飲用水源取水口突發(fā)性污染物的吸附與混凝消減技術(shù)研究

劉學(xué)卿　丁文婧　郭蕾

【摘 要】近年來(lái)，水源地突發(fā)性水污染事件的頻次和災(zāi)害性在逐年增加，嚴(yán)重威脅著城市水源地的安全，并可能觸發(fā)更為嚴(yán)重的城市安全問題。因此建立飲用水源地突發(fā)性水污染事故應(yīng)急對(duì)策具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

【關(guān)鍵詞】飲用水源；突發(fā)性；應(yīng)急處理；吸附；混凝

當(dāng)前，中國(guó)已進(jìn)入環(huán)境污染事故高發(fā)期，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。尤其是突發(fā)性水污染事故在我國(guó)重點(diǎn)流域頻繁發(fā)生， 如2005年末的松花江硝基苯水污染事故；2008年6月云南昆明陽(yáng)宗海砷污染事故；2009年江蘇鹽城市水源地遭酚類化合物污染，使數(shù)十萬(wàn)市民飲水受到影響。這些重、特大突發(fā)水污染事件使社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的正常活動(dòng)受到嚴(yán)重影響，水生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重危害，更對(duì)人類健康及生命安全造成巨大威脅，嚴(yán)重制約了生態(tài)平衡及社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

水是城市的生命，水源是城市居民生存和城市發(fā)展最基本的條件，而水源地則是提供清潔、優(yōu)質(zhì)和充足水源的生態(tài)環(huán)境基礎(chǔ)。近年來(lái)，水源地突發(fā)性水污染事件的頻次和災(zāi)害性在逐年增加。國(guó)家環(huán)保總局調(diào)查顯示，自2005年松花江水污染事故以來(lái)，我國(guó)共發(fā)生140多起水污染事故，平均每2-3d便發(fā)生一起。2006年全國(guó)10大環(huán)境事件中，有7起與水環(huán)境污染有關(guān)，其中更有4起直接影響到居民的飲水安全。水源地突發(fā)水污染事故嚴(yán)重威脅著城市水源地的安全，可在短時(shí)間內(nèi)迅速造成城市飲用水源生態(tài)環(huán)境和供水系統(tǒng)的重大損失，并可能觸發(fā)更為嚴(yán)重的城市安全問題。因此建立飲用水源地突發(fā)性水污染事故應(yīng)急對(duì)策系統(tǒng)對(duì)保證供水安全、維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定和構(gòu)建和諧社會(huì)，保障經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、人口、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)與可持續(xù)發(fā)展，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，也是現(xiàn)階段急需研究的一個(gè)新課題。

國(guó)內(nèi)現(xiàn)關(guān)于飲用水源突發(fā)水污染事件應(yīng)急處理技術(shù)的研究還很少，大多集中在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)上。但有關(guān)微污染飲用水源水處理技術(shù)的研究已趨于成熟，主要包括預(yù)處理技術(shù)、深度處理技術(shù)以及強(qiáng)化處理技術(shù)。

預(yù)處理技術(shù)采用物理、化學(xué)和生物方法對(duì)水中的污染物進(jìn)行初級(jí)去除，使常規(guī)處理能更好地發(fā)揮作用，減輕常規(guī)處理和深度處理的負(fù)擔(dān)，改善和提高飲用水水質(zhì)。常用的預(yù)處理技術(shù)有化學(xué)氧化法、生物預(yù)處理技術(shù)和吸附預(yù)處理技術(shù)。

Kim等采用臭氧氧化預(yù)處理水源水的研究表明，經(jīng)臭氧處理后，水中可生物降解的溶解性有機(jī)碳（DOC）增加了30%。經(jīng)臭氧氧化預(yù)處理后，水源水的可生化性提高20%～30%，可同化有機(jī)碳的含量增加10～20倍。馬曉輝等采用生物預(yù)處理技術(shù)，研究了曝氣生物濾池對(duì)微污染水的處理效果，結(jié)果表明，COD 和NH -N、濁度的去除效果均較好。郝玉梅等投加粉末活性炭對(duì)水源水進(jìn)行預(yù)處理，明顯提高了對(duì)水源水色度、臭味及有機(jī)物的去除效果。

深度處理技術(shù)是在常規(guī)處理工藝以后，采用適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ǎ瑢⒊Ｒ?guī)處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產(chǎn)物的前驅(qū)物加以去除，以提高和保證飲用水質(zhì)。應(yīng)用較廣泛的有生物活性炭深度處理技術(shù)、膜分離處理技術(shù)、臭氧活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)、光催化氧化技術(shù)等。

生物活性炭深度處理技術(shù)是利用微生物的氧化作用來(lái)增加水中溶解性有機(jī)物的去除效率，同時(shí)，水中的氨氮可以被生物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。膜過濾中，反滲透（RO）、超濾（UF）、微濾（MF）、納濾（NF）都能有效地去除水中的臭味、色度、消毒副產(chǎn)物前驅(qū)物等，且不需要投加藥劑。臭氧與活性炭聯(lián)用深度處理技術(shù)是采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又繼續(xù)氧化的方法，可以使活性炭充分發(fā)揮吸附作用，在吸附同時(shí)可有效地對(duì)活性炭進(jìn)行再生。采用光催化氧化技術(shù)，利用TiO2作光催化劑的紫外光氧化技術(shù)能脫除源水中97%的有機(jī)鹵素化合物，總有機(jī)碳（TOC）含量可降低90%以上，并能減少鹽分、重金屬等污染物。

傳統(tǒng)工藝強(qiáng)化處理是對(duì)傳統(tǒng)凈化工藝進(jìn)行改造、強(qiáng)化，可以進(jìn)一步提高處理效率，降低出水濁度，提高水質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)外研究的主要是強(qiáng)化混凝法。Kimberly BellAjy用常規(guī)混凝處理微污染水源水，結(jié)果TOC的平均去除率是27%，UV254的去除率是49%；用強(qiáng)化混凝處理微污染水源水，TOC的去除率平均為38%，而UV254的去除率增加到62%，顯示出對(duì)芳香族化合物有更好的去除率。

發(fā)生突發(fā)水污染事件時(shí)，瞬間高濃度污染物迅速擴(kuò)散，上述微污染水源水處理技術(shù)不能直接應(yīng)用，需要針對(duì)各類污染物性質(zhì)、考慮現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境條件等采用相應(yīng)的應(yīng)急處理技術(shù)。

溢油應(yīng)急處理技術(shù)。常規(guī)的物理方法是應(yīng)用圍油設(shè)施將溢油限制在一定區(qū)域內(nèi)，然后再應(yīng)用其它技術(shù)將溢油清除。近20多年來(lái)，世界上已研制出幾百種溢油圍欄、回收裝置，其中最常用的包括圍油欄和各種撇油器。化學(xué)試劑法主要指采用消油劑、凝油劑及集油劑清除溢油。消油劑可以分解表面的浮油，使其沉浮在水面下。化學(xué)消散后的油比未經(jīng)消散的油更不易粘在海面上，且生物消化進(jìn)程似乎比未經(jīng)分解的油快；但消油劑對(duì)重質(zhì)油和含蠟油、乳化油不起作用，分解后的油滲透到更深的水下，會(huì)對(duì)水下生物造成危害。凝油劑是通過增大油水界面張力將溢油包起來(lái)，使其成為膠凝狀凝固；而集油劑是將擴(kuò)散的油聚集起來(lái)但不使其膠凝。生物法是通過微生物利用油類作為新陳代謝的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)將其降解，從而達(dá)到去除溢油污染的目的。目前，已知的可降解石油的細(xì)菌和真菌約有200余種。其優(yōu)點(diǎn)是高效、經(jīng)濟(jì)、安全、無(wú)二次污染。缺點(diǎn)是一旦出現(xiàn)大規(guī)模的溢油或是油層比較厚時(shí)，營(yíng)養(yǎng)和氧氣供應(yīng)不足，細(xì)菌的生長(zhǎng)受到抑制由此會(huì)影響。1992年日本制成混合菌N菌，它利用石油成份烴作為惟一營(yíng)養(yǎng)源，專門吞噬海面浮油，既可清除浮油，又可回收大量的菌體，處理溢油收到較好的效果。化學(xué)方法包括焚燒法和吸附法。現(xiàn)場(chǎng)焚燒是一種有效的溢油處理技術(shù)，當(dāng)發(fā)生重大溢油事故導(dǎo)致大面積污染時(shí)，采用焚燒處理可消除大部分溢油，其優(yōu)點(diǎn)是高效、迅速，缺點(diǎn)是會(huì)對(duì)生態(tài)平衡造成不良影響。利用吸附法清除海面溢油是一種簡(jiǎn)單有效的治理方法。

Michio INAGAKI等研究發(fā)現(xiàn)膨脹石墨對(duì)各種油類物質(zhì)都有超強(qiáng)的吸附性能。孟建斌等研究水源水石油類污染應(yīng)急處理技術(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)：常規(guī)混凝沉淀對(duì)石油類具有一定的去除作用，去除率在50%～65%，但不能使石油類超標(biāo)3倍的原水出水石油類含量達(dá)標(biāo)。單獨(dú)投加粉末活性炭作處理劑時(shí)，粉末活性炭吸附時(shí)間的延長(zhǎng)能較有效去除水中石油含量，但用于實(shí)際的應(yīng)急處理可行性不高。單獨(dú)進(jìn)行吸附時(shí)，總體去除率只在26.3%～68.1%，多數(shù)情況下出水石油類含量超標(biāo)。而粉末活性炭預(yù)處理與常規(guī)混凝沉淀工藝聯(lián)用是應(yīng)對(duì)突發(fā)性石油污染事件，保證供水安全的較好選擇。兩者聯(lián)用石油去除率達(dá)75.5%～94.4%，性能穩(wěn)定。謝觀體等對(duì)石油類污染水源水的應(yīng)急處理工藝進(jìn)行研究，采用活性炭吸附+常規(guī)處理工藝，可對(duì)石油類表現(xiàn)出穩(wěn)定的去除效果，去除率保持在80%～90%。

毒性廢水污染事件應(yīng)急技術(shù)。主要有人工處理法和化學(xué)處理法等。人工處理法是將污染物清理及打撈出水或進(jìn)行攔污隔離等，必要時(shí)可采用修筑丁壩、導(dǎo)流堤、攔河壩、圍堰等工程措施，來(lái)改變?cè)瓉?lái)的主流方向和流場(chǎng)，防止污染物向外擴(kuò)散。化學(xué)處理法是在污染區(qū)域拋散化學(xué)藥劑，減輕和凈化污染水域。對(duì)化工、冶金、選礦、電鍍等行業(yè)排出的劇毒性含氰廢水，可采用強(qiáng)化氧化法處理，如Fenton試劑催化氧化、臭氧氧化等；對(duì)高濃度有機(jī)廢水，除采用強(qiáng)化氧化法外，還可采用吸附法；針對(duì)高濃度農(nóng)藥廢水，主要的處理方法有：活性炭吸附法，濕式氧化法、活性污泥法等。

傅金祥等人采用活性炭吸附工藝應(yīng)急處理苯胺污染的水源水，對(duì)于取水口離凈水設(shè)施很近的水廠，活性炭的吸附時(shí)間有限，但30min內(nèi)，活性炭就可對(duì)苯胺達(dá)到有效吸附，說(shuō)明在有限時(shí)間內(nèi)，活性炭對(duì)苯胺進(jìn)行應(yīng)急處理是可行的。同時(shí)，研究表明：炭漿濃度越小對(duì)苯胺的吸附效果越好，原因在于活性炭顆粒存在自凝聚現(xiàn)象。絮凝劑的投加順序直接決定活性炭吸附時(shí)間的長(zhǎng)短，對(duì)苯胺吸附的最佳順序是先投加炭漿，然后投加絮凝劑，而且炭漿的投加時(shí)間越前，對(duì)苯胺的處理效果越好。

劉韻達(dá)等展開粉末活性炭吸附、臭氧預(yù)氧化及高錳酸鉀預(yù)氧化3種應(yīng)急工藝處理模擬突發(fā)性揮發(fā)酚污染原水的研究，考察了以混凝、沉淀和過濾為主的常規(guī)處理工藝和3種應(yīng)急處理工藝對(duì)酚的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：強(qiáng)化混凝對(duì)應(yīng)急除酚幾乎無(wú)效果，砂濾對(duì)酚有一定的截留作用，縮短過濾時(shí)間可起臨時(shí)應(yīng)急效果。粉末活性炭的應(yīng)急除酚效率為20.5%～44%，可使15倍于國(guó)家規(guī)定限值的酚污染原水沉淀后達(dá)標(biāo)；臭氧預(yù)氧化應(yīng)急除酚的最佳投加量為3mg/L，可使100倍于國(guó)家規(guī)定限值的酚污染原水沉淀后達(dá)標(biāo)；高錳酸鉀應(yīng)急除酚的去除率接近50%。

雷燕平等采用有機(jī)膨潤(rùn)土吸附有機(jī)污染物苯并（a）芘，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用量為10g/L，吸附時(shí)間為60min，吸附效果最好，對(duì)廢水中苯并（a）芘的去除率可達(dá)到95% 以上。

高乃云等人以水中的阿特拉津和莠滅凈濃度突增為背景，考察了混凝、預(yù)氧化+混凝、活性炭吸附+混凝等工藝對(duì)它們的去除效率，結(jié)果表明：活性炭吸附+混凝才是最簡(jiǎn)單有效的方法，去除率高達(dá)95%以上。

從國(guó)內(nèi)對(duì)飲用水源突發(fā)水污染事件案的應(yīng)急方案看，大都采用吸附工藝+混凝沉淀常規(guī)處理工藝，均取得較好的去除效果。

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