饮用水源取水口突发性污染物的吸附与混凝消减技术研究

【摘 要】近年来，水源地突发性水污染事件的频次和灾害性在逐年增加，严重威胁着城市水源地的安全，并可能触发更为严重的城市安全问题。因此建立饮用水源地突发性水污染事故应急对策具有重要的现实意义。

【关键词】饮用水源；突发性；应急处理；吸附；混凝

当前，中国已进入环境污染事故高发期，形势十分严峻。尤其是突发性水污染事故在我国重点流域频繁发生， 如2005年末的松花江硝基苯水污染事故；2008年6月云南昆明阳宗海砷污染事故；2009年江苏盐城市水源地遭酚类化合物污染，使数十万市民饮水受到影响。这些重、特大突发水污染事件使社会、经济的正常活动受到严重影响，水生态环境受到严重危害，更对人类健康及生命安全造成巨大威胁，严重制约了生态平衡及社会经济的发展。

水是城市的生命，水源是城市居民生存和城市发展最基本的条件，而水源地则是提供清洁、优质和充足水源的生态环境基础。近年来，水源地突发性水污染事件的频次和灾害性在逐年增加。国家环保总局调查显示，自2005年松花江水污染事故以来，我国共发生140多起水污染事故，平均每2-3d便发生一起。2006年全国10大环境事件中，有7起与水环境污染有关，其中更有4起直接影响到居民的饮水安全。水源地突发水污染事故严重威胁着城市水源地的安全，可在短时间内迅速造成城市饮用水源生态环境和供水系统的重大损失，并可能触发更为严重的城市安全问题。因此建立饮用水源地突发性水污染事故应急对策系统对保证供水安全、维护社会稳定和构建和谐社会，保障经济、社会、人口、资源、环境的协调与可持续发展，具有重要的现实意义，也是现阶段急需研究的一个新课题。

国内现关于饮用水源突发水污染事件应急处理技术的研究还很少，大多集中在风险评价上。但有关微污染饮用水源水处理技术的研究已趋于成熟，主要包括预处理技术、深度处理技术以及强化处理技术。

预处理技术采用物理、化学和生物方法对水中的污染物进行初级去除，使常规处理能更好地发挥作用，减轻常规处理和深度处理的负担，改善和提高饮用水水质。常用的预处理技术有化学氧化法、生物预处理技术和吸附预处理技术。

Kim等采用臭氧氧化预处理水源水的研究表明，经臭氧处理后，水中可生物降解的溶解性有机碳（DOC）增加了30%。经臭氧氧化预处理后，水源水的可生化性提高20%～30%，可同化有机碳的含量增加10～20倍。马晓辉等采用生物预处理技术，研究了曝气生物滤池对微污染水的处理效果，结果表明，COD 和NH -N、浊度的去除效果均较好。郝玉梅等投加粉末活性炭对水源水进行预处理，明显提高了对水源水色度、臭味及有机物的去除效果。

深度处理技术是在常规处理工艺以后，采用适当的处理方法，将常规处理工艺不能有效去除的污染物或消毒副产物的前驱物加以去除，以提高和保证饮用水质。应用较广泛的有生物活性炭深度处理技术、膜分离处理技术、臭氧活性炭联用深度处理技术、光催化氧化技术等。

生物活性炭深度处理技术是利用微生物的氧化作用来增加水中溶解性有机物的去除效率，同时，水中的氨氮可以被生物转化为硝酸盐。膜过滤中，反渗透（RO）、超滤（UF）、微滤（MF）、纳滤（NF）都能有效地去除水中的臭味、色度、消毒副产物前驱物等，且不需要投加药剂。臭氧与活性炭联用深度处理技术是采取先臭氧氧化后活性炭吸附，在活性炭吸附中又继续氧化的方法，可以使活性炭充分发挥吸附作用，在吸附同时可有效地对活性炭进行再生。采用光催化氧化技术，利用TiO2作光催化剂的紫外光氧化技术能脱除源水中97%的有机卤素化合物，总有机碳（TOC）含量可降低90%以上，并能减少盐分、重金属等污染物。

传统工艺强化处理是对传统净化工艺进行改造、强化，可以进一步提高处理效率，降低出水浊度，提高水质。目前，国内外研究的主要是强化混凝法。Kimberly BellAjy用常规混凝处理微污染水源水，结果TOC的平均去除率是27%，UV254的去除率是49%；用强化混凝处理微污染水源水，TOC的去除率平均为38%，而UV254的去除率增加到62%，显示出对芳香族化合物有更好的去除率。

发生突发水污染事件时，瞬间高浓度污染物迅速扩散，上述微污染水源水处理技术不能直接应用，需要针对各类污染物性质、考虑现场环境条件等采用相应的应急处理技术。

溢油应急处理技术。常规的物理方法是应用围油设施将溢油限制在一定区域内，然后再应用其它技术将溢油清除。近20多年来，世界上已研制出几百种溢油围栏、回收装置，其中最常用的包括围油栏和各种撇油器。化学试剂法主要指采用消油剂、凝油剂及集油剂清除溢油。消油剂可以分解表面的浮油，使其沉浮在水面下。化学消散后的油比未经消散的油更不易粘在海面上，且生物消化进程似乎比未经分解的油快；但消油剂对重质油和含蜡油、乳化油不起作用，分解后的油渗透到更深的水下，会对水下生物造成危害。凝油剂是通过增大油水界面张力将溢油包起来，使其成为胶凝状凝固；而集油剂是将扩散的油聚集起来但不使其胶凝。生物法是通过微生物利用油类作为新陈代谢的营养物质将其降解，从而达到去除溢油污染的目的。目前，已知的可降解石油的细菌和真菌约有200余种。其优点是高效、经济、安全、无二次污染。缺点是一旦出现大规模的溢油或是油层比较厚时，营养和氧气供应不足，细菌的生长受到抑制由此会影响。1992年日本制成混合菌N菌，它利用石油成份烃作为惟一营养源，专门吞噬海面浮油，既可清除浮油，又可回收大量的菌体，处理溢油收到较好的效果。化学方法包括焚烧法和吸附法。现场焚烧是一种有效的溢油处理技术，当发生重大溢油事故导致大面积污染时，采用焚烧处理可消除大部分溢油，其优点是高效、迅速，缺点是会对生态平衡造成不良影响。利用吸附法清除海面溢油是一种简单有效的治理方法。

Michio INAGAKI等研究发现膨胀石墨对各种油类物质都有超强的吸附性能。孟建斌等研究水源水石油类污染应急处理技术时发现：常规混凝沉淀对石油类具有一定的去除作用，去除率在50%～65%，但不能使石油类超标3倍的原水出水石油类含量达标。单独投加粉末活性炭作处理剂时，粉末活性炭吸附时间的延长能较有效去除水中石油含量，但用于实际的应急处理可行性不高。单独进行吸附时，总体去除率只在26.3%～68.1%，多数情况下出水石油类含量超标。而粉末活性炭预处理与常规混凝沉淀工艺联用是应对突发性石油污染事件，保证供水安全的较好选择。两者联用石油去除率达75.5%～94.4%，性能稳定。谢观体等对石油类污染水源水的应急处理工艺进行研究，采用活性炭吸附+常规处理工艺，可对石油类表现出稳定的去除效果，去除率保持在80%～90%。

毒性废水污染事件应急技术。主要有人工处理法和化学处理法等。人工处理法是将污染物清理及打捞出水或进行拦污隔离等，必要时可采用修筑丁坝、导流堤、拦河坝、围堰等工程措施，来改变原来的主流方向和流场，防止污染物向外扩散。化学处理法是在污染区域抛散化学药剂，减轻和净化污染水域。对化工、冶金、选矿、电镀等行业排出的剧毒性含氰废水，可采用强化氧化法处理，如Fenton试剂催化氧化、臭氧氧化等；对高浓度有机废水，除采用强化氧化法外，还可采用吸附法；针对高浓度农药废水，主要的处理方法有：活性炭吸附法，湿式氧化法、活性污泥法等。

傅金祥等人采用活性炭吸附工艺应急处理苯胺污染的水源水，对于取水口离净水设施很近的水厂，活性炭的吸附时间有限，但30min内，活性炭就可对苯胺达到有效吸附，说明在有限时间内，活性炭对苯胺进行应急处理是可行的。同时，研究表明：炭浆浓度越小对苯胺的吸附效果越好，原因在于活性炭颗粒存在自凝聚现象。絮凝剂的投加顺序直接决定活性炭吸附时间的长短，对苯胺吸附的最佳顺序是先投加炭浆，然后投加絮凝剂，而且炭浆的投加时间越前，对苯胺的处理效果越好。

刘韵达等展开粉末活性炭吸附、臭氧预氧化及高锰酸钾预氧化3种应急工艺处理模拟突发性挥发酚污染原水的研究，考察了以混凝、沉淀和过滤为主的常规处理工艺和3种应急处理工艺对酚的去除效果。实验结果表明：强化混凝对应急除酚几乎无效果，砂滤对酚有一定的截留作用，缩短过滤时间可起临时应急效果。粉末活性炭的应急除酚效率为20.5%～44%，可使15倍于国家规定限值的酚污染原水沉淀后达标；臭氧预氧化应急除酚的最佳投加量为3mg/L，可使100倍于国家规定限值的酚污染原水沉淀后达标；高锰酸钾应急除酚的去除率接近50%。

雷燕平等采用有机膨润土吸附有机污染物苯并（a）芘，实验结果表明，用量为10g/L，吸附时间为60min，吸附效果最好，对废水中苯并（a）芘的去除率可达到95% 以上。

高乃云等人以水中的阿特拉津和莠灭净浓度突增为背景，考察了混凝、预氧化+混凝、活性炭吸附+混凝等工艺对它们的去除效率，结果表明：活性炭吸附+混凝才是最简单有效的方法，去除率高达95%以上。

从国内对饮用水源突发水污染事件案的应急方案看，大都采用吸附工艺+混凝沉淀常规处理工艺，均取得较好的去除效果。

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