飲用水源突發鉛污染的應急處理技術研究

劉學卿，丁文婧，趙一亮

(1．鎮江市環境監測中心站，江蘇鎮江 212000) (2．江蘇省水文水資源勘測局揚州分局，江蘇揚州 225000)

飲用水源突發鉛污染的應急處理技術研究

劉學卿1，丁文婧2，趙一亮1

(1．鎮江市環境監測中心站，江蘇鎮江 212000) (2．江蘇省水文水資源勘測局揚州分局，江蘇揚州 225000)

以鎮江市征潤州水源地突發鉛污染為背景，研究了活性炭吸附、混凝沉淀工藝對不同超標倍數下鉛污染的應急處理效果．小試實驗結果表明:PAC可有效應對超標5倍、10倍的低濃度鉛突發污染，分別投加5和10 mg/L PAC，出水鉛濃度即可達標;而針對高濃度的鉛突發污染，PAC處理能力有限．混凝沉淀實驗結果表明:針對超標5倍的鉛污染，投加120 mg/L Ca(OH)2即可達標處理;針對超標10倍的鉛污染，最佳Ca(OH)2的投加量為80 mg/L;而針對50倍和100倍的鉛突發污染，最佳Ca(OH)2的投加量為120 mg/L．在最佳Ca(OH)2投加量下，針對超標10倍、50倍和100倍突發污染，最佳聚合氯化鋁投加量為5、30和35 mg/L．通過實驗室小試研究，為可能突發的鉛污染事故應急處理提供了技術支持．

突發污染;鉛;應急處理;粉末活性炭;氫氧化鈣;聚合氯化鋁

國民經濟在高速發展的同時也會帶來許多副作用，水污染便是其中比較嚴重的問題，尤其是與城市發展和社會穩定息息相關的飲用水源水質安全問題．近年來，飲用水源地突發污染事故頻頻發生，2012年江蘇省鎮江市突發水源水苯酚污染事故，造成居民飲水困難;近期廣東揭陽發生的水源水污染事故再次將飲用水安全問題推至風口浪尖．因此系統研究應急處理技術，建立完善的應急預案，為事故現場應急處置提供技術支持意義重大．水源水重金屬污染是近年來頻發的突發污染之一，具有不可預見性、擴散性和高危險性等特點．鉛是一種典型的有毒重金屬元素，主要來源于冶煉、制造和使用鉛制品的工礦企業［1］．鉛主要會累及神經、造血、消化、腎臟及免疫等系統，其毒性具有蓄積性．目前，在重金屬廢水處理領域，針對鉛的去除研究報道已有很多，但針對各個城市水源地重金屬突發污染應急處理技術的研究尚處于起步階段．因此，本研究以鎮江市征潤州水源地取水口突發鉛污染事故為背景，采用實驗室小試的方式，研究了不同工藝對不同超標濃度下的鉛污染的去除效率，以期提高自來水廠應對水源地突發鉛污染的能力．

1 實驗

1.1 原水水質

以鎮江市征潤州取水口段原水為實驗用水，原水主要監測指標(年均值)見表1．

表1 原水水質情況Table 1 Characteristics of the source water sample

1.2 材料和儀器

竹質粉末活性炭(竹炭)(PAC)，粒徑0.75 mm，比表面積1 000 m2/g，上海活性炭廠;硝酸鉛、碘化鉀、抗壞血酸、甲基異丁基甲酮均為AR;固體聚合氯化鋁(有效成分含量30%)、氫氧化鈣均為工業品．

主要儀器為:SHA-C恒溫振蕩器，原子吸收分光光度儀．

1.3 實驗方法

1)吸附實驗

稱取0.5 g PAC，加入1 L蒸餾水，攪拌均勻配成炭漿;用原水配制所需濃度的鉛溶液，取200 mL于250 mL錐形瓶中，加入一定量炭漿，振蕩20 min，過濾，取200 mL濾液于分液漏斗中，采用KI－MIBK火焰原子吸收分光光度法測定殘余鉛濃度，測定波長為213.8 nm．

2)混凝沉淀實驗

配制一定濃度的氫氧化鈣溶液和聚合氯化鋁溶液;用原水配制所需濃度的鉛溶液，取250 mL于250 mL錐形瓶中，加入一定量氫氧化鈣和聚鋁，振蕩20 min，過濾，取250 mL濾液于分液漏斗中，檢測方法同吸附實驗．

2 結果與討論

2.1 PAC投加量對處理效果的影響

在不同PAC投加量下，考察對不同水平鉛污染的處理效果，結果如圖1．

圖1 PAC投加量對鉛去除效果的影響Fig．1 Removal effect of lead at different dosages of PAC

根據《生活飲用水衛生標準》(GB 5749－2006)中鉛的標準限值為0.01 mg/L，選取標準限值的5倍、10倍、50倍及100倍作為鉛突發污染的初始濃度．由圖1可見，隨著PAC投加量的增大，不同超標倍數下鉛的去除率也隨之提高．針對超標5倍、10倍的低濃度鉛突發污染，分別投加5 mg/L和10 mg/L的PAC，出水鉛濃度即可降至10 μg/L和8 μg/L，達到飲用水衛生標準．粉末活性炭因其巨大的比表面積和一定的活性官能團可去除大部分有機物、部分金屬和非金屬離子污染物，且該法簡單易行，效果穩定，可操作性強．目前對粉末活性炭吸附法應急處理各類突發污染已有廣泛研究報道［3－6］，因而，PAC吸附法可作為取水口突發低濃度鉛污染的有效應急措施．但針對50倍和100倍的高濃度突發污染，強化PAC投加量，去除效果并不明顯，殘余濃度仍較高，當PAC投加量達到50mg/L時，殘余鉛濃度分別為149和363 μg/L，分別超標14.9倍和36.3倍．如果繼續增大投加量，必然會導致經濟成本增大、輸水管網堵塞及出水濁度升高等問題［4］．由此可見，針對高污染倍數的鉛突發污染，PAC吸附法處理能力有限，殘余的鉛需通過自來水廠投藥進一步消減．目前，自來水廠常規凈水工藝為混凝—沉淀—過濾—消毒［7］，但應對高濃度重金屬突發污染，水廠現有的混凝沉淀工藝顯得力不從心，出水水質難以達標，因此可通過在現行工藝基礎上投加Ca(OH)2調節pH值，形成重金屬沉淀及改變混凝劑投加量來強化處理效果［2］．但需要注意的是當原水pH大于9時，沉淀出水的pH均大于8，不滿足《生活飲用水衛生標準》，需要加酸進行回調［1］．

2.2 混凝沉淀工藝

2.2.1 Ca(OH)2投加量對處理效果的影響

由圖2可見，隨著Ca(OH)2投加量的增大，原水pH隨之不斷增大，pH可影響重金屬在水中的存在形式，進而直接影響混凝沉淀去除效果．圖2a)表明，針對超標5倍的鉛突發污染，投加120 mg/L的Ca(OH)2時，原水pH為9.3，此時鉛的去除率顯著提高至84%，出水殘余濃度僅為8 μg/L，達到標準限值;當原水鉛濃度超標10倍時，由圖2b)可見，當Ca(OH)2投的投加量為80 mg/L和120 mg/L時，去除率均達到最高值67%，此時pH在8.8左右，而繼續增大Ca(OH)2的投加量，其去除率不增反降，當Ca(OH)2的投加量增至160 mg/L時，去除率降至58%;針對超標50倍和100倍的鉛突發污染，如圖 2c)、d)，投加 120 mg/L的Ca(OH)2，原水pH分別調至8.8和9.4時，鉛的去除率分別顯著提高至88%和89.3%，出水殘余濃度分別降至60 μg/L和107 μg/L，超標6倍和10.7倍，繼續增大投加量至160 mg/L時，去除率分別緩慢增至89.2%和91.3%，但當Ca(OH)2的投加量繼續增至180 mg/L時，原水pH約為10，針對100倍的突發污染，鉛的去除率降為84.3%．主要原因是鉛的氫氧化物具有兩性，pH太高時有可能產生氫氧化鉛絡合離子(如HPbO2－)，出現反溶而導致鉛去除率下降［8］．試驗結果表明:針對超標5倍的鉛污染，投加120 mg/L Ca(OH)2即可達標，無需后續處理;針對超標10倍的鉛污染，最佳投加量為80 mg/L，此時去除效率最高;而針對50倍和100倍的鉛突發污染，考慮到將Ca(OH)2的投加量從120 mg/L增至160 mg/L，pH約由9增至10，鉛的去除率增加趨勢并不明顯，且Ca(OH)2投加量過大會增加沉淀污泥量，因此選擇最佳投加量為120mg/L較為適宜．但針對超標100倍、50倍和10倍的鉛污染，此時出水殘余濃度仍有107，60，33 μg/L，需結合其他工藝進一步處理．

圖2 Ca(OH)2投加量對超標鉛污染處理效果的影響Fig．2 Removal effect of lead pollution at different dosages of Ca(OH)2

2.2．2 聚合氯化鋁投加量對處理效果的影響

固定Ca(OH)2的投加量，考察聚合氯化鋁投加量對鉛處理效果的影響，結果見圖3．

圖3 聚合氯化鋁投加量對處理效果的影響Fig．3 Removal effect of lead pollution at different dosages of polyaluminum chloride

由圖3可見，當突發10倍鉛污染時，固定Ca(OH)2的投加量為 80mg/L，聚鋁投加量為5 mg/L時，出水殘余濃度即可降至8 μg/L，達到處理標準．針對原水濃度超標50倍的鉛污染，聚鋁投加量從5 mg/L增至30 mg/L時，去除率由81.2%升至93.6%，殘余濃度由94 μg/L降至32 μg/L，僅超標3倍左右，效果顯著;針對超標100倍的鉛突發污染，在固定Ca(OH)2投加量為120 mg/L的情況下，聚合氯化鋁投加量從 10 mg/L增至35 mg/L時，去除率由91.3%升至97.6%，殘余濃度由87 μg/L迅速降至24 μg/L，這是由混凝劑聚合氯化鋁和生成的氫氧化物沉淀共同作用的結果．在實驗過程中，繼續增大聚合氯化鋁投加量至40 mg/L時，鉛去除率僅提高0.3%，所以繼續增大投加量對提高去除率幫助不大．因此，針對超標10倍、50倍和100倍的突發污染，最佳聚合氯化鋁投加量為5，30和35 mg/L．

3 結論

1)應急處理水源地突發鉛污染時，增加PAC的投加量可顯著提高對鉛的去除率．鉛初始濃度超標5倍、10倍時，分別投加5 mg/L和10 mg/L的PAC，出水鉛濃度即可達到飲用水衛生標準;針對高濃度鉛突發污染，強化PAC投加量，去除效果并不明顯，此時可以通過水廠投加氫氧化鈣及投加混凝劑聚合氯化鋁的方式應急處理．

2)針對超標5倍的鉛突發污染，投加120 mg/L Ca(OH)2，出水濃度即可達標;針對超標10倍的鉛污染，投加80 mg/L Ca(OH)2去除率即可達到最高;而針對50倍和100倍的鉛突發污染，最佳Ca(OH)2的投加量分別為120 mg/L，殘余的鉛可通過投加混凝劑進一步處理．

3)針對10倍的鉛污染，聚鋁投加量為5 mg/L時，出水殘余濃度即可達到處理標準．針對初始濃度為50倍和100倍的鉛突發污染，最佳聚合氯化鋁投加量為30 mg/L和35 mg/L．

References)

［1］ 胡靜．飲用水源突發性鉛污染應急工藝的研究［J］．重慶工商大學學報:自然科學版，2013，30(6):48－52．

Hu Jing．Study on emergent treatment for lead pollution in water source［J］．Journal of Chongqing Technology and Business University:Natural Science Edition，2013，30(6):48－52．(in Chinese)

［2］ 張曉健，陳超，米子龍，等．飲用水應急除鎘凈水．技術與廣西龍江河突發環境事件應急處置［J］．城鎮給排水，2013，39(1):24－32．

Zhang Xiaojian，Chen Chao，Mi Zilong，et al．Emergent cadmium removal technology for drinking water and measures for environmental accident in Guangxi Longjianghe River［J］．Water＆Wastewater Engineering，2013，39(1):24－32．(in Chinese)

［3］ 張振宇，崔福義，黃鵬飛，等．松花江水源粉末活性炭去除硝基苯的試驗研究［J］．哈爾濱商業大學學報:自然科學版，2008，24(6):673－675．

Zhang Zhenyu，Cui Fuyi，Huang Pengfei，et al．Experimental investigation of PAC against source of Songhua River polluted by nitrobenzene［J］．Journal of Harbin University of Commerce:Natural Sciences Edition，2008，24(6):673－675．(in Chinese)

［4］ 王新剛，劉學卿，陳芳艷，等．粉末活性炭應急處理原水中鎘突發污染的研究［J］．水處理技術，2011，37(7):73－77．

Wang Xingang，Liu Xueqing，Chen Fangyan，et al．Research on emergency treatment of accidental cadmium pollution of raw water by powdered activated carbon［J］．Technology of Water Treatment，2011，37(7):73－77．(in Chinese)

［5］ 賈麗萍，劉學卿，王新剛，等．粉末活性炭應急處理阿特拉津突發污染原水的研究［J］．工業安全與環保．2012，38(2): 24－26，73．

Jia Liping，LiuXueqing，Wang Xingang，et al．Research on emergency treatment of accidental atrazine pollution of raw water by powdered activated carbon［J］．Industrial Safety and Dust Control，2012，38(2): 24－26，73．(in Chinese)

［6］ 陳芳艷，王春玲，王新剛，等．飲用水源地突發苯酚污染的應急處理中試研究［J］．水處理技術，2011，37(8):95－99．

Chen Fangyan，Wang Chunling，Wang Xingang，et al．Pilot study on emergent treatment of raw water suddenly by phenols in drinking source［J］．Technology of Water Treatment，2011，37(8):95－99．(in Chinese)

［7］ 謝觀體，陸少鳴．石油類污染水源水的應急處理工藝研究［J］．工業用水與廢水，2008，39(5):19－21．

XieGuanti，Lu Shaoming．Emergency treatment process of source water polluted by petroleum［J］．Industrial Water＆Wastewater，2008，39(5):19－21．(in Chinese)

［8］Liu Fen，Liu Wenhua，Li Fangwen．Study on oxalic acid production wastewater treatment technology［J］．Water＆Wastewater Engineering，2004，30(11):50－53．

(責任編輯:顧 琳)

Study on emergency treatment for lead pollution in drinking water source

Liu Xueqing1，Ding Wenjing2，Zhao Yiliang1
(1．Zhenjiang Environmental Monitoring Center，Zhenjiang Jiangsu 212000，China) (2．Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau Yangzhou Branch，Yangzhou Jiangsu 225000，China)

In the background of lead pollution occurred suddenly in ZhengRunzhou water source，the emergency treatment efficiencies of different pollution levels by were studied powdered activated carbon(PAC)adsorption and coagulation sedimentation process．The jar test results showed that PAC can effectively respond to lead pollution of exceeding 5 times and 10 times of standard value by adding 5 mg/L and 10 mg/L of PAC respectively，the effluent concentration could be up to standard．For high levels of lead pollution emergency，the removal ability of PAC was limited．Coagulation sedimentation experiments showed that，for lead contamination exceeding five times，through adding 120 mg/L calcium hydroxide，row water could be treated to standard limit value，while the optimum calcium hydroxide dosage was 80 mg/L for 10 times lead contamination．For 50 times and 100 times lead sudden pollution，optimal calcium hydroxide dosage was 120 mg/L．At the best calcium hydroxide dosage，for 10 times，50 times and 100 times overproof sudden pollution，the optimum dosage of PAC were 5 mg/L，30 mg/L and 35mg/L respectively．The jar test research provided technical support for a possible sudden lead pollution emergency treatment．

abrupt pollution;lead;emergency treatment;powdered activated carbon;calcium hydroxide;polyaluminum chloride

TU991.2

:A

:1673－4807(2015)05－0507－04

10．3969/j．issn．1673－4807．2015．05．017

2015－06－12

劉學卿(1990—)，女，助理工程師，研究方向為環境監測工作．E-mail:114670235@qq．com

劉學卿，丁文婧，趙一亮．飲用水源突發鉛污染的應急處理技術研究［J］．江蘇科技大學學報:自然科學版，2015，29(5):507－510．