟型）使用效果实验总结
（第一部分）
西安中水润新材料科技有限公司 王凡军
1 水质调查及实验背景
我国是一个人口众多的发展中国家，13亿人口中，70 %以上居住在农村。同时，我国又是一个水资源相对紧缺的国家，人均水资源占有量少。再加上自然地理条件复杂，农村地区经济社会发展相对落后，许多农村地区饮水问题突出，严重影响人民群众的生活，威胁人民群众的身体健康。
党中央、国务院高度重视农村饮水工作，《中华人民共和国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》明确提出，农村饮用水安全是新农村建设的重点工程之一。计划在“十一五”期间重点解决高氟、高砷、苦咸、污染水、血吸虫疫区以及严重缺水地区1.6亿农村人口的饮水安全问题，力争用10年时间基本解决全国农村饮水安全问题。党的十七届三中全会明确要求此项工作进一步“提速”，力争在2013年基本解决农村饮水安全问题。
实施农村饮水安全工程成为我国财政投资支持的重点领域。据统计，2000-2008年的9年间，全国共投入618亿元，解决了1.6亿农村人口的饮水困难和不安全问题，基本结束了我国农村严重缺乏饮用水的历史，保障了广大农民群众的身体健康，促进了农村经济社会的发展。
农村饮水安全工程虽然取得显著成效，但是由于我国人口众多、水资源短缺、经济和社会发展不平衡，居住极其分散等原因，农村饮水安全形势仍然十分严峻。目前，全国仍有2亿多农村人口饮水不安全，主要体现在饮用水水质的不安全。许多地区的农村饮用水仍存在高氟、高砷、苦咸、污染及血吸虫病区等水质问题，严重影响农民群众的身体健康。长期饮用高氟水，可引起地方性氟中毒，出现氟斑牙和氟骨症，重者造成骨质疏松、骨变形，甚至瘫痪，丧失劳动能力。长期饮用苦咸水导致胃肠功能紊乱、免疫力低下，诱发和加重心脑血管疾病。一些地区还新发现长期饮用砷超标的水，造成砷中毒，导致皮肤癌和多种内脏器官癌变。病原微生物及其他有害物质含量严重超标的地区，易导致疾病流行，有的地方还因此暴发伤寒、副伤寒以及霍乱等重大传染病，个别地区癌症发病率居高不下。近年来，局部地区血吸虫病疫情回升，疫区群众因生产和生活需要频繁接触含有血吸虫尾蚴的疫水，造成反复感染发病，严重威胁人民群众的身体健康和生命安全。
当前，解决农村农村饮水水质问题主要从达标水源替代和增建水处理和净化设备两个方面加以解决。达标水源替代一般是指异地远距离调水，通过集中供水工程把水送往千家万户，对于居住分散的农村地区，这种方法投资规模相对较大。修建集雨水窖也是目前解决农村水质问题的一个重要方法，通过收集天上雨（雪）水供单户生活饮用，这种方法不仅一年内水量无法保证，水窖中储存的水也可能存在其他形式的卫生问题；设施净化处理则是指通过水处理设备对现有水源适当处理使其达到生活饮用水卫生标准，这种办法适用于单村供水。
西安中水润新材料科技有限公司是一家新型的净水器生产企业，一直致力于广大农村地区饮用水水质安全的研究，公司旗下的水岛农村净水器产品利用原创的“水岛技术”结合最新开发的多种水处理功能材料能成功应用于绝大多数饮用水水质问题，包括高氟水、高铁锰水、微生物超标水、重金属污染水等，特别适合解决农村单户饮用水水质问题，得到了国内外专家和同行的一致认可，在农村地区的使用推广效果也较好。
为进一步加深对陕北农村高氟地区饮用水水质的了解，丰富公司农村地区饮用水水质数据库，并对公司除氟型净水器使用效果做跟踪调查，了解水岛农村净水器（除氟型）的工作参数，指导农民更合理规范地使用水岛农村净水器产品，并进一步发现产品中设计和使用中存在的不足，在中国水利水电科学研究院水利所多名教授的指导下，在定边县慈善总会、定边县地方病防治研究所和定边县砖井镇镇政府的大力支持下，公司于2009年11月初开始深入陕西省榆林市定边县砖井镇开展为期3个月的现场采样和实验，得到了一系列丰富的数据。
2 定边县砖井镇饮用水现状及氟含量调查
定边县位于陕西省西北角，处陕、甘、宁、蒙四省区交界地，属于全国重点贫困县。由于受大陆性干旱气候和封闭式内陆盆地影响等地理条件的影响，定边县所辖地区很多乡镇均为盐碱滩浅水区，地下水矿化度高，氟离子含量高，氟中毒患病率高，为“三高”重病区。定边县的地氟病在全国都属于重病区，氟骨病患者占全市氟骨病的50 %，占陕西省的七分之一，氟骨病患者达到28595人，重度以上患者3052人，全县8-12岁儿童中氟斑牙患者率达49.5 %，饮用含氟水致病的态势非常严峻。近年来，在各级政府和各慈善机构和企业的关怀下，通过引水工程、“母亲水窖”计划等项目的实施，定边县农村地区饮用水情况得到改观。西安中水润新材料科技有限公司也加入了定边县饮用水高氟地区水质改善的慈善行列，于2009年7月向定边县所辖砖井、安边、贺圈、红柳沟、石洞沟等6个乡镇仍饮用氟水的1300户农民免费发放除氟型净水器。
为了解定边县农村地氟病地区目前生活饮用水现状，选取砖井镇张窨子村（1）、徐坑村（2）、三楼村（3）、孙坑村王场（4）为采样点，对各村村民生活饮用水水质进行调查和走访，并对农民使用水岛农村净水器（除氟型）的情况进行调查，听取使用效果及使用意见。采样点现场位置如图1所示。

图1 砖井镇农村饮用水水质调查采样点
2.1 张窨子村
2.1.1 采样及调查日期
2009年11月10日起
2.1.2 水质分析及调查结果
通过对张窨子村多户农家走访发现，由于地下水位普遍较浅，建水窖难度较大，本村村民一直使用地下水供生活饮用，井深约为20-30 m。
对使用水岛净水器的2户农家进行调查走访得知，均认为经除氟型净水器处理后的井水口感变好，井水中的苦味、咸味均有所降低，用井水原水煮米饭时呈黄色，净水器处理后的水煮米饭则呈白色，用处理后的水熬稀饭也比处理前的水熬的饭吃起来香，在实用性方面评价均很好。

表1 张窨子村饮用水调查及氟化物含量
户主姓名
水样性质
采样日期
氟化物（mg.L-1）
备注
张文
井水原水
11.10
2.92

净水器处理水
11.10
0.85
复活后使用一个月
张效富
井水原水
11.10
1.98

净水器处理水
11.10
0.38
刚复活
对2户农家井水和净水器处理水采样并做氟化物含量分析结果如表1所示，可以看出，2家井水的氟化物含量分别为2.92、1.98 mg.L-1，经过水岛农村净水器处理后，水中氟化物含量均得到降低，刚复活使用后效果较好，复活后使用1个月仍能将氟化物含量控制在1.2 mg.L-1以下，低于GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于小型集中式供水和分散式供水部分水质指标及限值对于氟化物含量的要求。
2.2 徐坑村
2.2.1 采样及调查日期
2009年11月10日-2009年11月18日
2.2.2 水质分析及调查结果
徐坑村村民生活饮用水情况与张窨子村情况存在较大差别，这里的地下水位大多较深，走访发现，农户家中基本上都有由政府出资建立的水窖供收集雨（雪）水之用，一年的饮用水直接从水窖中获得，而农户家中的井水基本上用来喂养牲口、洗衣服、浇地、淘菜等。可能是村民对于井水中氟化物含量产生了较大的恐惧心理，而且井水苦、咸味严重，农民宁愿购买价格较为昂贵的自来水也不会将除氟型净水器处理后的井水用于饮用，而将家中慈善资助的净水器用来处理窖水，在这方面政府一定要做好宣传引导。
如表2所示，徐坑村农户家中井水氟化物含量多在1.59-2.92 mg.L-1之间，最大值为6.83 mg.L-1，大大超出GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于氟化物含量的要求。从已知3户井水深度与氟化物含量的关系来看，总体上浅井水（10 m）氟化物含量要高于较深井（100 m）。而对于本村5处水窖中的水样进行分析发现，窖水中氟化物含量均较低，最大值仅为0.92 mg.L-1，低于GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》水质常规指标及限值中对于氟化物含量的要求，单从氟化物含量来看，可以正常饮用。但同时发现，由于收集过程中雨水需要经过房梁、地面等，路径上可能有多种杂物存在，严重影响了窖水的清澈程度，滋生微生物、细菌等有害指标，视觉上可以看出浑浊度和色度均不能达标，而农民基本上仅凭口感判断水质好坏，窖水中氟以外其他形式的污染问题还有待进行进一步的水质检验。
表2 徐坑村饮用水调查及氟化物含量
户主姓名
水样性质
采样日期
氟化物（mg.L-1）
备注
王文科
井水原水
11.11
1.98

王风岳
井水原水
11.15
1.59
50 m深度
王风峻
井水原水
11.15
2.92
7-8 m深度
张荣华
井水原水
11.18
1.63

李忠
井水原水
11.18
1.63

吴文科
井水原水
11.18
1.71

高战文
井水原水
11.18
2.41

李兵
井水原水
11.18
6.83

李风山
窖水
11.13
0.92

王文科
窖水
11.13
0.81
浑浊
张荣华
窖水
11.18
0.63

王风岳
窖水
11.15
0.43

大队部院内
窖水
11.15
0.92

大队部院内
雪水
11.15
0.81

2.3 三楼村
2.2.1 采样及调查日期
2009年11月14日-2009年11月24日
2.2.2 水质分析及调查结果
通过调查走访发现，三楼村民生活饮用水使用情况与徐坑村情况类似，除少数几户外，农户家中基本由政府出资建立的水窖，生活饮用水从水窖中获得，当水窖中水量太少不足以满足正常生活所需时取用地下水（说明群众对高氟水的危害有一定认识）。

表3 三楼村饮用水调查及氟化物含量
户主姓名
水样性质
采样日期
氟化物含量（mg.L-1）
备注
王国堂
井水原水
11.15
4.29

净水器处理水
11.15
0.85

陈战友
井水原水
11.14
2.56

净水器处理水
11.24
0.64

赵国利
井水原水
11.17
6.83

净水器处理水
11.17
0.92

马春新
井水原水
11.17
9.65

净水器处理水
11.20
1.05

王竣迁
井水原水
11.14
1.75

崔志新
井水原水
11.15
4.29

邵志刚
井水原水
11.24
4.98
100 m深度
潘富贵
井水原水
11.24
5.53
20-30 m深度
崔志新
窖水
11.15
0.63

王竣迁
窖水
11.14
0.55

王建军
窖水
11.14
0.81

与徐坑村相比，所调查的三楼村农户家中井水氟化物含量较高，仅两家井水原水氟化物含量在3 mg.L-1以下，多数农户家井水原水氟化物含量超过4 mg.L-1最大值为9.65 mg.L-1，极大超出GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于氟化物含量的要求（表3）。经过除氟型净水器虽然能降低井水中氟化物含量，但是可能由于原水PH值过大氟化物浓度太高，没有将水体中氟化物含量降低至理想水平。对于本村3处水窖中的水样进行分析发现，窖水中氟化物含量均较低，为0.55-0.81 mg.L-1，低于GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》水质常规指标及限值中对于氟化物含量的要求，单从氟化物含量来看，可以正常饮用，但窖水中除氟以外其他形式的污染问题还有待进行进一步的水质检验。
2.4 孙坑村王场
2.2.1 采样及调查日期
2009年12月4日
2.2.2 水质分析及调查结果
对孙坑村王场多户农家进行调查走访发现，由于种种原因，这里的农户家中并没有收集雨水的水窖，也没有发放除氟型净水器，长年直接饮用地下井水。如仅以口感判断，这里的井水没有苦味，甚至有的井水还有些许甜味，使农民产生了水质较好的错觉，邻近各村（如徐坑村）有的村民还专门到该村托运井水代替自家井水使用。
表4 孙坑村王场饮用水调查及氟化物含量
户主姓名
水样性质
采样日期
氟化物含量（mg.L-1）
备注
吕兴岐
井水原水
12.4
2.61
甜
吕克宽
井水原水
12.4
2.19
甜
王刚
井水原水
12.4
4.41
甜
王海
井水原水
12.4
11.08
咸
王奇
井水原水
12.4
11.08
咸
吕心福
井水原水
12.4
4.61
咸
吕红斌
井水原水
12.4
6.84
咸
对孙坑村王场7户农家井水原水取样并测定，发现王场所有井水氟化物含量均超过2.0 mg.L-1，有的甚至高达11 mg.L-1，极大超出了GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于氟化物含量的要求（表4），口感为咸的井水氟化物含量普遍高于口感为甜的井水。
2.5 调查总结
对定边县砖井镇下张窨子村、徐坑村、三楼村及孙坑村王场进行水质调查的结果表明，各村地下水水体中氟化物含量普遍较高，绝大多数水体存在口感较差的问题。政府部门采取单户集雨水窖及除氟型净水器处理的方法来改善当地水质，取得了一些效果。但同时发现，由于观念欠缺和意识淡薄，村民们面临的生活饮用水水质问题依然存在，村民普遍把氟化物含量高低等同于口感的好坏，口感的好坏等同于水质的好坏。事实证明，口感甜的水体中氟化物含量也可能较高，口感问题的存在并不单单由氟化物含量引起，也可能与当地水质pH值过高及溶解性总固体含量超标等问题相关。而由于集雨水窖的不合理使用，水窖中水体其他形式的污染也非常容易被忽略。
由于居住十分分散，依靠集中管网供水解决当地农村饮用水水质问题并不具有很大的可行性，采取单户末端处理的方法更为合理。推荐有集雨水窖的农户家中使用能解决水体中微生物污染、细菌污染、氨氮超标等功能的净水器（比如通用型水岛净水器），而直接井水饮用的农户采用具有除氟功能的净水器，将井水中氟含量降低至较低水平时后供生活饮用所需。
3 水岛农村净水器（除氟型）使用效果监测
3.1 总体思路
为进一步了解水岛农村净水器（除氟型）的工作参数，指导农民更合理规范地使用水岛农村净水器产品，本着科学规范的原则，在2个上述调查中所确定的高氟地下水农户家设置试验点并进行净水器除氟效果监测实验，以跟踪本产品初期、中期、后期的使用效果。由于产品使用周期较长，考虑到人力、物力的因素，无法在几年的使用周期内长期跟踪，本实验设计方案为缩短实验时间，加速实验进程，采取自动出水方式以加速净水器处理水的速度，实验自动出水装置如图2所示。以净水器处理当地含氟水样的量（L）为横坐标，以出水氟含量（mg.L-1）为纵坐标绘制初期、第一次复活、第二次复活等多条工作曲线，为产品除氟效果提供数据支持，并以此估算产品的使用周期。
此外，为明确除氟型净水器使用过程中是否引起水样pH值改变及引起出水水质中铝含量超标等问题，选取部分水样测定出水中pH值及铝含量。

出水桶
储水桶
净水器
处理水
农户家井水
滤料层（活性氧化铝）
出水管

图2 除氟型净水器除氟效果监测实验自动出水装置
3.2实验方案
3.2.1 样点设置
依据以上定边县砖井镇饮用水现状及氟含量调查的结果，选取三楼村崔志新及赵国利2家农户为现场实验点。测定结果表明，以上2家农户地下水氟含量分别为4.29和6.83 mg.L-1，能作为此地区高氟地下水的代表。
3.2.2 实验设计
除氟型净水器经过复活后按照正确的操作方法分别将3个储满井水原水的储水桶中并保证每天储水桶中井水原水的量，间隔一段时间后，净水器内部开始进水并经出水管流入出水桶，按时记下每天出水水量（L）。当出水总体积达到一定量时（相当于农户使用净水器不同的天数），从出水管口取适量水样供各项指标测定，测定结果分别以C1、C2、C3…Cn、…表示。当水体中氟化物含量超过GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于小型集中式供水和分散式供水部分水质指标对于氟化物含量的限值（1.2 mg.L-1）时，使净水器停止工作，重新复活滤料后重复上述实验进程。
3.2.3 指标测定
水样中氟化物含量、铝含量及pH值测定均参照中华人民共和国国家标准GB/T 5750.5-2006，其中氟化物含量以离子选择电极法进行，铝含量测定采用铬天青S分光光度法，pH值测定采用玻璃电极法。
3.2.4 数据分析
以各级取水总量（L）为横坐标，水体中氟化物含量、铝含量、pH值为纵坐标，绘制取水总量与各测定指标含量的动态曲线，此即除氟型净水器工作曲线。
3.3 实验结果与分析
3.3.1 除氟型净水器去除氟化物工作曲线
3.3.1.1 除氟型净水器处理崔志新家井水中氟化物工作曲线
图3中，（a）、（b）、（c）分别代表除氟型净水器处理崔志新家井水原水首次复活使用、第二次复活使用、第三次复活使用的除氟工作曲线。可以看出，崔志新家井水原水氟化物含量在2.95-4.41 mg.L-1之间，首次复活使用后（图3a），随着出水总体积的增加，出水水样中氟化物含量呈增加趋势。当出水总体积在670 L以下时，出水中氟化物含量均低于GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中水质常规指标中氟化物含量的限值。当出水总体积为810 L时，出水氟化物含量为1.20±0.05 mg.L-1，不符合生活饮用水所需，此时对产品进行重新复活。
除氟型净水器第二次复活后处理崔志新家井水原水氟化物工作曲线如图3b所示，可以看出，随着出水总体积的增加，出水水样中氟化物含量也同样呈增加的趋势，但增加的程度较首次复活使用时高，当出水总体积为600 L时，出水氟化物含量为1.17±0.04 mg.L-1，而出水总体积为930 L时，出水氟化物含量为1.52±0.04 mg.L-1，对产品进行重新复活。
图3c表示第三次复活后除氟型净水器处理崔志新家井水原水氟化物工作曲线，当出水总体积为650 L时，水样中氟化物含量已为1.17±0.05 mg.L-1，此后的出水水样中氟化物含量在1.2 mg.L-1以上。

图3 除氟型净水器处理崔志新家井水中氟化物工作曲线
3.3.1.2除氟型净水器处理赵国利井水中氟化物工作曲线
图4中，（a）、（b）、（c）分别代表除氟型净水器处理赵国利家井水原水首次复活使用、第二次复活使用、第三次复活使用的除氟工作曲线。可以看出，赵国
（c）
（b）
（a）

图4 除氟型净水器处理赵国利家井水中氟化物工作曲线
利家井水原水氟化物含量在5.53-7.47 mg.L-1之间，首次复活使用后（图4a），随着出水总体积的增加，出水水样中氟化物含量也呈增加的趋势。当出水总体积达到610 L时，出水氟化物含量为1.10±0.18 mg.L-1，仍低于GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对于小型集中式供水和分散式供水部分水质指标中氟化物含量的限值。而当出水总体积达到720 L、880 L时，出水氟化物含量分别为1.30±0.04 mg.L-1和1.60±0.17 mg.L-1，出水氟化物含量较高，不符合生活饮用水所需，此时对产品进行重新复活。
图4b表示第二次复活后除氟型净水器处理赵国利家井水原水氟化物工作曲线，可以看出，随着出水总体积的增加，出水水样中氟化物含量也同样呈增加的趋势，但增加的程度较高，当出水总体积为720 L时，出水氟化物含量已达1.20±0.10 mg.L-1，而出水总体积为860 L时，其出水氟化物含量高达1.84±0.08 mg.L-1。
第三次复活后除氟型净水器处理赵国利家井水原水氟化物工作曲线如图4c所示，出水总体积为580 L时，水样中氟化物含量为1.21±0.07 mg.L-1，此后出水氟化物含量均较高，至出水总体积为620 L时，水样中氟化物含量已达1.80±0.15 mg.L-1。（处理周期与水氟含量的变化不是很稳定的原因可能与每次复活时操作方法及时间有关联，另外与原水水氟含量的变化也相关）
3.3.2 除氟型净水器去除氟化物工作曲线实验结果分析
采用除氟型净水器直接处理三楼村崔志新、赵国利2户农家井水原水后，数据结果表明，在持续出水的情况下，首次复活后使用能将氟化物含量降低至较低水平且具有较长的使用周期，如按每户农民每天取水20 L计算，可使用1-2 个月，而经过多次复活后，除氟型净水器的使用效果有所降低，特别是对于水氟含量6 mg.L-1以上井水原水的处理效果不太理想。原因可能在于，实验过程中出水速度过快，作用时间过短，影响了活性氧化铝的吸附性能，而在农户使用过程中，水体在净水舱内部会有较长时间的停留，活性氧化铝吸附氟的作用时间长得多；另外一方面，也有可能是当地水质pH值过高导致，活性氧化铝吸附氟离子的最佳pH值范围大约为5-8，在5.5时其吸附量最大；也有可能是当地水质中存在其他干扰活性氧化铝吸附氟离子的其他离子大量存在，如SO42-等。
3.3.3 除氟型净水器除氟过程中出水pH值的变化
对第三次复活后除氟型净水器处理崔志新（a）、赵国利（b）家井水原水过程中各取样点水样pH值测定，结果如图5所示。可以看出，崔志新家井水原水pH值为7.94，赵国利家井水原水则为8.25。随着出水总体积增加，出水pH值与出水氟化物含量的变化情况类似，均有升高的趋势。数据分析结果表明，出水pH值与氟化物含量存在显著正相关的关系。原水pH值过高可能是影响活性氧化铝吸附氟的重要因素。

图5除氟型净水器除氟过程中出水pH值的变化
3.3.3 除氟型净水器除氟过程中出水铝含量
第二次复活后除氟型净水器处理崔志新家井水原水过程中出水0L（首次出水）、180 L、400 L、750 L处水样中铝含量情况如图6所示。结果表明，崔志新家井水原水（图中以CK表示）铝含量为0.04 mg.L-1、0.07 mg.L-1，而第一次出水水样中铝含量为0.24 mg.L-1，超出了GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》中水质常规指标对于铝含量的限值（0.2 mg.L-1）。这可能是由于活性氧化铝复活时采用的复活剂为10 %硫酸铝溶液，首次出水时，硫酸铝溶液仍残留于滤料层中。经过一段时间的出水后，水样中铝含量均回复至较低水平，出水180 L时，水样中铝含量仅为0.08 mg.L-1，这说明，只要在复活过后将残留的复活剂溶液尽可能清洗干净，出水中铝含量就能保持在极低的水平。

图6 除氟型净水器除氟过程中出水铝含量
3.4 实验总结及展望
除氟型净水器处理三楼村2户农家井水原水的结果表明，首次复活使用能将农户家中井水原水氟含量降低至较低水平且具有较长的使用周期，多次复活后使用效果有所降低，而净水器对于出水氟含量的影响与pH值密切相关，且正确的复活使用方法不会对出水中铝含量造成影响，并且对原水的口感和色度有一定的改善。试验至今已经持续处理原水3000L以上，相当于农户5个月的饮用水水量，经多次复活后的效果来看，如果农户正确使用，均能达到降氟净水的目的。
对于经复活后，净水器处理高氟井水原水，效果不太理想的原因不单单在于净水器本身，也可能与实验过程中出水速度过快相关。当地井水中过高的pH值以及其他一些影响活性氧化铝吸附能力的因素也可能对除氟型净水器使用效果产生影响。下步实验应着重解决后期持续使用过程中出水氟化物含量仍较高的问题，可从以下几个方面开展：
1 适当增加除氟型净水器与井水原水的接触时间；
2 增加滤料仓中活性氧化铝的量；
3 采取适当方法降低原水pH值。
《完》2009-12-16

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