集中式供水水源地环境现状

第九章　农村水资源循环经济管理实例

农业和农村地区用水是中国的水资源利用“大户”，2010年农业用水占全国总用水量的61.3%(来源于《2010年中国水资源公报》)，渠灌区水的有效利用系数约40%，井灌区约60%，与发达国家80%的有效利用系数相比，还有一定差距。2008年，全国共评价农业用水区442个，水资源质量达标的有166个达标，达标率仅为37.6%，其中水面面积达标率仅占23%(来源于《中国水质量资源年报》)，说明农业用水区水质安全形势仍很严峻。因此，基于我国“易学”思想并运用现代系统思考的理念，加强对农村水资源循环经济管理，提高水资源利用效率和水质量安全管理具有重要意义。本章以甘肃省庆阳市华池县为例，展示农村水资源循环经济管理的实际应用。

第一节　农村水资源利用与保护现状

华池县为甘肃省陇东地区干旱县(区)之一，境内水资源较为匮乏，全县15个乡镇大部分饮用水源供水不足，县域内部分乡镇地表径流、地下径流受到附近石油开采、农业面源及生活污染源等污染，其中以石油开采对水质影响较为明显。

一、集中式供水水源地环境现状

集中式供水水源地环境现状:华池县共有28处水源地。其中，县城水源地3处，东沟(柔远镇张川村)、鸭儿洼(悦乐镇鸭儿洼村)、林镇第三水源地(林镇乡黄渠村梁沟门组，主要涵盖山庄乡尚湾村、南梁乡的荔园堡村)，均为地表水水源;乡镇水源地25处，其中地表水4处，地下水21处，水质达到三类的有16处，其余水质都在四类乃至五类以上。各水源地现共计供水人数为2.96万人，占全县人口的22.2%。已建成的集中供水工程，主要采用建设集中供水点和供水到户两种供水方式。

(1)石油开采对集中式供水水源地影响

华池县石油开发区域已涵盖全县15个乡镇，63个行政村，设有5个采油作业区，采油区块28个。在石油勘探、钻井、采油、井下作业和油气集输等过程中，落地原油、含油废水等污染物排放使水资源环境受到较大程度污染。境内6条主要河流均受到程度不同的污染。其中，以柔远川、城壕川、元城川的元城以下河段水体污染最为严重，已不能达到饮用水卫生标准，悦乐镇以下河段水质已明显影响正常农业生产灌溉。

华池县现有集中供水水源地中地表水源为4个，现场调研发现白马乡白马村蒋岔沟水源地、上里塬乡彭家寺村彭家寺沟水源地、悦乐镇等集中式地表水水源已明显受到石油开采影响。由于石油钻探、开采过程中会对地下水含水层地质结构、含水层性质、赋存条件造成影响，继而污染水质。以及在采油废水回灌过程中可能出现的侧向渗漏等情况，对集中式供水地下水水源亦会产生影响，现场调研还发现元城镇元城村张川沟水源地水质污染情况严重，部分水质理化指标明显超国家有关标准。

(2)农村面源污染对集中式供水水源地的影响

对华池县农村集中式供水水源地造成影响的面源污染主要有农村生活污水污染、禽畜养殖污染及农药化肥施用污染等。其中，农村生活污水及固体废弃物对集中式供水水源地污染主要由于生活垃圾随处倾倒、生活污水直排后影响河川径流水质;畜禽养殖污染主要是指畜禽粪便直排影响径流水质;此外，农田施用的化肥流失及残留农药等面源污染对集中式供水水源地地表水水源及地下水水源水质均有不同程度的影响。

(3)其他污染源对集中式供水水源地的影响

在现场调研中发现由于水源地周边缺少相应的防护措施，农村居民生活污染源对集中式供水水源地也会造成影响，如垃圾堆放处与集中式供水水源地距离过近，或者由于水源地周边生态环境较差，由于雨水冲刷将污染物带入河道，继而对水质造成影响。此外，还发现诸如距南梁乡上湾村窨子沟水源地集水池30米左右处现存一废旧物质回收点;紫坊畔乡高庄村水源地上游现存的村镇卫生院和学校对水源地水质构成一定威胁。

二、分散式供水水源地环境现状

华池县现已建成各类分散式供水工程3630处，供水人口4.15万人，其中:小电井工程解决人口2.30万人;集雨工程解决人口1.67万人，引泉解决0.18万人，该类工程部分水质相对较好，大部分基本可满足饮用水水质标准。

但是，由于华池境内的油田开采作业，石油开采对分散式供水水质的影响日趋明显，主要由于开采过程中对浅层地下水含水层地质结构、含水层性质的改变，以及采油废水回灌过程中的渗漏而造成对水质等影响。调研过程中发现诸如柔远镇孙家村王峁子组分散水源受石油污染较为严重。

华池县农业面源污染对分散式供水水源主要影响主要是由于水窖集流场周边环境受到破坏，继而影响到水窖水质。

结合对甘肃省庆阳市华池县农村饮用水水源地现场调研的相关资料(表9-1)，做问题树分析(图9-1)。

图9-1　华池县农村饮用水水源问题树

三、生活污水收集与处理现状

华池县年生活污水排放总量为73.94万吨，没有相应的污水处理设施，污水全部直接排入附近环境水体，生活污水排放占到污水排放总量的99.9%，造成境内河流环境压力大，柔远河部分河段已成为劣V类水质。

表9-1　华池县农村饮用水水源地保护现状

续表

第二节　农村水资源循环经济管理要点

一、饮用水水源地的供水安全管理要点

针对华池县农村饮用水水源问题树的分析，全县饮用水水源保护的要点(图9-2):

第一，对于集中式供水水源水量不足的，应对其储水设备进行扩容处理或选择水量充沛的新水源点。

第二，集中式供水水源地由于其水质本底原因而使水质不合格的，应采取集中式水处理工艺整治措施，华池县情况主要为针对氟超标、含盐量超标(苦咸水)等方面的工艺处理;对于分散式供水水源水质由于水质本底原因而不合格的，应通过使用小型水处理设施进行水质处理。

第三，集中式供水水源污染防治措施，首先应建立饮用水水源保护区进行水源保护，防止面源污染发生;其次，对集中式供水水质进行水处理工艺整治措施，包括对于由于垃圾渗滤、生活污水排放及禽畜粪污等造成的氨氮或有机物超标，同时也包括由于石油开采造成的NAPL(非水相流体)污染等。

第四，对集中式供水水源二次污染，应采取改进现有输配水系统和设施。

二、农村生活污水收集与处理要点

根据本地自身条件，建设和完善排水收集系统，因地制宜开展农村生活污水治理。县城府驻地:柔远镇所在村生活污水采用排水管线接入县城污水厂集中处理的方式;对于人口密集、经济发达，并且建有污水排放基础设施的悦乐、五蛟、元城、南梁、山庄、城壕六乡镇所在村宜采取雨污分流污水集中处理方式;对于人口相对分散，经济欠发达的上里塬乡、王咀子乡、白马乡、怀安乡、乔川乡、乔河乡、林镇乡、紫坊畔乡所在村，暂时不具备管道敷设条件的则尽量采用分散式处理的方式，并留有今后改造接管进污水处理设施的余地，提高处理效果可采用截流式合流制污水集中处理方式;对居住分散、经济条件较差的村庄雨污水收集一般不鼓励采用分流制，生活污水采取分散式、低成本、易管理的生活污水净化沼气池等简易处理方式，排水收集管线设计参照《室外排水设计规范》(GB 50014—2006)，(图9-3)。

图9-2　华池县农村饮用水水源地环境整治图

图9-3　华池县农村生活污水收集处理模式分布图

第三节　农村水资源循环经济管理措施

一、饮用水水源地的供水安全管理措施

(1)水源地保护

对于水源整治主要为规划并建立水源保护区。保护区内严禁一切有碍水源水质的行为和建设任何可能危害，现有水源保护区内所有污染源应进行清理整治。其中，地下水水源保护区应符合下列规定:水源井的影响半径范围内，不应开凿其他生产用水井。保护区内不应使用工业废水或生活污水灌溉和施用持久性或剧毒农药，不应修建渗水厕所、污废水渗水坑、堆放废渣、垃圾或铺设污水渠道，不得从事破坏深层土层活动;雨季应及时疏导地表积水，防止积水入渗和漫溢到水源井内;渗渠、大口井等受地表水影响的地下水源，防护措施应遵照地表水水源保护要求执行。

针对华池县农村地表水水污染情况，应重点做好以下几个方面的工作:

1)地表水体环境保护与污染防治

实施重点流域水污染与生态保护综合整治工程。加大对重点流域地表水污染防治。按照庆阳市水环境功能区水质要求，严格核定排污单位的排放总量，严格实施排污许可证制度，严禁无证或超标排放。组织编制流域整治年度计划，按照坚持规划、计划带项目的原则，加强流域环境治理示范项目跟踪监督，推进畜禽养殖污染整治工程、城镇环保基础设施建设工程、重点水源保护工程、污染防治及清洁生产促进工程、生态功能保障工程、循环经济试点工程、生态农业示范工程、环境管理能力建设工程等工程，逐步实现流域水功能达标。

推进饮用水源保护工程。组织编制并实施县城饮用水源保护规划和整治计划，启动建制镇饮用水源地调查与保护规划编制工作，加强对各地饮用水源保护工作的指导。开展饮用水源保护区执法检查和污染整治，全面清理取缔饮用水源一、二级保护区内各类排污口和建章建筑，确保地区饮用水安全。

加强工业聚集区水污染治理综合整治流域内各级工业聚集区，完善区内污水处理设施，以清洁生产为手段，大力发展循环经济，按照国家和省市要求确保完成节能减排任务，削减水污染物排放量。

加强矿产资源开发环境管理。对油田开发项目，要严格执行并监督落实市政府的规定，依法规范审批程序，坚决杜绝任何形式的超范围超权限审批或规避审批擅自开工建设的违法违规行为，切实做到审批程序规范。对煤炭资源的开发项目，都要按照国家和地方的要求，尽快启动环评，务必做到先环评后开发。同时要加强勘探开发各环节的环境监管，全面落实各项环保措施，确保环境安全。

促进畜禽养殖业污染整治。大力推广立体种养模式，开展规模化养殖场治理。结合实施农村沼气建设工程，治理散养养殖污染。

加强对水污染重点源排污口在线自动监测设施建设，实现排污监控计算机网络化，建成水环境质量和水污染重点源自动监测、监控网络。同时，积极推广环保设施运营的专业化、企业化、市场化运行机制，确保废水处理装置正常运转率和废水达标率达到100%。

2)地下水体环境保护与污染防治

合理开采和利用地下水资源。从可持续发展的角度出发，有计划地开发和利用这些有限的地下水资源。保护地下水资源，制止过量开采地下水，减少地下水位下降幅度，防止地面沉降等，以减少污水的下渗。在开发利用过程中做到采补平衡，严格控制地下水开采量的同时，还应采取多种措施加大对地下水的回灌补给。

在油田开采区周边建立水质监测网。加强基础设施建设，建立水质监测站网，迅速补充和完善地下监测井网，逐步建立和完善水环境监测体系。特别是针对石油开采和煤田开采区域周边，应设立地下水观测专用井，建立地下水动态监测与分析预测服务系统。对重点污染地区(段)进行重点监测，系统掌握区域地表水、地下水水质的污染发展变化及动态特征，为开发利用和管理保护提供及时、科学的依据。

开展地下水环境脆弱性调查评价及编制评价图册。脆弱性调查评价可以为决策、管理人员和规划、设计人员提供有关地区地下水环境的条件，指导工程选址、选线，也将对地下水水质监测起指导作用。对于脆弱性高的地区，可以加强监测，这样使得监测网的布设更为科学和合理，避免人力、物力的分散和浪费。

工业点源污染防治。对石油、煤田开采加工区的污染源排放实行总量控制。加强污染物流失总量的管理，以污染物流失总量为管理指标，把环境要求变成指标，对于工业“三废”采用先进技术、改进生产工艺、采取无污染或少污染的新工艺，应用闭路循环模式把工业“三废”的污染消化在生产过程中。要建立污水处理厂，用物理、化学和生物方法对工业废水进行处理，达标后再排放到自然界中。

农业面源污染防治。在农业体系中使用高效的灌溉技术及科学的耕作方式，寻求科学合理的施药施肥技术，尽量少施化肥、少施农药，尤其少施合成农药，将传统的漫灌方式改为喷灌和滴灌方式。严禁使用渗井、渗坑排污，污水沟渠要能防渗。对还在使用的渗井、渗坑、自然渗漏的化粪池和清污合流制下水道排污的城市尽可能清除和改造。垃圾场、粪便坑要能防渗，尤其是在浅层地下水范围内，要做好粪坑和污(废)水的防渗工作，禁止用未处理过的污水灌溉。

对受污染地下水的治理。对于某些污染水可通过人工补给被污染的地下水，采取强排方法使其稀释和净化;对于某些水文地质情况特殊的地区可通过改变地下水径流条件，加速水的交替循环，以达到改善水质之目的;也可对污染的地下水采用防渗墙或防渗帷幕进行堵塞或截流，通常应穿透含水层直达隔水层。除此之外，地下水处理方法主要有抽水处理法、生物处理法、渗透性屏障处理法、循环井处理法等。综合利用各种措施和技术进行组合，合理经济地治理地下水污染。应积极采取工程措施提取可利用的塬边泉水，合理开发地下水。另外要充分利用地表水，大力兴建蓄水工程设施，最大限度地拦蓄天然降水，提高水资源利用率。

(2)集中式供水水质净化

1)供水水质净化

华池县集中供水水质给水处理工艺整治主要涉及:有氟超标、含盐量超标(苦咸水)、氨氮或有机物等水质监测指标超标以及针对石油开采造成的NAPL(非水相流体)污染等方面的处理:

原水氟超标处理工艺:

或

含盐量超标(苦咸水)处理工艺

氨氮或有机物超标处理工艺

或

石油开采NAPL(非水相流体)污染处理技术

目前应用较为成功的整治技术包括:现地化学氧化、热处理、界面活性剂冲排、生物修复、植物修复、零价金属等。同时，也可采用针对原水浊度超标的相关工艺对水质进行处理。基于华池县现状，综合考虑处理成本、实施技术难度等，现地化学氧化法、界面活性剂冲排法以及针对原水浊度超标的情况较为适用。

现地化学氧化:该方法是将氧化剂注入到受污染的地下水中，再借由氧化还原反应已达到污染物降解的目的。其常用的氧化剂有:过氧化氢(在酸性环境中，以铁为催化剂，并产生氧化能力极强的氢氧自由基，可分解大部分的有机污染物);高锰酸钾(氧化能力较弱，但由相转移催化作用可进入疏水信NAPL，适用于含氯烯类污染物处理);臭氧(同样可产生氧化能力较强的氢氧自由基，但其在水中溶解度较低)

界面活性剂冲排法:该方法主要利用成对的地下水井，在其中一口中注入表面活性剂，在另一口将地下水及NAPL抽出，最终将NAPL完全移除。

原水浊度超标处理工艺:

A.原水浊度长期不超过20NTU，瞬时不超过60NTU的地表水，可采用列处理工艺:

或

B.原水浊度长期不超过500NTU，瞬时不超过1000NTU的地表水，可采用下列处理工艺:

或

或

2)输配水管道整修

输配水管道的整修应符合:现有供水不畅的输配水管道应进行疏通或更新，以解决跑、冒、滴、漏和二次污染等问题;

输水管道的整修应符合:应满足管道埋设要求，尽量缩短线路长度，避免急转弯、较大的起伏、穿越不良地质地段，减少穿越铁路、公路、河流等障碍物;新建或改造的管道应充分利用地形条件，优先采用重力流输水;

配水管道宜沿现有道路或规划道路敷设，地形高差较大时，宜在适当位置设加压或减压设施;

村庄生活饮用水配水管道不应与非生活饮用水管道、各单位自备生活饮用水管道连接;

输配水管道的埋设深度应根据冰冻情况、外部荷载、管材性能等因素确定。露天管道宜设调节管道伸缩设施，并设置保证管道稳定的措施，还应根据需要采取防冻保温措施;

输配水管道在管道隆起点上应设自动进(排)气阀。排气阀口径宜为管道直径的1/8～1/12，且不小于15mm;

管道低凹处应设泄水阀，泄水阀口径宜为管道直径的1/3～1/5;

管道分水点下游侧的干管和分水支管上应设检修阀;

室外管道上的闸阀、蝶阀、进(排)气阀、泄水阀、减压阀、消火栓、水表等宜设在井内，并有防冻、防淹措施。

二、农村生活污水收集与治理措施

农村生活污水整治包括排水收集系统布置和生活污水处理工艺的选择。

(1)排水收集系统布置

根据农村的特点，结合地形地貌，因地制宜采用多种收集及处理模式。当前主要有三种污水收集布置模式:

1)管网截污

对于距离华池县县城区较近，附近有污水管网，村子地势有较平缓的村庄，可以考虑铺设全村污水管网，将污水收集后，直接接入附近的县城管网由污水厂进行处理。这种污水治理模式，不需要在村庄附近建污水处理站，污水治理也比较彻底，但对村庄的地形条件有一定的要求，高低落差要符合接入县城管网要求，同时接入县城管网也需要一定的投资。具备这种外部条件的村庄或区域，可以采用管网截污的治理模式(图9-4)。

图9-4　管网截污模式

2)集中布置

通过在华池县农村铺设污水管网，将污水收集后，再进入污水处理站集中处理。这种模式适用地势平缓的村子，治理效率高、占地少、处理彻底，出水水质标准高，水质稳定性好，可以有效解决农村水环境污染问题(图9-5)。

图9-5　农村管网集中布置模式

3)分散布置模式

这种模式是农村污水治理的主要模式，农村住户分散，相互之间距离远，而且往往地势高低错落，沟渠横穿村落，将这些各自汇集流淌的污水收集到一起集中处理，难度很大，甚至需要采取污水管道保温措施或进行污水提升，这对相对落后的农村来说，投资及运行费用均较大，而且实施起来难度也很大，为了有效治理污水并节省工程投资，可以根据村庄居住密度、地势坡度、沟渠位置等，将每个村划分为大小不同的区域，将每个区域铺设局部污水管网，将各自收集污水，各自处理，各自回用和排放。

(2)污水处理工艺

农村污水末端排水口靠近县城污水管网区域，污水可直接纳入县城污水处理系统外。居民点集中的村庄的污水均需收集处理，建设污水处理设施，对于雨污分流的村庄建设集中污水净化沼气池，雨污合流的村庄建设土壤渗滤系统，使出水达到回用或排放标准。分散式农户对生活污水处理，主要以户用沼气池为切入点新建或改建户用污水净化沼气池，根据对多种污水处理工艺的比选，结合考虑村庄的地理位置、出水排放要求等，适合当地农村生活污水处理的主要有两种工艺:生活污水净化沼气池工艺;“化粪池或沉淀池+土壤处理”工艺。

1)生活污水净化沼气池工艺流程

生活污水净化沼气池处理技术具有投资分散、耗能源少、运行费用低以及节约用地等优点，同时经处理的污水，可直接用于村庄绿化和庭院美化缓解当地水资源短缺的矛盾。根据居民居住的集中与分散，将污水净化沼气池流程分为两种(见图9-6)。

集中式净化沼气池污水处理流程:

户用净化沼气池污水处理流程:

图9-6　生活污水净化沼气池工艺流程

2)地下土壤渗滤系统

华池县集中式农村居民点的生活污水可采用地下渗滤系统处理，该系统将污水投配到土壤表面具有一定构造的渗滤沟中，污染物通过物理、化学、微生物的降解和植物的吸收利用得到处理和净化。并且投资省，运行费用低，管理简单，维护方便，有净化污水、美化绿化环境和节约水资源的综合效果，经处理后的污水可作为集中式居民点的街道绿化、冲洗等对水质要求不高的再生水(图9-7)。

图9-7　地下土壤渗滤系统