水源油污染的水廠應(yīng)急處理研究

彭進(jìn)湖， 胡小芳， 巢 猛

(東莞市東江水務(wù)有限公司，廣東東莞523000)

隨著社會(huì)發(fā)展的需要，江河的航運(yùn)作用愈發(fā)明顯。在水路運(yùn)輸和碼頭存儲(chǔ)的過(guò)程中，時(shí)常有油類(lèi)產(chǎn)品泄露的風(fēng)險(xiǎn)。而在我國(guó)南方地區(qū)，江河湖泊常被水廠用作主要或備用水源。對(duì)于浮油，目前水廠主要的去除手段是物理隔離，如采用攔油柵和吸油氈等。溶解態(tài)的油則會(huì)流入水廠的工藝中，須通過(guò)廠內(nèi)凈化工藝對(duì)其進(jìn)行去除，因此油類(lèi)的突發(fā)污染問(wèn)題不容忽視。柴油作為船只的主要燃料，對(duì)水源污染的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較大。筆者通過(guò)燒杯試驗(yàn)，模擬柴油在原水中的溶解情況以及水廠常規(guī)凈化技術(shù)對(duì)不同程度油污染的應(yīng)急處理效果，以期為水廠應(yīng)對(duì)水源突發(fā)柴油類(lèi)的石油污染提供技術(shù)支持。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)采用船用柴油，原水為東江水，水質(zhì)見(jiàn)表1。濾料采用南方某水廠正在運(yùn)行的石英砂濾料和活性炭濾料，該水廠供水量約為30×104m3/d，濾料已使用10 a。濾柱直徑為4.4 cm，濾料填充高度為60 cm，控制濾速為4 m/h。水中石油類(lèi)含量采用HACH OL1020水中油分濃度分析儀檢測(cè)。

表1 東江原水水質(zhì)Tab.1 Quality of Dongjiang River raw water

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 柴油的溶解實(shí)驗(yàn)

向50 L東江原水中加入約90 mL柴油，靜置48 h，分別在0.5，1，2，5，8，24，31和48 h時(shí)取液面下30 cm水樣1 L。用鹽酸調(diào)節(jié)水樣pH≤2，放入冰箱保存待測(cè)。

1.2.2 預(yù)處理的處理效果

對(duì)受油污染的東江原水，通過(guò)燒杯試驗(yàn)?zāi)M水廠的混凝、沉淀過(guò)程，聚合氯化鋁(PAC)的有效投加濃度分別為0.8，1.2，2.0，2.8和3.6 mg/L。取液面1 cm以下澄清液并加入鹽酸調(diào)節(jié)pH≤2，放入冰箱保存待測(cè)。

通過(guò)燒杯試驗(yàn)，考察混凝階段的攪拌速率對(duì)油污染去除的影響，分別設(shè)定攪拌速率為100，250和500 r/min，攪拌結(jié)束后分別取液面1 cm以下水樣1 L，加入鹽酸至pH≤2，放入冰箱保存待測(cè)。

向受油污染的東江原水中分別加入不同濃度的粉末活性炭和高錳酸鉀，攪拌10 min，模擬水廠的預(yù)處理過(guò)程，然后進(jìn)行燒杯試驗(yàn)，聚合氯化鋁的有效投加濃度為1.0 mg/L。取液面1 cm以下澄清液，加入鹽酸至pH≤2，放入冰箱保存待測(cè)。

1.2.3 不同濾料的處理效果

向東江原水中投入有效濃度為2 mg/L的聚合氯化鋁，混凝靜置1 h，再加入150 mL柴油，靜置24 h。取上清液分別通過(guò)石英砂濾料和生物活性炭濾料過(guò)濾1 h，取進(jìn)水和濾后水各1 L，加入鹽酸至pH≤2，放入冰箱保存待測(cè)。

1.2.4 水中石油類(lèi)含量的檢測(cè)方法

采用紅外分光光度法(HJ 637—2012)檢測(cè)水樣中石油類(lèi)含量。取水樣1 L加至OL1020水中油分濃度分析儀樣品瓶中，設(shè)定程序加入25 mL四氯化碳溶液，自動(dòng)萃取進(jìn)樣測(cè)定水中石油類(lèi)濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 柴油在水中的溶解過(guò)程

在取水口處設(shè)置攔油柵和吸油氈能有效攔截水面的浮油，但溶解后進(jìn)入水處理工藝的油污會(huì)對(duì)水廠正常生產(chǎn)造成威脅。柴油在水中的溶解情況如圖1所示，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，溶解濃度增大，但達(dá)到一定濃度后會(huì)下降，之后逐漸趨于穩(wěn)定。柴油的溶解過(guò)程中存在浮油、乳化油和溶解油3種類(lèi)型[1]，乳化油和溶解油是柴油在水相中的主要形態(tài)。相對(duì)溶解油，乳化油的含量更高。乳化油是乳化態(tài)油水混合物，其乳化程度與原水水質(zhì)有較大關(guān)系[1]，所以乳化油在水相中較不穩(wěn)定，在試驗(yàn)的溶解過(guò)程中出現(xiàn)水樣中石油類(lèi)濃度下降的情況。溶解油是柴油完全溶解于水相中的形態(tài)，其主要成分是芳香類(lèi)混合物。因此，當(dāng)水源面臨石油污染時(shí)，除了石油類(lèi)含量的監(jiān)測(cè)外，水中芳香烴的含量及其去除也不容忽視。

圖1 柴油的溶解過(guò)程Fig.1 Dissolution process of diesel oil

2.2 混凝劑投加量對(duì)去除效果的影響

對(duì)于采用靜態(tài)混凝器的水廠，在混凝過(guò)程中只能通過(guò)調(diào)整混凝劑的投加量應(yīng)對(duì)突發(fā)水質(zhì)問(wèn)題。不同的聚合氯化鋁投加量下，對(duì)水中柴油的去除效果如圖2所示。當(dāng)有效投加濃度達(dá)到1.2 mg/L時(shí)，油污可以得到有效去除。聚合氯化鋁能有效在水中水解，并與水中帶電荷的油滴發(fā)生反應(yīng)，從而形成絮體[2]。因此，水廠通過(guò)適當(dāng)調(diào)整混凝劑的投加量，能有效應(yīng)對(duì)受油污染影響的原水。

2.3 攪拌對(duì)去除效果的影響

對(duì)于采用機(jī)械攪拌的水廠，可通過(guò)調(diào)節(jié)混凝階段時(shí)的水力條件應(yīng)對(duì)突發(fā)水質(zhì)問(wèn)題。攪拌速率對(duì)水中柴油的去除效果的影響如圖3所示，攪拌越快，石油類(lèi)在水中含量越低。這是因?yàn)椴裼驮谒嘀械闹饕螒B(tài)是乳化油，過(guò)快的攪拌會(huì)破壞其在水相中的乳化狀態(tài)，但可能使溶解油在水相中的濃度升高[2]。同時(shí)，混凝階段或預(yù)處理階段，加快攪拌速率有利于藥劑與油污的混合[3]，因此適當(dāng)調(diào)節(jié)攪拌速率有利于提升水廠對(duì)油污的處理效果。

圖2 聚合氯化鋁投加量對(duì)油污的去除效果Fig.2 Removal effect of PAC dosage on oil contamination removal

圖3 攪拌速率對(duì)油污的去除效果Fig.3 Effect of stirring rate on oil contamination removal

2.4 不同預(yù)處理藥劑對(duì)油污去除的影響

溶解油是柴油完全溶解于水中的部分，其主要成分芳香烴不僅影響水質(zhì)，還會(huì)影響混凝效果，常規(guī)處理工藝難以將其去除，考察預(yù)處理手段對(duì)油污的去除效果，如圖4所示。

高錳酸鉀和粉末活性炭對(duì)柴油均有良好的去除效果。高錳酸鉀具有強(qiáng)氧化性，能氧化去除油污，粉末活性炭則發(fā)揮物理吸附作用。此外，高錳酸鉀和粉末活性炭有一定的助凝作用，能有效提升混凝效果，去除水中油污染。但其投加量不宜過(guò)大，高錳酸鉀投加量過(guò)大易引起水質(zhì)色度問(wèn)題，而粉末活性炭投加量過(guò)大難以在沉淀過(guò)程中完全去除，使部分污染物隨著粉末活性炭進(jìn)入下一步工藝，造成不必要的污染。因此，適當(dāng)投加高錳酸鉀或粉末活性炭有利于水廠處理突發(fā)油污染。

圖4 不同預(yù)處理藥劑對(duì)油污的去除效果Fig.4 Effect of different pretreatment agents on oil contamination removal

2.5 不同濾料對(duì)去除效果的影響

作為常規(guī)水處理工藝最后一道防線，濾池濾料的選擇對(duì)油污去除十分重要。如表2所示，相對(duì)于石英砂，生物活性炭對(duì)柴油的去除效果更為顯著，去除率能達(dá)到97.8%。進(jìn)水中含有許多混凝、沉淀無(wú)法去除的細(xì)小顆粒，這些顆粒物有一定的吸附能力，因此，進(jìn)水的柴油除了溶解于水相中的乳化油和溶解油外，部分附著于這些細(xì)小顆粒[3]并進(jìn)入到過(guò)濾單元。石英砂濾池良好的截留能力和生物作用對(duì)柴油有一定的去除效果。與石英砂相比，生物活性炭除了截留和更強(qiáng)的生物作用外，還有一定的物理吸附能力。因此，生物活性炭對(duì)水中的乳化油和溶解油的去除能力更強(qiáng)。

表2 不同濾料對(duì)油污的去除效果Tab.2 Effect of different filters on oil contamination removal

然而，截留在濾料中的油污會(huì)粘附在濾料表面，導(dǎo)致濾料的粘結(jié)和過(guò)濾通道的減少[4]，通過(guò)日常反沖洗較難將其沖洗干凈，影響處理效能。因此，更推薦預(yù)處理+混凝劑作為應(yīng)對(duì)水源油污染的處理手段。

3 結(jié)論

① 隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，柴油在水中的溶解濃度越高，同時(shí)具有不穩(wěn)定性。

② 適當(dāng)提高聚合氯化鋁投加量，能有效提升水廠對(duì)柴油污染的去除能力，且適當(dāng)調(diào)節(jié)攪拌速率有利于水廠對(duì)油污的處理。

④ 預(yù)處理+混凝沉淀工藝，能更有效去除柴油在水中的不同組分。

⑤ 生物活性炭對(duì)水中柴油的去除能力比石英砂更強(qiáng)，但柴油對(duì)濾料的污染較大，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。