集雨工程的水质研究进展

蓝俊康1，蓝艳红2?
(1.中国地质大学工程学院， 湖北武汉 430074；2.广西柳江县卫生防疫站，广西柳江 510004)

　　摘　要：总结了国外在集雨工程的水质污染和保护方面的研究成果并对我国的水窖和水柜水质进行了调查，结果表明我国集雨工程的水质不容乐观，水中氨氮、微生物、COD等多项指标超标，而且新建集雨工程的水质呈碱性问题也亟需解决。
　　关键词：集雨工程；水质；水窖；水柜
　　中图分类号：TU991.14
　　文献标识码：B
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0023-03

1 国外研究进展

1.1 污染源和污染物
　　①污染源
　　a.大气
　　在工业发达地区，由于空气污染而导致饮用雨水不安全，因此美国不主张在工业区的48km范围以内建设集雨工程作为生活用水源(除非没有其他水源)。由于空气污染，在车流密度大的地方或重工业基地附近，重金属铅是最常见的污染物。
　　b.集雨面
　　在集雨面上的主要污染物有：屋顶灰尘、鸟或动物的粪便、落叶以及其他由人类带来的污染物。
　　在印度进行的试验表明，由于屋顶材料和结构的差异会导致集雨中的细菌含量有很大的不同，其污染程度由低至高依次为：铁制屋顶、塑料屋顶、石棉瓦屋顶、红瓦屋顶，这是因为石棉瓦和红瓦屋顶表面呈波浪型，鸟类易停留且其粪便、灰尘和树叶又难以被风吹走，因此集蓄的雨水中往往大肠杆菌含量较高；而铁制屋顶因表面光滑而使灰尘易被风吹走，另外其表面被晒后温度升高也易于杀灭细菌。
　　② 污染物
　　a.微生物污染物
　　目前的研究已发现在雨水集蓄水样中有很多类型的病原微生物，包括沙门氏菌(Salmonela)、梭状芽孢杆菌(Clostridium perfringens)、产气单胞菌属(Aeromonas)、弧菌(Vibrio parahaemolyticus)、弯曲杆菌属(Campylobacter)、贾第虫(Giardia)等，但这些病原体对人体的危害性仍很难确定，这是因为致病的因素很多，如病菌的浓度、人的抵抗力、使用方法(放置多久、煮沸与否)等。另外由于集雨工程多为家庭行为，如果发生水质问题而致病也因规模小而不会受到广泛重视，所以迄今为止有关因雨水水质而引起疾病爆发的报道仅有几例。
　　20世纪80年代有报道认为集蓄雨水水质达不到饮用水的标准，特别是细菌学指标不合格^［1～3］。
　　b.化学污染物
　　研究发现集雨水质的化学指标一般都符合饮用要求，其含盐量、总溶解性固体、硬度等指标达到软水或极软水水平，但也有例外，如在新西兰发现有25个家庭蓄雨水池中的铅超过国家标准12%；在马来群岛还发现蓄雨水池中的铅超标3.5倍。?
1.2 水质保护措施
　　① 集雨系统设计
　　a.集雨屋顶应该采用光滑、干净、不含有毒物质的不透水材料建造，如蓄水池上有悬挂树枝时应该移去以防树叶下落。
　　b.水龙头或取水管距离蓄水池底板至少5cm以上，以防底泥进入。
　　c.蓄水池必须加盖以避免阳光进入而导致藻类生长，还应使用钢丝网或尼龙网盖住所有的入口以防止小动物进入。
　　d.应在雨水入口处设置一个过滤器以预先除去树叶、泥沙等沉淀物。
　　② 维护方法
　　a.定期检查和清洗集雨系统的各个部位以确保蓄水箱无渗漏、无污染。
　　b.因大雨过后的水较浑，故不要急于使用，应经过净化处理后再使用。
　　c.不得将其他来源的水与水箱中的存水混合。
　　③ 排除初雨
　　因初雨污染严重而不宜作为饮用水，但“初雨”如何定量?Yaziz等人利用屋顶集雨采样研究发现，最初1L雨水中的大肠杆菌含量为40～410个，后续的4～5L雨水中的大肠杆菌数几乎为零^［1］。Thomas在非洲对集雨工程的水质研究表明，最初1mm的降雨十 分浑浊(含泥量很高)，而在1～2.5mm内其浊度则急剧下降，因此去除2.5mm内的初雨是十分必要的。
　　在发达国家有许多类型的自动排除初雨的设备出售(如自动冲洗水槽、蓄水池中设置沉淀小隔室、自动冲洗的入口塞网等)，但价格较贵。在发展中国家的贫穷地区一般只能采用人工操作去除初雨。
　　④ 防止蚊虫孳生
　　当蚊子带有害菌时会对人体健康带来威胁，目前适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处设立防蚊网等措施。
　　⑤ 贮存水的净化
　　如果在雨水的收集和使用过程中出现污染则必须进行净化处理：
　　a.氯化处理，当贮存的雨水有异色或异味时常采用此法；
　　b.煮沸处理，煮沸1min以上即可以保证集水不受细菌和病原菌的侵害；
　　c.过滤，在雨水进入贮水池之前或使用之前进行过滤可除去水中的可见物；
　　d.阳光下曝晒，因为太阳直接照射能杀死水中许多有害细菌，所以可把水盛在透明的玻璃容器或塑料瓶中放在太阳下直晒几个小时^［4］；
　　e.紫外线照射，Fujioka在夏威夷岛进行的试验表明，利用太阳能紫外线设备对集蓄水中的指示性细菌指标的去除率可达99.9%^［5］。?

2 国内研究概况

2?1 水窖的水质及净化
　　我国北方一般把建在地表之下的蓄水箱称为水窖。我国水窖的水质不容乐观，刘洪亮等人对地窖水质的研究发现，由于贮存期过长而使地窖水带有腥味，水中微生物、耗氧量、氨氮等也经常超标，色度和浊度较差，Ⅰ级水率为19.23%～79.62%，Ⅰ级和Ⅱ级水总和也仅仅为23.08%～92.31%^［6］。
　　刘洪亮等人采用高分子粘合剂将二氯异氰腮酸粘附、包容以使其逐渐释放、慢慢溶出，经这种简易的持续消毒器处理后的地窖水Ⅰ级水率上升到98.84%、Ⅰ级和Ⅱ级水总和达到了100%(见表1)。?

表1 简易消毒器对水窖水的处理效果 项 目 原地窖水 消毒后水 色度(倍) 5～20 ＜5 浊度(NTU) 1～12 1～6 嗅和味 Ⅱ级(腥) Ⅰ～Ⅲ级(氯味) 耗氧量(mg/L) 0.5～4.8 0.3～2.33 氨氮(mg/L) 0.02～0.58 0.02～0.14 细菌总数(个/mL) 9～3600 0～96 大肠菌数(个/L) 3～238 3～4

2?2 水柜的水质
　　 南方的老百姓常常把建在地表的小水池称为水柜。广西河池岩溶山区的水柜一般建在房屋附近(1户1个)，用灰岩块石和水泥浆砌筑而成(容积为40～60m³)，有些水柜顶部设有钢筋混凝土盖(有些则无盖)，为取水方便老百姓多用胶管吸水入户使用。
　　河池山区水柜的取水源是季节性山泉水，雨水经过山体上的土壤、植被及山体本身的裂隙渗 滤后流出的泉水十分清澈，每到暴雨季节有突发性山泉时才有水涌出，因此每个水柜在一年之中往往只能注一次水，村民们则必须靠各自水柜中的存水生活一年。
　　分别取1#、2#、3#水柜存水进行水质监测的结果见表2。由表2可见：
　　① 有盖水柜的水质尚可，除了pH值偏高之外，其余指标均达到饮用水标准，可见只要防护得当，优质的山泉水在储存7个月或更长的时间后仍可作为生活饮用水；

表2 河池地区饮用水柜的水质监测结果 项 目 1# 2# 3# 保存时间 4个月 7个月 7个月 保护情况 无盖 有盖 无盖 可见物 少量草屑和藻类 无 树叶漂浮和沉底腐烂 色度(倍) 5 5 5 味和嗅 无臭无味 无臭无味 无臭无味 浊度(NTU) 1 1 1 pH 9.21 9.00 8.97 COD(mg/L) 2.67 1.21 2.77 氨氮(mg/L) 0.101 0.029 0.075 亚硝酸盐氮(mg/L) 0.003 0.001 0.002 硝酸盐氮(mg/L) 0.042 0.563 0.039

总硬度(mg/L) 40.3 60.7 49. 0 TDS(mg/L) 67 81 55 氯化物(mg/L) 0.251 0.154 0.370 硫酸盐(mg/L) 7.32 4.21 11.49 总铁(mg/L) 0.000 0.000 0.000 总锰(mg/L) 0.000 0.000 0.000 锌(mg/L) 0.00 　 　 硒(μg/L) 0.31 　 　 总磷(mg/L) 0.013 0.058 0.024 总氮(mg/L) 0.16 0.128 0.139 细菌总数(个/mL) 60 90 110 粪大肠菌数(个/L) ＜3 ＜3 ＜3 氟化物(mg/L) 0.11 0.10 0.07

　　② 无盖水柜的水质比较差，主要表现在经常有藻类、树叶、草屑、摇蚊幼虫等漂浮物且细菌总数、COD、氨氮、亚硝酸盐氮往往超标(农村饮用水的推荐标准见参考文献［7］)，另外无盖水柜水的氯化物、硫酸盐、总氮、细菌总数也要高于有盖水柜。不过由于无盖水柜中的藻类吸收了水中的一部分磷而使其总磷含量明显低于有盖水柜；
　　③ 三个检测水样中的水均为弱碱性，pH值都超过了饮用水的水质标准(8.5)，碱化原因推 测为水柜内壁水泥石中的Ca(OH)₂在软水(硬度＜1.5mmol/L)的长期作用下发生溶解的结果，同时也使水中的Ca²⁺、硬度和总溶解性固体均有所提高。为了减少碱性危害，建议在建造饮用水柜时使用有硅灰、稻壳灰等掺合剂的水泥；
　　④ 水柜中的大肠杆菌含量较少说明该地区建造水柜位置的选择是恰当的，能有效地防止人、畜粪便的污染。但有些水柜的总菌数超标，建议对贮存期较长的水必须煮沸后方可饮用、漱口。?

3 结语

　　① 从目前的研究资料看，我国集雨工程的水质问题不容乐观，特别是水窖的污染较严重，而南方山区地表水柜的水质较好，其原因仍需深入探讨，以利于改善水窖水质。
　　② 初建的水窖和水柜因蓄水与水泥石发生反应而使水质呈弱碱性，如何有效地防止此现象还需进行深入研究。

参考文献：

　　［1］Wirojanagud W，Hovichitr V.Evaluation of rainwater quality:heavy metals and path ogens［M］.Ottawa：IDRC,1989.
　　［2］Fujioka R.Guidelines and microbial standards for cistern waters［A］.Proceedings of the 6th? international conferences on rainwater cistern systems［C］.Ke nya:Nairobi,1993.
　　［3］Krishna J.Water quality standards for rainwater cistern systems［A］.Proceedings of the 6th? International Conferences on Rainwater Cistern Systems［C］.Ke nya:Nairobi,1993.
　　［4］Wegelin M,Sommer B.Solar water disinfection (SODDIS)-destined for worldwide 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 6th? International Conferences on Ra inwater Cistern Systems［C］.Kenya:Nainobi,1989.?
　　［6］刘洪亮，俞振泰，马蔚，等.简易持续饮水消毒器处理地窖饮用水的试验研究［J］.中国公共卫生，2000，16(10):927-928.
　　［7］蒋兴锦.饮水的净化和消毒［M］.北京：中国环境科学出版社，1989.

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　　收稿日期：2002-02-07