飲用水源取水口突發性污染物的吸附與混凝消減技術研究

劉學卿丁文婧郭 蕾　/.江蘇省鎮江市環境監測中心站 .江蘇省水文水資源勘測局揚州分局

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飲用水源取水口突發性污染物的吸附與混凝消減技術研究

劉學卿1丁文婧2郭 蕾1/1.江蘇省鎮江市環境監測中心站 2.江蘇省水文水資源勘測局揚州分局

【摘 要】近年來，水源地突發性水污染事件的頻次和災害性在逐年增加，嚴重威脅著城市水源地的安全，并可能觸發更為嚴重的城市安全問題。因此建立飲用水源地突發性水污染事故應急對策具有重要的現實意義。

【關鍵詞】飲用水源；突發性；應急處理；吸附；混凝

當前，中國已進入環境污染事故高發期，形勢十分嚴峻。尤其是突發性水污染事故在我國重點流域頻繁發生，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，使數十萬市民飲水受到影響。這些重、特大突發水污染事件使社會、經濟的正常活動受到嚴重影響，水生態環境受到嚴重危害，更對人類健康及生命安全造成巨大威脅，嚴重制約了生態平衡及社會經濟的發展。

水是城市的生命，水源是城市居民生存和城市發展最基本的條件，而水源地則是提供清潔、優質和充足水源的生態環境基礎。近年來，水源地突發性水污染事件的頻次和災害性在逐年增加。國家環保總局調查顯示，自2005年松花江水污染事故以來，我國共發生140多起水污染事故，平均每2-3d便發生一起。2006年全國10大環境事件中，有7起與水環境污染有關，其中更有4起直接影響到居民的飲水安全。水源地突發水污染事故嚴重威脅著城市水源地的安全，可在短時間內迅速造成城市飲用水源生態環境和供水系統的重大損失，并可能觸發更為嚴重的城市安全問題。因此建立飲用水源地突發性水污染事故應急對策系統對保證供水安全、維護社會穩定和構建和諧社會，保障經濟、社會、人口、資源、環境的協調與可持續發展，具有重要的現實意義，也是現階段急需研究的一個新課題。

國內現關于飲用水源突發水污染事件應急處理技術的研究還很少，大多集中在風險評價上。但有關微污染飲用水源水處理技術的研究已趨于成熟，主要包括預處理技術、深度處理技術以及強化處理技術。

預處理技術采用物理、化學和生物方法對水中的污染物進行初級去除，使常規處理能更好地發揮作用，減輕常規處理和深度處理的負擔，改善和提高飲用水水質。常用的預處理技術有化學氧化法、生物預處理技術和吸附預處理技術。

Kim等采用臭氧氧化預處理水源水的研究表明，經臭氧處理后，水中可生物降解的溶解性有機碳（DOC）增加了30%。經臭氧氧化預處理后，水源水的可生化性提高20%～30%，可同化有機碳的含量增加10～20倍。馬曉輝等采用生物預處理技術，研究了曝氣生物濾池對微污染水的處理效果，結果表明，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水源水進行預處理，明顯提高了對水源水色度、臭味及有機物的去除效果。

深度處理技術是在常規處理工藝以后，采用適當的處理方法，將常規處理工藝不能有效去除的污染物或消毒副產物的前驅物加以去除，以提高和保證飲用水質。應用較廣泛的有生物活性炭深度處理技術、膜分離處理技術、臭氧活性炭聯用深度處理技術、光催化氧化技術等。

生物活性炭深度處理技術是利用微生物的氧化作用來增加水中溶解性有機物的去除效率，同時，水中的氨氮可以被生物轉化為硝酸鹽。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、消毒副產物前驅物等，且不需要投加藥劑。臭氧與活性炭聯用深度處理技術是采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又繼續氧化的方法，可以使活性炭充分發揮吸附作用，在吸附同時可有效地對活性炭進行再生。采用光催化氧化技術，利用TiO2作光催化劑的紫外光氧化技術能脫除源水中97%的有機鹵素化合物，總有機碳（TOC）含量可降低90%以上，并能減少鹽分、重金屬等污染物。

傳統工藝強化處理是對傳統凈化工藝進行改造、強化，可以進一步提高處理效率，降低出水濁度，提高水質。目前，國內外研究的主要是強化混凝法。Kimberly BellAjy用常規混凝處理微污染水源水，結果TOC的平均去除率是27%，UV254的去除率是49%；用強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%，顯示出對芳香族化合物有更好的去除率。

發生突發水污染事件時，瞬間高濃度污染物迅速擴散，上述微污染水源水處理技術不能直接應用，需要針對各類污染物性質、考慮現場環境條件等采用相應的應急處理技術。

溢油應急處理技術。常規的物理方法是應用圍油設施將溢油限制在一定區域內，然后再應用其它技術將溢油清除。近20多年來，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?；瘜W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。化學消散后的油比未經消散的油更不易粘在海面上，且生物消化進程似乎比未經分解的油快；但消油劑對重質油和含蠟油、乳化油不起作用，分解后的油滲透到更深的水下，會對水下生物造成危害。凝油劑是通過增大油水界面張力將溢油包起來，使其成為膠凝狀凝固；而集油劑是將擴散的油聚集起來但不使其膠凝。生物法是通過微生物利用油類作為新陳代謝的營養物質將其降解，從而達到去除溢油污染的目的。目前，已知的可降解石油的細菌和真菌約有200余種。其優點是高效、經濟、安全、無二次污染。缺點是一旦出現大規模的溢油或是油層比較厚時，營養和氧氣供應不足，細菌的生長受到抑制由此會影響。1992年日本制成混合菌N菌，它利用石油成份烴作為惟一營養源，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?；瘜W方法包括焚燒法和吸附法。現場焚燒是一種有效的溢油處理技術，當發生重大溢油事故導致大面積污染時，采用焚燒處理可消除大部分溢油，其優點是高效、迅速，缺點是會對生態平衡造成不良影響。利用吸附法清除海面溢油是一種簡單有效的治理方法。

Michio INAGAKI等研究發現膨脹石墨對各種油類物質都有超強的吸附性能。孟建斌等研究水源水石油類污染應急處理技術時發現：常規混凝沉淀對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3倍的原水出水石油類含量達標。單獨投加粉末活性炭作處理劑時，粉末活性炭吸附時間的延長能較有效去除水中石油含量，但用于實際的應急處理可行性不高。單獨進行吸附時，總體去除率只在26.3%～68.1%，多數情況下出水石油類含量超標。而粉末活性炭預處理與常規混凝沉淀工藝聯用是應對突發性石油污染事件，保證供水安全的較好選擇。兩者聯用石油去除率達75.5%～94.4%，性能穩定。謝觀體等對石油類污染水源水的應急處理工藝進行研究，采用活性炭吸附+常規處理工藝，可對石油類表現出穩定的去除效果，去除率保持在80%～90%。

毒性廢水污染事件應急技術。主要有人工處理法和化學處理法等。人工處理法是將污染物清理及打撈出水或進行攔污隔離等，必要時可采用修筑丁壩、導流堤、攔河壩、圍堰等工程措施，來改變原來的主流方向和流場，防止污染物向外擴散?；瘜W處理法是在污染區域拋散化學藥劑，減輕和凈化污染水域。對化工、冶金、選礦、電鍍等行業排出的劇毒性含氰廢水，可采用強化氧化法處理，如Fenton試劑催化氧化、臭氧氧化等；對高濃度有機廢水，除采用強化氧化法外，還可采用吸附法；針對高濃度農藥廢水，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急處理苯胺污染的水源水，對于取水口離凈水設施很近的水廠，活性炭的吸附時間有限，但30min內，活性炭就可對苯胺達到有效吸附，說明在有限時間內，活性炭對苯胺進行應急處理是可行的。同時，研究表明：炭漿濃度越小對苯胺的吸附效果越好，原因在于活性炭顆粒存在自凝聚現象。絮凝劑的投加順序直接決定活性炭吸附時間的長短，對苯胺吸附的最佳順序是先投加炭漿，然后投加絮凝劑，而且炭漿的投加時間越前，對苯胺的處理效果越好。

劉韻達等展開粉末活性炭吸附、臭氧預氧化及高錳酸鉀預氧化3種應急工藝處理模擬突發性揮發酚污染原水的研究，考察了以混凝、沉淀和過濾為主的常規處理工藝和3種應急處理工藝對酚的去除效果。實驗結果表明：強化混凝對應急除酚幾乎無效果，砂濾對酚有一定的截留作用，縮短過濾時間可起臨時應急效果。粉末活性炭的應急除酚效率為20.5%～44%，可使15倍于國家規定限值的酚污染原水沉淀后達標；臭氧預氧化應急除酚的最佳投加量為3mg/L，可使100倍于國家規定限值的酚污染原水沉淀后達標；高錳酸鉀應急除酚的去除率接近50%。

雷燕平等采用有機膨潤土吸附有機污染物苯并（a）芘，實驗結果表明，用量為10g/L，吸附時間為60min，吸附效果最好，對廢水中苯并（a）芘的去除率可達到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、預氧化+混凝、活性炭吸附+混凝等工藝對它們的去除效率，結果表明：活性炭吸附+混凝才是最簡單有效的方法，去除率高達95%以上。

從國內對飲用水源突發水污染事件案的應急方案看，大都采用吸附工藝+混凝沉淀常規處理工藝，均取得較好的去除效果。

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