集雨工程的水質研究進展

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摘 要： 摘 要 : 總結了國外在集雨工程的水質污染和保護方面的研究成果并對我國的水窖和水柜水質進行了調查, 結果表明我國集雨工程的水質不容樂觀, 水中氨氮、微生物 、COD 等多項指標超標, 而且新建集雨工程的水質呈堿性問題也亟需解決。 關鍵詞 : 集雨工程 ; 水質; 水窖 ; 水

　　摘 要 : 總結了國外在集雨工程的水質污染和保護方面的研究成果并對我國的水窖和水柜水質進行了調查, 結果表明我國集雨工程的水質不容樂觀, 水中氨氮、微生物 、COD 等多項指標超標, 而且新建集雨工程的水質呈堿性問題也亟需解決。

　　關鍵詞 : 集雨工程 ; 水質; 水窖 ; 水柜

　　1 國外研究進展

　　1.1 污染源和污染物

　　① 污染源

　　a.大氣

　　在工業發達地區, 由于空氣污染而導致飲用雨水不安全, 因此美國不主張在工業區的 48 km 范圍以內建設集雨工程作為生活用水源( 除非沒有其他水源) 。由于空氣污染, 在車流密度大的地方或重工業基地附近, 重金屬鉛是最常見的污染物。

　　b .集雨面

　　在集雨面上的主要污染物有:屋頂灰塵、鳥或動物的糞便 、落葉以及其他由人類帶來的污染物 。

　　在印度進行的試驗表明, 由于屋頂材料和結構的差異會導致集雨中的細菌含量有很大的不同, 其污染程度由低至高依次為:鐵制屋頂、塑料屋頂 、石棉瓦屋頂 、紅瓦屋頂, 這是因為石棉瓦和紅瓦屋頂表面呈波浪型, 鳥類易停留且其糞便 、灰塵和樹葉又難以被風吹走, 因此集蓄的雨水中往往大腸桿菌含量較高 ;而鐵制屋頂因表面光滑而使灰塵易被風吹走, 另外其表面被曬后溫度升高也易于殺滅細菌 。

　　② 污染物

　　a.微生物污染物

　　目前的研究已發現在雨水集蓄水樣中有很多類型的病原微生物, 包括沙門氏菌( Salmonela ) 、梭狀芽孢桿菌( Clostridium perfringens) 、產氣單胞菌屬 ( Aeromonas) 、弧菌( Vibrio parahaemolyticus) 、彎曲桿菌屬( Campylobacter) 、賈第蟲( Giardia ) 等, 但這些病原體對人體的危害性仍很難確定, 這是因為致病的因素很多, 如病菌的濃度、人的抵抗力 、使用方法( 放置多久 、煮沸與否) 等。另外由于集雨工程多為家庭行為, 如果發生水質問題而致病也因規模小而不會受到廣泛重視, 所以迄今為止有關因雨水水質而引起疾病爆發的報道僅有幾例。

　　20 世紀 80 年代有報道認為集蓄雨水水質達不到飲用水的標準, 特別是細菌學指標不合格 [ 1 ～ 3] 。

　　b .化學污染物研

　　究發現集雨水質的化學指標一般都符合飲用要求, 其含鹽量 、總溶解性固體、硬度等指標達到軟水或極軟水水平, 但也有例外, 如在新西蘭發現有 25 個家庭蓄雨水池中的鉛超過國家標準 12 %;在馬來群島還發現蓄雨水池中的鉛超標 3 .5 倍 。

　　1.2 水質保護措施

　　① 集雨系統設計

　　a .集雨屋頂應該采用光滑 、干凈 、不含有毒物質的不透水材料建造, 如蓄水池上有懸掛樹枝時應該移去以防樹葉下落 。

　　b .水龍頭或取水管距離蓄水池底板至少 5 cm 以上, 以防底泥進入。

　　c.蓄水池必須加蓋以避免陽光進入而導致藻類生長, 還應使用鋼絲網或尼龍網蓋住所有的入口以防止小動物進入 。

　　d .應在雨水入口處設置一個過濾器以預先除去樹葉 、泥沙等沉淀物 。

　　② 維護方法

　　a.定期檢查和清洗集雨系統的各個部位以確保蓄水箱無滲漏、無污染。

　　b .因大雨過后的水較渾, 故不要急于使用, 應經過凈化處理后再使用 。

　　c.不得將其他來源的水與水箱中的存水混合 。

　　③ 排除初雨

　　因初雨污染嚴重而不宜作為飲用水, 但“初雨” 如何定量 ? Yaziz 等人利用屋頂集雨采樣研究發現, 最初 1 L 雨水中的大腸桿菌含量為 40 ～ 410 個, 后續的 4 ～ 5 L 雨水中的大腸桿菌數幾乎為零 [ 1] 。 Thomas 在非洲對集雨工程的水質研究表明, 最初 1 mm 的降雨十分渾濁( 含泥量很高) , 而在 1 ～ 2 .5 mm 內其濁度則急劇下降, 因此去除 2 .5 mm 內的初雨是十分必要的。

　　在發達國家有許多類型的自動排除初雨的設備出售( 如自動沖洗水槽、蓄水池中設置沉淀小隔室 、自動沖洗的入口塞網等) , 但價格較貴。在發展中國家的貧窮地區一般只能采用人工操作去除初雨。

　　④ 防止蚊蟲孳生

　　當蚊子帶有害菌時會對人體健康帶來威脅, 目前適合于家庭生活蓄水池防蚊孳生的手段不多, 一般只能采取水箱密封或在入口處設立防蚊網等措施。

　　⑤ 貯存水的凈化

　　如果在雨水的收集和使用過程中出現污染則必須進行凈化處理 :

　　a.氯化處理, 當貯存的雨水有異色或異味時常采用此法 ;

　　b .煮沸處理, 煮沸 1 min 以上即可以保證集水不受細菌和病原菌的侵害 ;

　　c.過濾, 在雨水進入貯水池之前或使用之前進行過濾可除去水中的可見物;

　　d .陽光下曝曬, 因為太陽直接照射能殺死水中許多有害細菌, 所以可把水盛在透明的玻璃容器或塑料瓶中放在太陽下直曬幾個小時 [ 4] ;

　　e .紫外線照射, Fujioka 在夏威夷島進行的試驗表明, 利用太陽能紫外線設備對集蓄水中的指示性細菌指標的去除率可達 99 .9 % [ 5] 。

　　2 國內研究概況

　　2.1 水窖的水質及凈化

　　我國北方一般把建在地表之下的蓄水箱稱為水窖 。我國水窖的水質不容樂觀, 劉洪亮等人對地窖水質的研究發現, 由于貯存期過長而使地窖水帶有腥味, 水中微生物 、耗氧量、氨氮等也經常超標, 色度和濁度較差, Ⅰ級水率為 19 .23 %～ 79 .62 %, Ⅰ級和 Ⅱ級水總和也僅僅為 23 .08 %～ 92 .31 % [ 6] 。

　　劉洪亮等人采用高分子粘合劑將二氯異氰腮酸粘附、包容以使其逐漸釋放、慢慢溶出, 經這種簡易的持續消毒器處理后的地窖水 Ⅰ 級水率上升到 98 .84 %、Ⅰ級和Ⅱ級水總和達到了 100 %( 見表 1) 。

　　2.2 水柜的水質

　　南方的老百姓常常把建在地表的小水池稱為水柜 。廣西河池巖溶山區的水柜一般建在房屋附近( 1 戶 1 個) , 用灰巖塊石和水泥漿砌筑而成( 容積為 40 ～ 60 m 3 ) , 有些水柜頂部設有鋼筋混凝土蓋( 有些則無蓋) , 為取水方便老百姓多用膠管吸水入戶使用。

　　河池山區水柜的取水源是季節性山泉水, 雨水經過山體上的土壤、植被及山體本身的裂隙滲濾后流出的泉水十分清澈, 每到暴雨季節有突發性山泉時才有水涌出, 因此每個水柜在一年之中往往只能注一次水, 村民們則必須靠各自水柜中的存水生活一年。

　　分別取 1 # 、2 # 、3 # 水柜存水進行水質監測的結果見表 2 。由表 2 可見:

　　① 有蓋水柜的水質尚可, 除了 pH 值偏高之外, 其余指標均達到飲用水標準, 可見只要防護得當, 優質的山泉水在儲存 7 個月或更長的時間后仍可作為生活飲用水 ;

　　② 無蓋水柜的水質比較差, 主要表現在經常有藻類、樹葉、草屑、搖蚊幼蟲等漂浮物且細菌總數 、 COD 、氨氮、亞硝酸鹽氮往往超標( 農村飲用水的推薦標準見參考文獻[ 7] ) , 另外無蓋水柜水的氯化物 、硫酸鹽、總氮、細菌總數也要高于有蓋水柜。不過由于無蓋水柜中的藻類吸收了水中的一部分磷而使其總磷含量明顯低于有蓋水柜;

　　③ 三個檢測水樣中的水均為弱堿性, pH 值都超過了飲用水的水質標準( 8 .5) , 堿化原因推測為水柜內壁水泥石中的 Ca( OH) 2 在軟水( 硬度 <1 .5 mmol L) 的長期作用下發生溶解的結果, 同時也使水中的 Ca 2 + 、硬度和總溶解性固體均有所提高。為了減少堿性危害, 建議在建造飲用水柜時使用有硅灰、稻殼灰等摻合劑的水泥;

　　④ 水柜中的大腸桿菌含量較少說明該地區建造水柜位置的選擇是恰當的, 能有效地防止人、畜糞便的污染 。但有些水柜的總菌數超標, 建議對貯存期較長的水必須煮沸后方可飲用 、漱口。

　　3 結語

　　① 從目前的研究資料看, 我國集雨工程的水質問題不容樂觀, 特別是水窖的污染較嚴重, 而南方山區地表水柜的水質較好, 其原因仍需深入探討, 以利于改善水窖水質 。

　　② 初建的水窖和水柜因蓄水與水泥石發生反應而使水質呈弱堿性, 如何有效地防止此現象還需進行深入研究。——論文作者：藍俊康 1 , 藍艷紅 2

　　參考文獻:

　　[ 1] Wirojanagud W, Hovichitr V .Evalua tio n of rainw ater quality:heavy metals and patho gens[ M] .Ottaw a:IDRC, 1989 .

　　[ 2] Fujio ka R.Guidelines and microbial standards for cistern w aters[ A] .Pro ceedings of the 6 th international conferences on rainwater cistern sy stems[ C] .Kenya:Nairobi, 1993.

　　[ 3] Krishna J.Water quality standards for rainw ater cistern systems[ A] .Proceedings of the 6 th International Conferences on Rainwa ter Cistern Sy stems[ C] .Kenya:Nairobi, 1993.

　　[ 4] Wegelin M, Sommer B.Solar w ater disinfectio n ( SODDIS) -destined fo r wo rldw ide use ? [ J] .Waterliness, 1998, 16( 3) :30 -32 .

　　[ 5] Fujioka R, Rijal G, Ling B .A solar powered UV system to disinffect cistern waters[ A] .Proceedings of the 6 th I nternational Conferences on Rainwater Cistern Systems[ C] . Keny a:Nainobi, 1989 .

　　[ 6] 劉洪亮, 俞振泰, 馬蔚, 等.簡易持續飲水消毒器處理地窖飲用水的試驗 研究[ J] .中國公 共衛生, 2000, 16 ( 10) :927-928 .

　　[ 7] 蔣興錦.飲水的凈化和消毒[ M] .北京:中國環境科學出版社, 1989 .