简论电渗析与反渗透技术在沧州农村分质供水中的除盐降氟效果分析

摘要：河北东部平原靠近渤海的沧州地区，由于浅层地下水苦成，深层地下水高氟，农村饮用水质严重不达标。为了改善饮水状况，近年来该市采用电渗析与反渗透技术进行除盐、降氟，实施农村分质供水，大大提高了人们的生活饮用水质量。通过两种除盐、降氟技术的应用实例，分析比较了两种技术设备的水质处理效果，为进一步推广应用提供技术参考。

关键词：高氟水；苦咸水；电渗析；反渗透；农村饮水；处理效果

1、研究背景

我国东部环渤海一带，包括天津南部、河北东部、山东北部的部分地区，浅层地下水苦成，深层地下水高氟，有些地方还会高氟、苦咸伴生出现，特别是河北的沧州地区，是重中之重。沧州市的青县、吴桥、东光、沧县、南皮、黄骅等县(市)是全省乃至全国较为严重的苦咸和高氟水地区。据2005年沧州市农村饮水调查和化验结果显示，全市560.4万农村人口中有267.96万人饮水不安全，其中水质不达标饮用高氟水的有199.89万人，饮用苦咸水的有37.71万人。

沿海地区的苦咸水主要是海水入侵造成的，长期饮用苦咸水导致肠胃功能紊乱、免疫力下降，诱发和加重心脑血管疾病。氟是人体必需的微量元素之一，饮用水适宜的氟浓度为0.5－0.1 mg/l。当饮用水缺氟，人易患龋齿病，摄取过量也会损害人体健康。如长期饮用氟含量浓度高于1.0 mg/l的水，则会引起氟斑牙病，长期饮用氟含量浓度为1.5 mg/l以上的高氟水，会引起氟骨病。沧州市的氟病是由于大量饮用深层地下水造成的，人群普遍出现弯腰驼背、脊椎变形、牙黄黑、手脚关节增生肿等现象，青少年牙齿普遍出现了“氟斑牙”，氟斑牙患病率达90％，已引起了该市对这种特殊水质的高度重视。2001年以来，沧州市利用电渗析技术实施苦咸水淡化和降氟改水工程，后来发展利用反渗透技术，现在又探索使用活化沸石分子筛等吸附降氟技术，截止到2009年，全市已安装水处理设备475台，其中电渗析436台，反渗透39台，安装苦咸水淡化设备37台，使525个村、48.6万人饮用上了合格的卫生水。利用电渗析、反渗透两种方法实施苦咸水淡化或降氟，是采用除盐的办法，通过去除普遍的阴离子而去除氟离子。

2、除氟改水技术在沧州的应用和发展

除氟改水技术在沧州应用和实施始于20世纪80年代。80年代中期，在沧州地区推广了家庭式除氟罐。该设备利用离子交换原理，用粒状除氟剂进行除氟，其效果尚可，但由于除氟剂使用期短，处理后水的口感不好等原因，逐渐被人们放弃。80年代中后期，农村改水降氟主要采用以胶泥作为吸附剂的方式，在防渗坑塘边修建渗透井，渗透井与坑塘间用一定厚度的胶泥做间隔，坑塘中的高氟水通过胶泥层流入渗透井中以达降氟的目的。但这种方式供水量小，同时胶泥存有吸附饱和问题，加之卫生、管理等因素的影响，原修建的坑塘现已踪影全无。沧州市为了解决农村饮用高氟水和苦咸水问题，近几年，又利用电渗析、反渗透技术实施苦咸水淡化和改水降氟工程，实行农村分质供水，大大提高了人们的生活饮用水质量。下面通过对两种除盐、降氟技术的应用实例，分析比较了两种技术设备的除氟、脱盐效果，为进一步推广应用提供技术参考。

2.1　电渗析、反渗透设备淡化处理苦咸水的案例分析

电渗析(ed)法是利用离子交换膜，在直流电场的作用下，溶液中可溶性离子迁移，离子可以有选择地透过，即阴离子膜仅允许阴离子通过，而阳离子膜则仅允许阳离子通过。通过离子交换膜得到分离，以达到除盐和降氟的目的；反渗透(r0)法是在浓溶液一边加上比自然渗透压更高的压力，改变自然渗透方向，把溶液中的离子压到半透膜的另一边，借助于半渗透膜的选择截留作用，将溶液中的溶质与溶剂分开的分离方法，将原水中的无机离子、细菌、病毒、有机物及胶体等杂质去除，以达到除盐和降氟的目的。

本文结合农村分质供水示范课题，在黄骅市旧城镇小六间房村，建成苦咸水淡化分质供水示范点一处，先后对同一水源采用两种技术设备进行过咸水淡化处理。具体情况为，该村有村民980人、270户，村中饮用水水源为浅层地下水，原水中含盐量大于2.0 g/l，浅层地下水抽出后经自来水管道直接输送至各家各户，每天中午定时供应1 h，另处安装苦咸水淡化设备一套，供村民生活饮用水。在2009年12月28日前建有供水量1.0 m3h的电渗析设备1台，之后拆除立即更新为供水量0.5 m3/h的反渗透设备，村民自备桶到净化站接水，淡化的桶装水0.5元/25 l，村民只有饮用时才使用经处理后的桶装水，做饭、洗衣、清洁用水大都使用自来水。经河北省水环境中心石家庄分中心的水质检测分析，两种设备淡化效果如表1。

从表1看出，电渗析水处理设备对硫酸盐、高锰酸盐指数、钠、氟化物、硝酸盐氮、溶解性总固体、总硬度、氯化物的去除率从低到高在45.7％－86.5％之间，硫酸盐去除率最低45.7％，氯化物去除率最高86.5％，氟化物去除率为75.2％；反渗透水处理设备从低到高在80.3％－100％之间，氟化物去除率达到了100％。两种水处理设备出水水质均达到了我国生活饮用水卫生标准。总体比较，反渗透设备处理水质优于电渗析设备处理水质。

2.2　反渗透、电渗析设备净化处理高氟水的案例分析

2.2.1　反渗透设备降氟案例分析

黄骅市南排河镇赵家堡村，有村民3 300人、1 100户，过去靠一眼深井维持全村吃水，由于井位浅，地下水位下降，出水量降低，且水质高氟，不能满足饮水安全需求。为改善该村饮水状况，结合《农村分质供水技术集成与示范》课题和农村饮水安全工程，2007年该村新打650 m深机井l眼，出水量50 m3/h，埋设了地下管道向村民每天定时供应自来水，供村民做饭、洗衣、清洁等用水使用。同时安装了上海itt水处理公司的5.5 m3/h反渗透设备，建成改水降氟分质供水示范工程一处，向村民供应桶装净化水，解决了村民吃水难和喝高氟水的问题。经河北省水环境中心石家庄分中心2009年u月5日水质检测分析，水质净化效果如表2。2009年4月9日黄骅市疾病预防控制中心也对该村饮用水质进行了检测，水质净化效果如表3。

从表2看出，高锰酸盐指数指标去除率均最低，为23.9％，其他指标去除率均在70％以上，其中溶解性总固体、氟化物、硫酸盐、氯化物和溶解性铁指标去除率均在75％以上，从表3看出，5项指标去除率在76.2％以上，氟化物、氯化物、总硬度去除率在93.2％以上。两检测结果均达到了我国生活饮用水卫生标准。

2.2.2　电渗析设备降氟案例分析

结合《农村分质供水技术集成与示范》课题，在东光县大

单镇砥桥村建电渗析降氟分质供水示范工程一处：该村人口1000人、280户，有400m深井1眼，出水量50m3/h，每天向村民供应洗衣、做饭、清洁等生活用自来水1 h，另安装1.0m3/h的电渗析降氟水处理设备，处理水制成每桶18.9 l的桶装水，向村民供应标准桶装生活饮用水，每桶定价0.5元，由每家换桶自取。经河北省水环境中心石家庄分中心2009年11月5日水质检测分析，水质净化效果如表4。

从表4看出，高锰酸盐指标去除率均最低为2.3％，氯化物指标去除率最高为85.1％，氟化物和溶解性铁指标去除率较低，分别为51.5％和50％。其他指标去除率在70.9％－77.1％之间，氟化物指标略超，超标倍数0.11，但也不超过农村小型集中式和分散式供水指标限值1.2 mg/l范围。

电渗析、反渗透设备降氟净化效果比较：从表2至表4总体对比分析，反渗透设备指标去除率和降氟效果优于电渗析设备。

3、电渗析、反渗透技术多测点除氟脱盐效果分析

在机井原水水质方面，由于受自然条件、降雨补给条件、水文地质条件、成井深度等诸多因素的影响，不同机井的原水水质是不相同的。即使同一眼机井在不同季节、不同开采时段的水质指标含量也有差别；在净化水水质方面，由于各水处理设备生产厂家制造设备使用的材料、制造工艺、设计参数不同，所以处理后净水水质指标含量也存在着差异，所以水处理分析单测点个别案例可能存在着片面性，代表性不强，下面利用实测多测点水质处理数据，分析比较电渗析与反渗透的除氟、脱盐水质净化效果。采用美国哈希公司pcⅱ型单参数水质分析快速测氟仪检验水质的含氟量，同时用tm－03防水型电导仪检测水质的电导率，检测电渗析设备处理深井水水质降氟水样14个(表5)，检测反渗透设备处理深井水水质降氟水样6个(表6)。检测结果对比分析，电渗析设备净水含氟量指标范围0－1.0，反渗透0－0.1；电渗析设备净水电导率指标范围32－544，反渗透25－131；电渗析设备除氟率范围64.3％－100％，反渗透94.1％－100％；电渗析设备脱盐率范围73.8％－98.6％，反渗透94.2％－99.1％；电渗析设备除氟率平均值83％，反渗透96.7％；电渗析设备脱盐率平均值88％，反渗透96.3％；电渗析设备脱盐率平均值，高于除氟率平均值，相反反渗透设备除氟率平均值高于脱盐率值；总体分析，反渗透设备无论是除氟还是脱盐均优于电渗析设备，见表7。

4、结论和与讨论

2001年以来，沧州市利用电渗析和反渗透技术，实施了苦咸水淡化和改水降氟工程，收到了显著的效果，至少解决了近50万人的饮用劣质水问题。本文通过对两种技术设备的降氟、除盐水质处理效果分析，就水质而言，无论是利用电渗析还是利用反渗透技术，高氟水和苦咸水经过处理后、含盐量和含氟量均能达到饮用水水质标准。但总体比较，反渗透设备无论是除氟还是脱盐均优于电渗析设备，这一结论与有关文献研究结果相同。但就电渗析设备处理效果本身而言，脱盐率高于除氟率，电渗析设备对硫酸盐的处理效果较差，这与有关文献研究结果一致。相反反渗透技术除氟率略高于脱盐率。

以上结果也并不绝对说明反渗透设备就比电渗析设备好，由于反渗透设备处理水质纯度高，在去除绝大部分无机离子和有机分子的同时，有同时去除对人体其他有益离子的缺点，相反电渗析设备的选择透过性较反渗透好，因此可能会获得比反渗透营养价值更高的饮用水。所以为使产品水中保持对人体有益的、合理的硬度和矿物质，反渗透处理水中还要勾兑一定比例的原水。总之，仅从处理水质上评价电渗析与反渗透设备的适应性是不够的，还要进行综合分析，最重要的是要因地制宜。