除氟場地試驗第一階段總結專利產(chǎn)品修訂版

除氟場地試驗第一階段總結專利產(chǎn)品修訂版定邊縣磚井鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水氟含量調查及“水島”農(nóng)村凈水器（除氟型）使用效果實驗總結1水質調查及實驗背景時，我國又是一個水資源相對緊缺的國家，人均水資源占有量少。再加上自然地理條件復雜，農(nóng)村地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展相對落后，許多農(nóng)村地區(qū)飲水問題突出，嚴重影響人民群眾的生活，威脅人民群眾的身體健康。黨中央、國務院高度重視農(nóng)村飲水工作，《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十一個五年規(guī)劃綱要》明確提出，農(nóng)村飲用水安全是新農(nóng)村建設的重點工程之飲水安全問題。黨的十七屆三中全會明確要求此項工作進一步“提速”，力爭在2013年基本解決農(nóng)村飲水安全問題。實施農(nóng)村飲水安全工程成為我國財政投資支持的重點領域。據(jù)統(tǒng)計，2000-2008年的9年間，全國共投入618億元，解決了1.6億農(nóng)村人口的飲水困難和不安全問題，基本結束了我國農(nóng)村嚴重缺乏飲用水的歷史，保障了廣大農(nóng)民群眾的身體健農(nóng)村飲水安全工程雖然取得顯著成效，但是由于我國人口眾多、水資源短缺、經(jīng)濟和社會發(fā)展不平衡，居住極其分散等原因，農(nóng)村飲水安全形勢仍然十分嚴峻。目前，全國仍有2億多農(nóng)村人口飲水不安全，主要體現(xiàn)在飲用水水質的不安全。許多地區(qū)的農(nóng)村飲用水仍存在高氟、高砷、苦咸、污染及血吸蟲病區(qū)等水質問題，嚴重影響農(nóng)民群眾的身體健康。長期飲用高氟水，可引起地方性氟中毒，出現(xiàn)氟斑牙和氟骨癥，重者造成骨質疏松、骨變形，甚至癱瘓，喪失勞動能力。長期飲用苦咸水導致胃腸功能紊亂、免疫力低下，誘發(fā)和加重心腦血管疾病。一些地區(qū)還新發(fā)現(xiàn)長期飲用砷超標的水，造成砷中毒，導致皮膚癌和多種內臟器官癌變。病原微生物及其他有害物質含量嚴重超標的地區(qū)，易導致疾病流行，有的地方還因此暴發(fā)傷寒、副傷寒以及霍亂等重大傳染病，個別地區(qū)癌癥發(fā)病率居高不下。近年來，局部地區(qū)血吸蟲病疫情回升，疫區(qū)群眾因生產(chǎn)和生活需要頻繁接觸含有血吸蟲尾蚴的疫水，造成反復感染發(fā)病，嚴重威脅人民群眾的身體健康和生命安全。當前，解決農(nóng)村農(nóng)村飲水水質問題主要從達標水源替代和增建水處理和凈化設備兩個方面加以解決。達標水源替代一般是指異地遠距離調水，通過集中供水工程把水送往千家萬戶，對于居住分散的農(nóng)村地區(qū)，這種方法投資規(guī)模相對較大。修建集雨水窖也是目前解決農(nóng)村水質問題的一個重要方法，通過收集天上雨（雪）水供單戶生活飲用，這種方法不僅一年內水量無法保證，水窖中儲存的水也可能存在其他形式的衛(wèi)生問題；設施凈化處理則是指通過水處理設備對現(xiàn)有水源適當處理使其達到生活飲用水衛(wèi)生標準，這種辦法適用于單村供水。西安中水潤新材料科技有限公司是一家新型的凈水器生產(chǎn)企業(yè)，一直致力于廣大農(nóng)村地區(qū)飲用水水質安全的研究，公司旗下的水島農(nóng)村凈水器產(chǎn)品利用原創(chuàng)的“水島技術”結合最新開發(fā)的多種水處理功能材料能成功應用于絕大多數(shù)飲用水水質問題，包括高氟水、高鐵錳水、微生物超標水、重金屬污染水等，特別適合解決農(nóng)村單戶飲用水水質問題，得到了國內外專家和同行的一致認可，在農(nóng)村地區(qū)的使用推廣效果也較好。為進一步加深對陜北農(nóng)村高氟地區(qū)飲用水水質的了解，豐富公司農(nóng)村地區(qū)飲用水水質數(shù)據(jù)庫，并對公司除氟型凈水器使用效果做跟蹤調查，了解水島農(nóng)村凈水器（除氟型）的工作參數(shù)，指導農(nóng)民更合理規(guī)范地使用水島農(nóng)村凈水器產(chǎn)品，并進一步發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品中設計和使用中存在的不足，在中國水利水電科學研究院水利所多名教授的指導下，在定邊縣慈善總會、定邊縣地方病防治研究所和定邊縣磚井鎮(zhèn)鎮(zhèn)政府的大力支持下，公司于2009年11月初開始深入陜西省榆林市定邊縣磚井鎮(zhèn)開展為期3個月的現(xiàn)場采樣和實驗，得到了一系列豐富的數(shù)據(jù)。2定邊縣磚井鎮(zhèn)飲用水現(xiàn)狀及氟含量調查定邊縣位于陜西省西北角，處陜、甘、寧、蒙四省區(qū)交界地，屬于全國重點貧困縣。由于受大陸性干旱氣候和封閉式內陸盆地影響等地理條件的影響，定邊縣所轄地區(qū)很多鄉(xiāng)鎮(zhèn)均為鹽堿灘淺水區(qū)，地下水礦化度高，氟離子含量高，氟中毒患病率高，為“三高”重病區(qū)。定邊縣的地氟病在全國都屬于重病區(qū)，氟骨病患者占全市氟骨病的50%，占陜西省的七分之一，氟骨病患者達到28595人，重度以上患者3052人，全縣8-12歲兒童中氟斑牙患者率達49.5%，飲用含氟水致病的態(tài)勢非常嚴峻。近年來，在各級政府和各慈善機構和企業(yè)的關懷下，通過引水工程、“母親水窖”計劃等項目的實施，定邊縣農(nóng)村地區(qū)飲用水情況得到改觀。西安中水潤新材料科技有限公司也加入了定邊縣飲用水高氟地區(qū)水質改善的慈善行列，于2009年7月向定邊縣所轄磚井、安邊、賀圈、紅柳溝、石洞溝等6個鄉(xiāng)鎮(zhèn)仍飲用氟水的1300戶農(nóng)民免費發(fā)放除氟型凈水器。為了解定邊縣農(nóng)村地氟病地區(qū)目前生活飲用水現(xiàn)狀，選取磚井鎮(zhèn)張窨子村（1）、徐坑村（2）、三樓村（3）、孫坑村王場（4）為采樣點，對各村村民生活飲用水水質進行調查和走訪，并對農(nóng)民使用水島農(nóng)村凈水器（除氟型）的情況進行調查，聽取使用效果及使用意見。采樣點現(xiàn)場位置如圖1所示。圖1磚井鎮(zhèn)農(nóng)村飲用水水質調查采樣點通過對張窨子村多戶農(nóng)家走訪發(fā)現(xiàn)，由于地下水位普遍較淺，建水窖難度較大，本村村民一直使用地下水供生活飲用，井深約為20-30m。對使用水島凈水器的2戶農(nóng)家進行調查走訪得知，均認為經(jīng)除氟型凈水器處理后的井水口感變好，井水中的苦味、咸味均有所降低，用井水原水煮米飯時呈黃色，凈水器處理后的水煮米飯則呈白色，用處理后的水熬稀飯也比處理前的水熬的飯吃起來香，在實用性方面評價均很好。表1張窨子村飲用水調查及氟化物含量戶主姓名戶主姓名水樣性質采樣日期氟化物（mg.L-1）備注井水原水凈水器處理水復活后使用一個月張效富井水原水凈水器處理水對2戶農(nóng)家井水和凈水器處理水采樣并做氟化物含量分析結果如表1所示，可后，水中氟化物含量均得到降低，剛復活使用后效果較好，復活后使用1個月仍能中對于小型集中式供水和分散式供水部分水質指標及限值對于氟化物含量的要求。徐坑村村民生活飲用水情況與張窨子村情況存在較大差別，這里的地下水位大多較深，走訪發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶家中基本上都有由政府出資建立的水窖供收集雨（雪）水之用，一年的飲用水直接從水窖中獲得，而農(nóng)戶家中的井水基本上用來喂養(yǎng)牲口、洗衣服、澆地、淘菜等。可能是村民對于井水中氟化物含量產(chǎn)生了較大的恐懼心理，而且井水苦、咸味嚴重，農(nóng)民寧愿購買價格較為昂貴的自來水也不會將除氟型凈水器處理后的井水用于飲用，而將家中慈善資助的凈水器用來處理窖水，在這方面政府一定要做好宣傳引導。值為6.83mg.L-1，大大超出GB5量的要求。從已知3戶井水深度與氟化物含量的關系來看，總體上淺井水（10m）氟化物含量要高于較深井（100m）。而對于本村5處水窖中的水樣進行分析發(fā)飲用水衛(wèi)生標準》水質常規(guī)指標及限值中對于氟化物含量的要求，單從氟化物含量來看，可以正常飲用。但同時發(fā)現(xiàn)，由于收集過程中雨水需要經(jīng)過房梁、地面等，路徑上可能有多種雜物存在，嚴重影響了窖水的清澈程度，滋生微生物、細菌等有害指標，視覺上可以看出渾濁度和色度均不能達標，而農(nóng)民基本上僅憑口感判斷水質好壞，窖水中氟以外其他形式的污染問題還有待進行進一步的水質檢驗。表2徐坑村飲用水調查及氟化物含量戶主姓名戶主姓名水樣性質采樣日期氟化物（mg.L-1）備注王文科井水原水王風岳井水原水50m深度王風峻井水原水7-8m深度張榮華井水原水李忠井水原水吳文科井水原水高戰(zhàn)文井水原水李兵井水原水李風山窖水通過調查走訪發(fā)現(xiàn)，三樓村民生活飲用水使用情況與徐坑村情況類似，除少數(shù)幾戶外，農(nóng)戶家中基本由政府出資建立的水窖，生活飲用水從水窖中獲得，當水窖中水量太少不足以滿足正常生活所需時取用地下水（說明群眾對高氟水的危害有表3三樓村飲用水調查及氟化物含量戶主姓名水樣性質采樣日期氟化物含量（mg.L-1）備注王國堂井水原水凈水器處理水井水原水凈水器處理水趙國利井水原水凈水器處理水馬春新井水原水凈水器處理水王竣遷井水原水崔志新井水原水邵志剛井水原水100m深度潘富貴井水原水20-30m深度崔志新王竣遷王建軍窖水窖水窖水與徐坑村相比，所調查的三樓村農(nóng)戶家中井水氟化物含量較高，僅兩家井水原水氟化物含量在3mg.L-1以下，多數(shù)農(nóng)戶家井水原水氟化物含量超過4mg.L-1最大量的要求（表3）。經(jīng)過除氟型凈水器雖然能降低井水中氟化物含量，但是可能由于原水PH值過大氟化物濃度太高，沒有將水體中氟化物含量降低至理想水平。對化物含量的要求，單從氟化物含量來看，可以正常飲用，但窖水中除氟以外其他形式的污染問題還有待進行進一步的水質檢驗。對孫坑村王場多戶農(nóng)家進行調查走訪發(fā)現(xiàn)，由于種種原因，這里的農(nóng)戶家中并沒有收集雨水的水窖，也沒有發(fā)放除氟型凈水器，長年直接飲用地下井水。如僅以口感判斷，這里的井水沒有苦味，甚至有的井水還有些許甜味，使農(nóng)民產(chǎn)生了水質較好的錯覺，鄰近各村（如徐坑村）有的村民還專門到該村托運井水代替自家井表4孫坑村王場飲用水調查及氟化物含量戶主姓名戶主姓名水樣性質采樣日期氟化物含量（mg.L-1）備注井水原水甜井水原水甜王剛井水原水甜王海井水原水咸王奇井水原水咸井水原水咸井水原水咸對孫坑村王場7戶農(nóng)家井水原水取樣并測定，發(fā)現(xiàn)王場所有井水氟化物含量衛(wèi)生標準》中對于氟化物含量的要求（表4），口感為咸的井水氟化物含量普遍高于口感為甜的井水。對定邊縣磚井鎮(zhèn)下張窨子村、徐坑村、三樓村及孫坑村王場進行水質調查的結果表明，各村地下水水體中氟化物含量普遍較高，絕大多數(shù)水體存在口感較差的問題。政府部門采取單戶集雨水窖及除氟型凈水器處理的方法來改善當?shù)厮|，取得了一些效果。但同時發(fā)現(xiàn)，由于觀念欠缺和意識淡薄，村民們面臨的生活飲用水水質問題依然存在，村民普遍把氟化物含量高低等同于口感的好壞，口感的好壞等同于水質的好壞。事實證明，口感甜的水體中氟化物含量也可能較高，口感問題的存在并不單單由氟化物含量引起，也可能與當?shù)厮|pH值過高及溶解性總固體含量超標等問題相關。而由于集雨水窖的不合理使用，水窖中水體其他形式的污染也非常容易被忽略。由于居住十分分散，依靠集中管網(wǎng)供水解決當?shù)剞r(nóng)村飲用水水質問題并不具有很大的可行性，采取單戶末端處理的方法更為合理。推薦有集雨水窖的農(nóng)戶家中使用能解決水體中微生物污染、細菌污染、氨氮超標等功能的凈水器（比如通用型水降低至較低水平時后供生活飲用所需。3水島農(nóng)村凈水器（除氟型）使用效果監(jiān)測為進一步了解水島農(nóng)村凈水器（除氟型）的工作參數(shù)，指導農(nóng)民更合理規(guī)范地使用水島農(nóng)村凈水器產(chǎn)品，本著科學規(guī)范的原則，在2個上述調查中所確定的高氟地下水農(nóng)戶家設置試驗點并進行凈水器除氟效果監(jiān)測實驗，以跟蹤本產(chǎn)品初期、中期、后期的使用效果。由于產(chǎn)品使用周期較長，考慮到人力、物力的因素，無法在幾年的使用周期內長期跟蹤，本實驗設計方案為縮短實驗時間，加速實驗進程，采取自動出水方式以加速凈水器處理水的速度，實驗自動出水裝置如圖2所示。以凈水器處理當?shù)睾畼拥牧浚↙）為橫坐標，以出水氟含量（mg.L-1）為縱坐標繪制初期、第一次復活、第二次復活等多條工作曲線，為產(chǎn)品除氟效果提供數(shù)據(jù)支持，并以此估算產(chǎn)品的使用周期。此外，為明確除氟型凈水器使用過程中是否引起水樣pH值改變及引起出水水質中鋁含量超標等問題，選取部分水樣測定出水中pH值及鋁含量。儲水桶儲水桶凈水器處理水濾料層（活性氧化農(nóng)戶家井水圖2除氟型凈水器除氟效果監(jiān)測實驗自動出水裝置依據(jù)以上定邊縣磚井鎮(zhèn)飲用水現(xiàn)狀及氟含量調查的結果，選取三樓村崔志新及趙國利2家農(nóng)戶為現(xiàn)場實驗點。測定結果表明，以上2家農(nóng)戶地除氟型凈水器經(jīng)過復活后按照正確的操作方法分別將3個儲滿井水原水的儲水桶中并保證每天儲水桶中井水原水的量，間隔一段時間后，凈水器內部開始進水并經(jīng)出水管流入出水桶，按時記下每天出水水量（L）。當出水總體積達到一定量時（相當于農(nóng)戶使用凈水器不同的天數(shù)），從出水管口取適量水樣供各項指標測定，測定結果分別以C、C、C…Cn、…表示。當水體中氟化物含量超過GB水衛(wèi)生標準》中對于小型集中式供水和分散式供水部分水質指標對于氟化物含量的限值（1.2mg.L-1）時，使凈水器停止工作，重新復活濾料后重復上述實驗進程。水樣中氟化物含量、鋁含量及pH值測定均參照中華人民共和國國家標準GB/T5750.5-2006，其中氟化物含量以離子選擇電極法進行，鋁含量測定采用鉻天青S分光光度法，pH值測定采用玻璃電極法。以各級取水總量（L）為橫坐標，水體中氟化物含量、鋁含量、pH值為縱坐標，繪制取水總量與各測定指標含量的動態(tài)曲線，此即除氟型凈水器工作曲線。圖3中a）、（b）、（c）分別代表除氟型凈水器處理崔志新家井水原水首次復活使用、第二次復活使用、第三次復活使用的除氟工間，首次復活使用后（圖3a），隨著出水總體積的增加，出水水樣中氟化物含量呈增加趨勢。當出水總體積在670L以下時，出水中氟化物含量均低于GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》中水質常規(guī)指標中氟化物含1，不符合生活飲用水所需，此時對產(chǎn)品進行重新復活。除氟型凈水器第二次復活后處理崔志新家井水原水氟化物工作曲線如圖3b所示，可以看出，隨著出水總體積的增加，出水水樣中氟化物含量也同樣呈增加的趨勢，但增加的程度較首次復活使用時高，當出水總圖3c表示第三次復活后除氟型凈水器處理崔志新家井水原水氟化物工作曲線，當出水總體積為650L時，水樣中氟化物含量已為圖3除氟型凈水器處理崔志新家井水中氟化物工作曲線圖4中a）、（b）、（c）分別代表除氟型凈水器處理趙國利家井水原水首次復活使用、第二次復活使用、第三次復活使用的除氟工作曲線?？梢钥闯觯w國((((((TreatedwaterOriginalwater圖4除氟型凈水器處理趙國利家井水中氟化物工作曲線4a），隨著出水總體積的增加，出水水樣中氟化物含量也呈增加的趨勢。于GB5749-2006《生活飲用水衛(wèi)生標準》中對于小型集中式供水和分散式供水部分水質指標中氟化物含量的限值。而當出水總體積達到720L、880氟化物含量較高，不符合生活飲用水所需，此時對產(chǎn)品進行重新復活。圖4b表示第二次復活后除氟型凈水器處理趙國利家井水原水氟化物工作曲線，可以看出，隨著出水總體積的增加，出水水樣中氟化物含量也同樣呈增加的趨勢，但增加的程度較高，當出水總體積為720L時，第三次復活后除氟型凈水器處理趙國利家井水原水氟化物工作曲線mg.L-1，此后出水氟化物含量均較高，至出水總體積為620L時，水樣中穩(wěn)定的原因可能與每次復活時操作方法及時間有關聯(lián)，另外與原水水氟含量的變化也相關）采用除氟型凈水器直接處理三樓村崔志新、趙國利2戶農(nóng)家井水原水后，數(shù)據(jù)結果表明，在持續(xù)出水的情況下，首次復活后使用能將氟化物含量降低至較低水平且具有較長的使用周期，如按每戶農(nóng)民每天取水20L計算，可使用1-2個月，而經(jīng)過多次復活后，除氟型凈水器的使用效果有所降低，特別是對于水氟含量6mg.L-1以上井水原水的處理效果不太理想。原因可能在于，實驗過程中出水速度過快，作用時間過短，影響了活性氧化鋁的吸附性能，而在農(nóng)戶使用過程中，水體在凈水艙內部會有較長時間的停留，活性氧化鋁吸附氟的作用時間長得面，也有可能是當?shù)厮|pH值過高導致，活性氧化鋁吸附氟離子的最佳pH值范圍大約為5-8，在5.5時其吸附量最大；也有可能是當?shù)厮|中存4在其他干擾活性氧化鋁吸附氟離子的其他離子大量存在，如SO2-等。4對第三次復活后除氟型凈水器處理崔志新（a）、趙國利（b）家井水原水過程中各取樣點水樣pH值測定，結果如圖5所示?？梢钥闯觯拗拘录揖畃H值為7.94，趙國利家井水原水則為8.25。隨著出水總體積增加，出水pH值與出水氟化物含量的變化情況類似，均有