農(nóng)村飲水安全工程關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新與應用

喬民國

（臨夏回族自治州水務局 甘肅，臨夏 731100）

作為國民經(jīng)濟基礎，農(nóng)業(yè)在糧食供應、社會維穩(wěn)等方面有著不可或缺的作用，進入經(jīng)濟新常態(tài)階段以來，我國高度重視農(nóng)村地區(qū)民生建設、經(jīng)濟振興，農(nóng)業(yè)發(fā)展迎來新高潮。但值得注意的是，當前我國農(nóng)村飲水安全問題仍舊不容樂觀，基礎設施老化、水處理工藝落后等狀況普遍存在，給農(nóng)村飲水安全工程建設帶來極大阻礙，亟待改進和優(yōu)化。

1 農(nóng)村飲水安全工程發(fā)展中存在的問題

水是人體運轉(zhuǎn)、細胞構(gòu)成的重要介質(zhì)和成分，占到人體總重量的60%～70%，對于農(nóng)村地區(qū)來說，飲用水是否安全，質(zhì)量是否達標，直接關(guān)系著居民生命健康，影響著民生建設進程。然而，縱觀農(nóng)村供水工程建設現(xiàn)狀，仍然難以擺脫基建落后的問題，部分地區(qū)即使開展了集中供水，但施工技術(shù)不當，管網(wǎng)、線路暴露在外，經(jīng)過暴雨、陽光的侵蝕，極易發(fā)生老化、污染。在水處理環(huán)節(jié)，技術(shù)體系極為陳舊，工藝流程沿用幾十年而未更新，盡管肉眼可見的大分子顆粒去除效果較好，但可溶性鹽類物質(zhì)、COD等去除效果并不能得到較好保障，因此必須從關(guān)鍵技術(shù)入手，對操作、創(chuàng)新要點進行深入探究。

2 農(nóng)村飲水安全工程基建施工技術(shù)

我國地域遼闊，不同地區(qū)海拔落差、降水情況等均有較大差異，受歷史沿革、地形地貌等因素的制約，村落分布較為分散，各地原有供水管網(wǎng)建設情況也不盡相同，因此在飲水安全工程基建施工前，必須要做好實地查訪，對現(xiàn)有機電井、取水井等的數(shù)量進行科學、全面的統(tǒng)計，同時關(guān)注到年均用水量等參數(shù)，合理預測未來用水量，提升建設規(guī)模與用水需求之間的匹配度。在此基礎上，進一步開展地質(zhì)水文調(diào)查，掌握地下水分布狀況，水質(zhì)pH值、總硬度、氨氮含量等參數(shù)。

2.1 水源井施工技術(shù)

水源井施工時，要立足當?shù)貙嶋H狀況合理設計井深，通常以100～500m為佳，開孔、終孔孔徑同樣要加以控制，500～1000mm較為適宜[1]。井孔形式與當?shù)睾畬訋r性息息相關(guān)，若勘察后發(fā)現(xiàn)氣味粉砂、細砂，則要適當增大井孔直徑，差值維持在30cm 左右為宜，井孔保持一定的傾斜度，通常小于1%較為合適。精準定位之后展開鉆孔工作，可采用反循環(huán)鉆井法，鉆機安裝必須周正、穩(wěn)固，安裝完成后及時檢查鉆孔中心，保證其與轉(zhuǎn)盤中心相對垂直，鉆頭規(guī)格、鉆進參數(shù)均要嚴格按照設計標準進行。

2.2 供水管理站施工技術(shù)

供水管理站施工環(huán)節(jié)，首先要定好水平軸線位置，可借助方格網(wǎng)法輔助操作，儀器選用高精度水準儀，所有基準線均要經(jīng)過復核審校，無誤后方可埋設控制樁，完成放樣。土方開挖階段，可以采用機械施工法，以墊層底部高程為基準，挖至其上方0.1～0.2m停止，挖出土方與邊線間隔1.5m 以上，剩余部分由人工作業(yè)完成。其次是砌筑磚環(huán)節(jié)，施工時注意鏟灰、放磚以及擠揉操作的連續(xù)性，控制好砂漿配比，拌合完成后的產(chǎn)品要在3～4h內(nèi)用完，灰縫寬度控制在10mm 左右[2]。鋼筋工程施工前做好檢查，接頭相互錯開，并且嚴格管理混凝土施工操作。

2.3 機電設備安裝技術(shù)

潛水泵安裝前，要進行全面、系統(tǒng)的外觀檢查，確認完好后接線調(diào)試，接著使用吊裝設備順井管下放，過程中要充分考慮電纜磨損問題，可以用絕緣扎帶進行綁扎，使之固定于井管之上，同時跟蹤監(jiān)測電纜絕緣情況，降低施工風險。變壓器安裝環(huán)節(jié)，同樣要做好檢查、調(diào)試工作，嚴格遵照說明書指示，配電柜之中，線路排列要整齊、清晰，電纜支點間距、最小彎曲半徑等均要符合設計要求，注意控制埋設深度。

3 農(nóng)村飲水安全工程管網(wǎng)布設技術(shù)

3.1 管線定位及管材選用

管線定位應當建立在充足的地質(zhì)調(diào)查、分析基礎之上，要盡可能避開地下水位過高的區(qū)域，防止水體帶來軟土地基困擾，同時降低管線被硫酸根離子侵蝕的風險，對于丘陵地帶，則要沿著平緩山脊布設，直線操作可以明顯減少施工成本，降低工作量，注意避開地形突變段，提升管線穩(wěn)定性。若施工地區(qū)存在地質(zhì)擾動情況，如滑坡、塌陷高發(fā)區(qū)域，同樣要嚴格避開，降低施工風險因素。

管網(wǎng)線路設計完成后，要結(jié)合水壓、地質(zhì)條件進行管材的選用，常用方案有以下3種：首先是球墨鑄鐵管，這種材質(zhì)防腐性能優(yōu)良，延展性、密閉性都可以較好滿足供水需求，在市政、工況等場景中有著極為廣泛的應用。但需要注意的是，這種材質(zhì)是有管型之分的，當水壓在1.6～3.5MPa之間時，T型接口球墨鑄鐵管道可以滿足多數(shù)使用需求，但對于軟基地區(qū)，以及填方、坡度大于25°的地區(qū)，適用性則會明顯下降，此時可以選用壓塊式自錨球墨鑄鐵管，雖然成本較高，但耐用性、強度會更為可觀。其次是鋼管，鋼管重量更大，同時抗震、抗壓性能更好，對于不同水力條件的適應性更強，因此對于承壓要求較高的地段，可以采用鋼管材質(zhì)，注意做好防腐保護。最后是PVC-M 管，與金屬材質(zhì)相比，其抗腐蝕性能良好，安裝施工簡單，同時價格成本也相對低廉，在水壓低于1.6MPa的區(qū)域，可以表現(xiàn)出較高的適用性。除上述幾種管材外，還有鋼塑復合管、PPR管等，它們性能不同、各有優(yōu)劣，農(nóng)村安全飲水工程施工中，要注意結(jié)合現(xiàn)場情況進行合理選用。

3.2 土方開挖與管道安裝

溝槽挖設環(huán)節(jié)，橫向?qū)挾瓤刂圃?0cm 左右，深度以1.1m 以下為佳，確保溝底水平程度，開挖技術(shù)的選擇上，通常采用放坡開挖工藝，機械挖掘后，人工需要實時調(diào)整、控制溝坡。為防止溝槽出現(xiàn)超挖狀況，正式施工時機械要在稍高處停止作業(yè)，剩余15cm左右的距離交由人工操作完成，溝底應當整潔、干凈，不能有大塊的雜物，防止損傷管材。溝槽中若有積水，要及時使用水泵進行排出處理，設備與溝槽邊緣保持一定距離，盡可能保障施工安全，防止事故發(fā)生。其次，在管道安裝過程中，要結(jié)合地形進行分析，若現(xiàn)場地形較為復雜，可以考慮彎曲鋪設技術(shù)，借助管道彈性實現(xiàn)合理敷設，假設管道外徑為a，則彎曲半徑應當大于等于300a，折線鋪設時也可使用此法。由于部分管材對溫度變化較為敏感，低溫條件下可能發(fā)生脆性斷裂，因此若周圍環(huán)境低于5℃，則要暫停施工，工期較緊的狀況下，也必須采用保溫措施，防止管道損壞。

3.3 土方回填與管道試壓

土方回填階段，首先要聚焦管道下支承部位，用原土對其肋部角區(qū)域進行密實填壓，然后采用分層回填技術(shù)，從管道兩側(cè)開展施工，至管道試壓之前，管頂以上應當至少完成0.5m的回填高度，在管道接頭部位，可以適當留出0.2m 左右的空間，方便后期觀察漏水情況。當回填操作完成后，要立刻組織試壓工作，通常經(jīng)過2～3次加壓，達到預定標準后進行觀察，管網(wǎng)注水環(huán)節(jié)，排氣閥應當處于開啟狀態(tài)，待到灌滿水后關(guān)閉，實現(xiàn)加壓目標，每個加壓階段之間都要暫停觀察，確認無漏水現(xiàn)象再繼續(xù)操作。

4 農(nóng)村飲水安全工程水體凈化處理技術(shù)

4.1 常規(guī)飲用水處理

常規(guī)飲用水處理技術(shù)種類較多，常見的主要為以下幾種：首先是絮凝池處理技術(shù)，對于農(nóng)村中小型處理廠來說，穿孔旋流絮凝池最為適用，其中設置了多個絮凝室，以串聯(lián)方式實現(xiàn)連接，原水經(jīng)過池壁后，以較高的速度進入絮凝室內(nèi)，在設備外力作用下發(fā)生激烈碰撞，多個絮凝室串聯(lián)作用，使之進一步形成旋流，完成絮凝處理，除該種方式外，折板、網(wǎng)格以及隔板絮凝法[3]應用性能也是極為優(yōu)良的，可以依據(jù)實際情況進行比選。其次是沉淀池水處理技術(shù)，傳統(tǒng)農(nóng)村飲水安全工程中，以平流沉淀池為主，其面積較大，外觀呈長方形，處理性能較為穩(wěn)定，操作也相對簡便。當前伴隨科技手段的進步，斜管沉淀池技術(shù)也逐漸衍生、發(fā)展起來，其內(nèi)部構(gòu)造可見圖1，在斜管作用之下，水體會獲得向上動力，而泥漿則呈現(xiàn)下沉趨勢，從而達到較高的飲用水處理效率，這種設施所占面積更小，可以在農(nóng)村地區(qū)廣泛應用。經(jīng)過這些物理處理技術(shù)后，通常還會加入液氯、次氯酸鈉等物質(zhì)進行深層次的消毒，可以較好地清除水中有毒害物質(zhì)，達到飲水安全的目標。

圖1 斜板斜管沉淀池結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 苦咸水處理技術(shù)

苦咸水是我國農(nóng)村地區(qū)飲水安全工程建設的一大難題，這類水通常含有大量中性鹽，整體pH 值在7 以上，飲用時會帶來極為明顯的苦澀口感，長期作用于人體，還會誘發(fā)胃腸功能紊亂等問題，導致免疫力下降。對于苦咸水的處理要視情況而定，若其中氯化鈉、硫酸鹽等物質(zhì)含量較低，維持在350m/L 以內(nèi)時，可以采用電滲析法，促進水中陰、陽離子的析出，從而起到降低鹽分濃度的作用[4]，這種方式工藝原理簡單，成本投入較低，同時除鹽率也極為可觀，但需要注意的是，它對原水的水質(zhì)要求較高，若原水本身成分較為復雜，則必須結(jié)合預處理技術(shù)，或者更換其他處理方式[5]。

其次，反滲透RO系統(tǒng)在苦咸水處理中也有較為出色的表現(xiàn)，反滲透膜是其中關(guān)鍵部分，當加壓設備工作時，水分自然滲透方向會被逆轉(zhuǎn)，鹽類物質(zhì)、淡水被輕松分離開來，凈化處理效果極好。但需要注意的是，不同RO 膜材質(zhì)對性能影響較大，脫鹽率、化學耐受力等，均會產(chǎn)生較大差異，要注意合理選用，考慮到農(nóng)村地區(qū)水質(zhì)的復雜性，通常還需要結(jié)合預處理技術(shù)，防止微粒堵塞膜孔，造成膜材質(zhì)損壞，圖2為某農(nóng)村地區(qū)設計的飲用水反滲透處理系統(tǒng)，系統(tǒng)中增設了砂濾、碳濾以及軟化器處理步驟，極大緩解了反滲透部件的處理壓力，有助于延長膜構(gòu)件的使用壽命。

圖2 飲用水反滲透處理系統(tǒng)

4.3 飲用水除氟技術(shù)

地下水是農(nóng)村飲水工程重點研究對象，其污染程度輕，水質(zhì)相對較好，但同時也存在一些隱患，氟超標就是較為典型的問題，長期飲用該類水體，很容易對人體骨骼、牙齒等造成損傷，因此在開發(fā)地下水的環(huán)節(jié)中，還必須做好氟含量的檢測，發(fā)現(xiàn)超標問題要及時配備相應的處理措施。舊有技術(shù)模式中常常采用活性氧化鋁法，這種方式選擇性較強，對氟元素有針對性的去除作用，但其吸附容量較小，在面對農(nóng)村地區(qū)大量的水處理需求時會略顯乏力，也沒有相應的再生功能，水體處理完成后，還會遺留硫酸根離子、鋁離子等，影響飲用者身體健康，因此已經(jīng)逐漸被淘汰。

現(xiàn)有技術(shù)體系中，主要應用了沉淀分離、吸附分離兩大原理，前者代表性技術(shù)有電凝聚、電滲析法等，處理過程中不會出現(xiàn)次生有害物質(zhì)，除氟操作也相對穩(wěn)定、簡單，但在設備造價、運行管理上，要求相對較高，因此尚未得到大面積的推廣應用。其次是吸附分離法，該技術(shù)體系分支較多，當前伴隨研究的深入，新材料、工藝還在不斷涌現(xiàn)，骨炭法就是其中較具代表性的一員，對于原水pH 值適應能力較強，吸附容量也遠遠大于傳統(tǒng)材料，此外還有活性炭復合法、沸石法等技術(shù)。

5 結(jié)論

綜上所述，農(nóng)村安全飲水工程事關(guān)民生，相關(guān)部門應當正視現(xiàn)階段建設過程中的弊病問題，做好地質(zhì)、水文調(diào)查，重點把握水源井、管理站等基建建設工藝，合理選用管材、敷設給水、配水管網(wǎng)，同時加大新興水處理技術(shù)的引入、開發(fā)，綜合運用反滲透、電滲析等先進科技改造當前處理工藝，全面提升農(nóng)村安全飲水工程質(zhì)量，保障鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的落地實施。