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行業(yè)資訊/Industry news
城鄉統籌背景下農村供水面臨的挑戰與解決對策
2021-12-22 16:48:29凈水技術(shù)



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趙志偉,重慶大學(xué)教授、博士生導師, “中國水業(yè)人物·教學(xué)與科研貢獻獎”獲得者,兼任中國城鎮供水排水協(xié)會(huì )青年工作者委員會(huì )副主任、《凈水技術(shù)》青年編委。主要從事飲用水安全保障與水環(huán)境保護方面的應用基礎研究與工程實(shí)踐工作。



由于農村發(fā)展的歷史特性,農村供水受自然地理、經(jīng)濟發(fā)展等多種因素影響,極大限制了農村生活生產(chǎn)與新農村建設?!笆舜蟆币詠?lái),國家政策持續關(guān)注農村供水安全,財政支持力度持續增加,已建成大量集中供水工程,農村供水 實(shí)現了跨越式發(fā)展。


根據水利部《2019 年農村水利水電工作年度報 告》、2021 年中央一號文件,截至 2019 年,全國整體完成農村飲水安全鞏固提升工程,17 個(gè)省份完成農村飲水安全脫貧攻堅任務(wù),農村集中供水率達到 87%,自來(lái)水普及率達到 82%,農村飲水工作進(jìn)入實(shí)施農村供水保障工程階段,有條件地區率先進(jìn)入城 鄉供水一體化建設階段?,F階段,農村供水已形成城鄉一體化供水、小型集中供水、分散供水并存的城鄉統籌供水格局,是未來(lái)一定時(shí)期內農村供水面臨的基本局面。

在城鄉統籌背景下,隨著(zhù)新時(shí)代農村生活水平的提高,廣大農民群眾在飲水方面提出了更高要求。在新時(shí)代政策背景和新的水質(zhì)標準約束下,大量已有農村供水工程面臨新的發(fā)展形勢,在工程提標改造方面面臨諸多新挑戰。


1 農村供水的政策形勢


1.1
農村供水發(fā)展歷程


自新中國成立以來(lái),國家對農村飲用水保障與飲水安全的相關(guān)工作和財政投入持續發(fā)力,經(jīng)歷了從解決農村飲水困難到關(guān)注農村飲水安全兩個(gè)工作階段。


建國初期—20世紀80年代,主要通過(guò)灌溉工程等小型農田水利工程解決人畜飲水問(wèn)題,以防病改水為主;20 世紀90年代—2005年,主要通過(guò)國家規劃實(shí)施,解決農村飲水困難。自2005年開(kāi)始,農村供水從解決飲水困難階段進(jìn)入農村飲水安全階段,通過(guò)“十一五”“十二五” “十三五”這3個(gè)“五年計劃”,分別投入400 多億元、1600億元、2000多億元,著(zhù)力解決了6.7億農村人口飲用水保障與安全問(wèn)題。從“十四五”開(kāi)始,在我國脫貧攻堅戰取得了全面勝利的大好形勢下,農村供水進(jìn)入了新階段,工作重心將轉為強化農村供水保障、助力全面推進(jìn)鄉村振興戰略。


1.2
農村供水的政策要求


農村供水安全是廣大農民群眾生活和生產(chǎn)的最基本保障,是解決“三農”問(wèn)題的重要工作之一,是鄉村振興戰略的重要支撐。歷年國家一號文件都對農村供水做出了重點(diǎn)要求和重要工作部署(表1) 。


表 1 近 5 年中央一號文件對農村供水的相關(guān)要求與工作部署

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分析歷年中央一號文件有關(guān)農村供水的要求可知,我國已整體完成農村飲水安全鞏固提升工程,加強農村飲用水水源地建設與水質(zhì)安全監測、推進(jìn)城鄉供水一體化、完善農村水價(jià)水費與工程長(cháng)效運行機制已成為農村供水工作的重點(diǎn)。因此,工程持續長(cháng)效運行和水質(zhì)安全是未來(lái)農村供水工作的重中之重,是關(guān)乎鄉村振興的重要著(zhù)力點(diǎn)。


1.3
農村供水的標準約束


為保證農村居民生活飲用水水質(zhì)安全衛生,逐步達到國家《生活飲用水衛生標準》 ( GB 5749— 1985)的要求,保護廣大農村人民群眾的身體健康,促進(jìn)農村改水事業(yè)的發(fā)展,全國愛(ài)衛會(huì )、衛生部制定了《農村實(shí)施<生活飲用水衛生標準>準則》。該準則以《生活飲用水衛生標準》為基礎依據,考慮了經(jīng)濟、地理等因素所致的水源選擇和處理條件受到限制的情況,提出了生活飲用水水質(zhì)分級要求,可對某些指標適當放寬要求。


在《生活飲用水衛生標準》 (GB 5749—2006) 中,部分指標對農村供水做了放寬性要求。對于農村日供水在1000t以下(或供水人口在1萬(wàn)人以下)的集中式供水和分散式供水,在保證飲用水安全的基礎上,對10項感官性狀和一般理化指標、1項微生物指標及3項毒理學(xué)指標,提出了放寬限值,過(guò)渡性解決了我國地域廣大、城鄉發(fā)展不均衡等實(shí)際限制造成農村供水難以達到與城市飲用水相同水質(zhì)要求的現實(shí)問(wèn)題。


近年來(lái),隨著(zhù)農村基礎設施建設與水源地保護工作的不斷推進(jìn),農村供水條件得到了實(shí)質(zhì)性改善,廣大農民群眾對飲水要求也不僅限于有水喝,逐步轉向喝好水。在此背景下,2021年國家發(fā)布《生活飲用水衛生標準》征求意見(jiàn)稿,新的標準對涉及農村供水的小型集中式供水工程水質(zhì)指標進(jìn)行了修訂,刪除了2006年版標準中對小型集中式供水和分散式供水部分水質(zhì)指標及限值的過(guò)渡性要求。同時(shí),結合現階段我國小型集中式供水和分散式供水的現狀,因水源與凈水技術(shù)限制,對菌落總數、氟化物、硝酸鹽(以 N 計)和渾濁度這4項指標保留了過(guò)渡性要求。


2 農村供水現狀與面臨的挑戰


現階段,在國家政策持續關(guān)注、財政支持力度持續增加下,已建成大量農村供水工程,農村供水實(shí)現了跨越式發(fā)展。截至2019年,全國整體完成農村飲水安全鞏固提升工程,17個(gè)省份完成農村飲水安全脫貧攻堅任務(wù),農村集中供水率達到 87%、自來(lái)水普及率達到 82%。


目前,農村供水主要存在3種供水模式:城鄉統一供水、小型集中供水和分散供水。城鄉統一供水模式下,水源與水處理工藝即為城市供水水源與凈水工藝,而小型集中供水和分散供水的水源與水處理工藝則為獨立水源、工藝獨立運行。


2.1
水源


根據中國環(huán)境監測總站2009年—2018年農村飲用水水源地水質(zhì)監測數據,農村飲用水水源地的監測點(diǎn)位從124個(gè)增加到2249個(gè),水質(zhì)達標率從42.7%提高到72.9%。同期,地下飲用水水源地水質(zhì)達標比例整體持續偏低,達標率一直處于 50.0% ~ 60.0%。2015年—2018年,農村地下飲用水水源地均為II、III、IV、V類(lèi)水,II類(lèi)和III類(lèi)水質(zhì)點(diǎn)位比例有所降低,而IV類(lèi)水質(zhì)點(diǎn)位比例明顯增加,地下飲用水水源地水質(zhì)略有變差趨勢 (表 2 ~ 表 3)。


表 2 農村地表飲用水水源地水質(zhì)監測項目超標比例

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表 3 農村地下飲用水水源地水質(zhì)監測指標超標比例

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南方地區小型集中供水水源多為水庫、池塘和小型河溪等地表水,水源水量相對較穩定,水質(zhì)多呈季節性和氣候性變化。夏季多雨季節,水源水量充沛,水質(zhì)相對較好,但仍然存在暴雨季節水質(zhì)高濁的普遍現象;冬季枯水期,水源水質(zhì)有機物、氨氮偏高問(wèn)題突出,個(gè)別地區存在因枯水期水位低造成的短時(shí)性鐵、錳超標等問(wèn)題。


對于北方地區的小型集中供水,除以地表水為水源外,地下水也是主要的供水水源。受地質(zhì)與工農業(yè)生產(chǎn)等的影響,部分地下水水源存在鐵、錳、砷、 氟、硝酸鹽和農藥超標的問(wèn)題。此外,對于人口分布分散的偏遠農村地區,供水模式多為分散供水,水源多為自備地下水井、水窖等,由于水源防護措施不到位,個(gè)別分散水源存在有機物、細菌學(xué)指標超標的問(wèn)題。


2.2
水處理工藝


以地表水為水源的小型集中供水工程水處理工藝多為“混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒”常規工藝,運管模式多為固定非專(zhuān)業(yè)人員值守、專(zhuān)業(yè)人員定期巡檢等。


(1)混凝工藝多為穿孔旋流池或普通網(wǎng)格絮凝池,以計量泵加藥、水力混合絮凝為主。由于原水水質(zhì)波動(dòng),混凝加藥工藝多采用定量投加系統,缺乏基于水質(zhì)與混凝工藝特性的智能調節能力,經(jīng)常導致絮體小、散、少,可沉降性差,甚至出現出水絮凝不完全等問(wèn)題。此外,由于進(jìn)水夾氣、配水井進(jìn)氣等原因,部分網(wǎng)格存在絮體上浮等現象。


(2)沉淀工藝多采用斜管沉淀池,人工控制排泥及沖洗。由于缺乏專(zhuān)業(yè)運維人員,多數濾池存在斜管堵塞、藻類(lèi)滋生、排泥不徹底等問(wèn)題,導致沉淀效率不高、甚至出水可見(jiàn)大量絮體等問(wèn)題,極大增加濾池負荷。


(3)過(guò)濾工藝多采用虹吸濾池或無(wú)閥濾池,濾料多為石英石或無(wú)煙煤,運行采用水力自動(dòng)控制濾池反洗。多數農村供水工程中,由于前序工藝處理效果不佳,濾池普遍存在反洗效果不佳、濾料流失、 濾床板結等問(wèn)題。


(4)消毒工藝多以二氧化氯為主要消毒藥劑,采用計量泵固定劑量投加,少數水廠(chǎng)仍采用投加消毒粉或消毒片劑的方式。二氧化氯采用雙藥現場(chǎng)制備,存在原藥存儲不規范、藥劑活性不足、消毒效果欠佳的問(wèn)題。此外,由于缺乏專(zhuān)業(yè)運維人員,消毒劑劑量控制不夠精細,加之原水水質(zhì)波動(dòng),部分水廠(chǎng)出廠(chǎng)水、管網(wǎng)末端水的細菌學(xué)指標和消毒副產(chǎn)物超標問(wèn)題嚴重。


以地下水為水源的農村供水工程,由于水質(zhì)相對較好,多數無(wú)凈化處理工程,直接供水,僅有小部分農村地下水供水工程進(jìn)行了消毒藥劑投加。對于特殊地質(zhì)地區,地下水存在砷、氟、鐵、錳超標等地域性污染,在這些地區的地下水供水通常采用設備式水處理設施對特定污染物進(jìn)行一定去除,但由于管理不到位、技術(shù)力量不足等因素,設備式水處理設施多存在運行不穩定、維護不及時(shí)等問(wèn)題。


此外,現有農村小型集中供水工程普遍缺乏水質(zhì)應急處理工藝單元,而小型集中供水工程水源水質(zhì)波動(dòng)性大,導致常規凈水工藝運行穩定性欠佳、工藝運行難以適應水質(zhì)波動(dòng)、抗沖擊負荷能力不足,在原水水質(zhì)波動(dòng)期難以實(shí)現出水水質(zhì)穩定達標(圖1)。因此,現有農村小型集中供水工程亟待加強應急能力建設。


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圖 1 地表水源農村小型集中供水工程常規水處理工藝


2.3
供水管網(wǎng)


在農村小型集中供水工程中,供水管網(wǎng)大多屬于典型的枝狀管網(wǎng)。一方面,農村用水存在典型的周期性變化、用水量分布不均,造成管網(wǎng)水齡差異較大、余氯分布不均、水質(zhì)變化較大。另一方面,由于枝狀管網(wǎng)的特殊布置形式,因管網(wǎng)爆管等因素造成的停水事件影響較為廣泛。


此外,農村地區施工水平較低、管網(wǎng)埋深較淺、管道材質(zhì)多為塑料管或鍍鋅鐵管、后期運維易受農村生活生產(chǎn)破壞、水量計量欠精細(圖2),由此造成的管網(wǎng)漏損是目前多數農村供水工程中無(wú)效供水量最大、最難控制和最不易發(fā)現的問(wèn)題。


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圖2農村供水管網(wǎng)建設與運行現狀


因此,作為農村供水工程中保障供水效率和水質(zhì)安全的重要環(huán)節,管網(wǎng)建設是當前農村供水面臨的一項艱巨任務(wù)。


2.4
設計建設與運行管理


目前,農村小型集中供水工程的設計建設大多依據已有農村供水工程或復制城市供水工程設計相關(guān)經(jīng)驗,無(wú)法全面滿(mǎn)足新時(shí)代廣大農民群眾對飲水的要求。依據農民群眾對飲水安全的新需求,農村供水工程設計建設應更加關(guān)注水源安全論證、水質(zhì)水量水壓協(xié)同保障,依據“建大、并中、減小” 的原則,突出集成化、高標準建設。在農村供水工藝選擇與設施設備論證方面,應更加注重水質(zhì)變化的應急能力建設、特殊水質(zhì)凈化技術(shù)集成應用、衛生消毒技術(shù)的安全性與實(shí)用性設計、智能化集成設備的開(kāi)發(fā)與應用,確保新建農村供水工程適應農民群眾生產(chǎn)生活對供水的新需求,能夠長(cháng)期服務(wù)農村生活生產(chǎn),助力鄉村振興。


從運行管理角度,目前大多農村小型集中供水工程采用“非專(zhuān)業(yè)人員駐廠(chǎng)+專(zhuān)業(yè)人員定期巡檢”的運管模式。大量農村供水工程由村委會(huì )直接管理,一線(xiàn)人員多為村干部或臨時(shí)雇傭的非專(zhuān)業(yè)人員,應對工藝運行狀況改變能力明顯不足。此外,生產(chǎn)設備自動(dòng)化程度低、用水計量體系建設亟待完善、水價(jià)機制尚不成熟、信息化管理水平低、社會(huì )資本參與農村供水程度較低、“源頭到龍頭”水質(zhì)監測體系尚未形成,也是新時(shí)代農村供水工程建設面臨的重要任務(wù)。


3 解決對策


3.1
推進(jìn)城鄉供水一體化


自2020年開(kāi)始,國家一號文件連續對農村供水提出了重要工作部署,指出有條件的地區將城市管網(wǎng)向農村延伸、推進(jìn)城鄉供水一體化。城鄉供水一體化,旨在促進(jìn)農村與城市飲水實(shí)現同水質(zhì)、同標準、同服務(wù),滿(mǎn)足新時(shí)代廣大農民群眾對飲水的新要求,服務(wù)鄉村振興戰略。


城鄉供水一體化面臨的核心問(wèn)題是管網(wǎng)建設與管網(wǎng)水質(zhì)穩定,城市管網(wǎng)延伸是有效高質(zhì)實(shí)現近郊農村城鄉供水一體化的重要措施。與城市供水相比,管網(wǎng)延伸實(shí)現農村同質(zhì)同源供水對供水水質(zhì)有了更高的要求。延伸管網(wǎng)管徑小、管網(wǎng)較長(cháng)、多為樹(shù)狀管網(wǎng),加之農村用水日變化規律強、水量變化大,造成管網(wǎng)水質(zhì)和運行風(fēng)險增加,多級加氯是保證管網(wǎng)水質(zhì)的重要措施,精細計量是保障管網(wǎng)高效運行的重要手段。因此,城鄉一體化供水模式下,供水管網(wǎng)設計建設與管材優(yōu)選、管網(wǎng)運行風(fēng)險與漏損控制、水質(zhì)風(fēng)險監控、水齡與消毒副產(chǎn)物控制、長(cháng)距離輸水龍頭水質(zhì)控制是亟待開(kāi)展的重要研究工作。


3.2
現有小型集中供水工程升級改造


城鄉供水一體化可以有效實(shí)現近郊農村優(yōu)質(zhì)供水,然而,現有農村供水工程體量龐大,依然存在大量不具備納入供水一體化基礎的小型集中供水工程,是提標改造的重要工程基礎。因此,現有小型集中供水工程升級改造是未來(lái)一段時(shí)期解決農村供水問(wèn)題的重要解決對策之一,應遵循“立足現實(shí)-標準約束-關(guān)口前移-系統優(yōu)化-應急保障-智能助力”的原則。


3. 2. 1 原水水質(zhì)控制


關(guān)口前移至原水水質(zhì)控制是農村供水水質(zhì)保障的核心。農村小型集中供水工程多采用湖庫、河流等地表水為水源,而地下水為水源的農村供水工程原水水質(zhì)相對較好。因此,地表原水水質(zhì)控制是實(shí)現農村供水安全保障的重要基礎。


首先,切實(shí)做好農村小型集中供水水源地保護與水質(zhì)監測是穩定原水水質(zhì)的重要措施之一。農村水源地保護較城市水源地保護尚有較遠的路要走,應加大上至各級政府部門(mén)、下至村委會(huì )對水源地保護的工作力度,加強水源地保護工作宣傳,提高廣大農民群眾的水源地保護意識。同時(shí),應建設農村集中供水水源地水質(zhì)監測體系與數據庫,實(shí)現水源地水質(zhì)實(shí)施動(dòng)態(tài)監測。此外,應加強農村生活污水和垃圾處理、水源地農業(yè)生產(chǎn)污染管控等相關(guān)工作,從根本上強化水源地污染防治工作。


其次,應當研發(fā)推廣具有水源針對性的農村小型集中供水工程取水凈水技術(shù),保證原水水質(zhì)穩定。根據水源地地質(zhì)特性,針對近水源村鎮開(kāi)發(fā)應用河岸過(guò)濾取水、輻射井/滲渠取水技術(shù),確保原水經(jīng)地殼過(guò)濾,實(shí)現高濁水等特殊水源的原水水質(zhì)穩定。針對枯水期鐵、錳超標、季節性高藻等水質(zhì)特性,開(kāi)發(fā)應用分層取水技術(shù),確保在合適位置取水,保證原水水質(zhì)穩定,實(shí)現原水水質(zhì)控制。


3. 2. 2 工藝優(yōu)化運行


現階段,已建成大量農村小型集中供水工程,數量龐大且多采用“混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒”傳統凈水工藝,大多為混凝土澆筑構筑物。在如此現實(shí)條件下,將已有供水工程廢棄,新建供水工程顯然不是經(jīng)濟合理的解決辦法。因此,在國家相關(guān)水質(zhì)標準約束下,立足農村供水工程體量龐大的現實(shí),對現有供水工程的工藝優(yōu)化運行與改造是已有農村供水工程提質(zhì)增效的重要解決途徑。


應在充分了解現有供水工程運行特性與原水水質(zhì)變化特性的基礎上,開(kāi)發(fā)強化與優(yōu)化混凝技術(shù)、優(yōu)化沉淀池排泥與濾池排泥反洗自動(dòng)控制技術(shù)、優(yōu)化與強化消毒單元運行,研發(fā)高效優(yōu)質(zhì)的復配混凝劑與消毒藥劑,實(shí)現系統優(yōu)化,建立農村供水工程工藝多單元協(xié)同的水質(zhì)控制多級屏障體系,是現階段急需解決的技術(shù)問(wèn)題。


從運行管理角度,智能化技術(shù)是未來(lái)解決農村供水的重要手段。研發(fā)適合于農村顯示運維條件的自動(dòng)投藥控制系統與各單元自動(dòng)控制技術(shù),實(shí)現各工藝單元優(yōu)化運行。同時(shí),應當開(kāi)發(fā)適合于農村現有管理水平的單元耦合控制技術(shù),實(shí)現原水水質(zhì)變化下凈水工藝的智能調控。此外,應加快建設縣級以下農村供水工程管控平臺,實(shí)現農村供水工程統一運維、集中管理。


      3. 2. 3 應急能力構建 


大量現有農村小型集中供水工程采用“混凝- 沉淀-過(guò)濾-消毒”傳統凈水工藝,缺乏突發(fā)水質(zhì)惡化的應急處理能力,對季節性高濁、高藻、有機物超標等水質(zhì)變化,缺少應急處理單元。亟待開(kāi)展季節性高濁、高藻、有機微污染、高氨氮等水質(zhì)惡化的應急處理技術(shù)研究,構建應對季節性水源水質(zhì)問(wèn)題的應急技術(shù)體系。通過(guò)相關(guān)設施設備研發(fā)應用,實(shí)現應急處理技術(shù)和相關(guān)工藝單元與傳統常規工藝的有效耦合,構建標準化農村供水工程應急保障技術(shù)體系,達到有效控制季節性水質(zhì)突變問(wèn)題的最終目標。


3.3
分散供水的水質(zhì)提升


受自然、地理、經(jīng)濟發(fā)展水平、水資源分布等因素影響,現階段及未來(lái)一定時(shí)期內,分散供水工程是農村供水的一種重要模式。分散供水工程中,大部分采用水井/水窖等自備水源或小型塘溪水源,多采用小型凈水設備,無(wú)設備直接飲用,供水保證率、水質(zhì)合格率不達標問(wèn)題極為突出,與鄉村振興戰略發(fā)展極不協(xié)調,是農村供水工程推進(jìn)過(guò)程中亟待解決的現實(shí)問(wèn)題。



4 結語(yǔ)


現階段,農村供水取得了跨越式發(fā)展,已形成城鄉一體化供水、小型集中供水、分散供水并存的城鄉統籌供水格局。在新時(shí)代廣大農民群眾更高的飲水要求背景下,在政策、標準和大量建成工程的多重約束下,農村供水在水源、工藝運行、管網(wǎng)建設、運維管理等多方面面臨諸多新挑戰。城鄉供水一體化工程建設、小型集中供水工程升級改造、分散供水工程水質(zhì)提升是新時(shí)代農村供水工作的重要內容。新時(shí)代,管網(wǎng)建設運維與管網(wǎng)水質(zhì)穩定技術(shù)研發(fā)是城鄉供水一體化工作面臨的重要課題。小型集中供水工程升級改造,應遵循“立足現實(shí)-標準約束-關(guān)口前移-系統優(yōu)化-應急保障-智能助力”的原則,構建農村供水水質(zhì)安全保障多級屏障。水源保護與原水水質(zhì)穩定、現有工藝優(yōu)化運行、應急技術(shù)與水處理單元建設、智能化膜法水處理技術(shù)與設備開(kāi)發(fā)將是現有小型集中供水工程升級改造的關(guān)鍵性環(huán)節,分散供水設備設施開(kāi)發(fā)應用也是分散供水工程水質(zhì)提升的重要方向。在此基礎上,農村供水工程智能化改造、運行、維護與集中管控平臺建設也將成為農村供水工程的最終出口。


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