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浅谈饮用水水质应急处理技术

摘要：本文就近年来已经应用的饮用水应急处理技术作了简要概述。分类讨论了不同污染物的应急处理方法，主要有：应对可吸附有机污染物的活性炭吸附技术，应对金属、非金属污染物的化学沉淀技术，应对还原性或氧化性污染物的氧化还原技术，应对微生物污染的强化消毒技术，应对挥发性污染物的曝气吹脱技术，应对藻类暴发的综合处理技术以及各种应急处理技术的集成。最后，分析了我国饮用水应急处理技术存在的问题及其未来的发展方向。
关键词：饮用水；水质应急；工艺技术

前言
近年来，由于化学品和石油泄漏、工业事故排放等造成的突发性水污染事件
的发生频率不断上升，成为威胁城市饮用水安全的主要来源。比较突出的案例包括2005年松花江硝基苯污染事件、2005年广东省北江镉污染事件、2007年无锡太湖水危机事件、2010年广东省北江铊污染事件等。环境污染事故一旦影响到水源，就会大大放大其影响范围和破坏性，因此，应对突发环境污染事件的供水安全问题受到了政府主管部门和科研机构的高度关注。
自来水厂无论使用常规处理工艺，还是深度处理工艺，在设计和建设时都是针对合格水源或者只是受到轻微污染的水源，一般未考虑应对水源受到严重污染的情况。一旦发生水源污染事件，供水企业往往只能采取水源切换、水厂调度等手段规避，如果最终不得不停水，就会影响到数万人甚至数百万人。应急供水成为我国城市供水行业面临的一个新问题和新任务[1]。
在松花江水污染事件中，采用了投加粉末活性炭和粒状活性炭过滤来吸附水中的硝基苯，其中在水厂取水口处投加粉末活性炭，把安全屏障前移是应急处理的关键措施[2]。在广东北江镉污染事件中，紧急确定了弱碱性混凝处理的除镉技术，除镉处理的pH控制在9。经采用应急处理技术，在水源水中特征污染物超标数倍的情况下，水厂出水中污染物的浓度远远低于饮用水水质标准的限值，应急处理取得了成功。对于饮用水水质的应急处理技术，针对不同的污染源有不同的方法：应对可吸附有机污染物的活性炭吸附技术，应对金属、非金属污染物的化学沉淀技术，应对还原性或氧化性污染物的氧化还原技术，应对微生物污染的强化消毒技术，应对挥发性污染物的曝气吹脱技术，应对藻类爆发的综合处理技术。下面就各种污染物的应急处理方法具体展开讨论。
1 活性炭吸附技术
采用粉末活性炭可以吸附去除许多种可吸附的有机污染物。粉末活性炭在取水口或净水厂混凝前投加，为了满足活性炭吸附平衡所需时间，粉末活性炭的投加点应尽可能前移，对于取水口离净水厂有一定距离的水厂，粉末活性炭应在取水口处投加，可以在原水输水管道中完成吸附过程。吸附污染物后的活性炭在水厂净水过程中与泥沙浊度物质一起在沉淀池和滤池中被去除。
例如，在2005年松花江硝基苯污染事件的处理中，采用了投加粉末活性炭和粒状活性炭过滤来吸附水中的硝基苯。由于城市给水厂的常规处理工艺对硝基苯基本无去除作用，混凝沉淀对硝基苯的去除率在2% ~ 5%，增大混凝剂的投加量对硝基苯的去除无改善作用。硝基苯的化学稳定性强，水处理常用的氧化剂，如高锰酸钾、臭氧等不能将其氧化。硝基苯的生物分解速度较慢，特别是在当时的低温条件下。但是，硝基苯容易被活性炭吸附，采用活性炭吸附是城市供水应对硝基苯污染的首选应急处理技术。
由清华大学领导的“自来水厂应急净化处理技术及工艺体系研究与示范”课题中，课题组经过试验研究，确定了活性炭吸附法可以有效应对饮用水相关标准中的60多种污染物，并确定了相应的工艺参数，包括吸附时间与吸附容量、可承受的最大超标倍数[3]。
2　化学沉淀技术
去除金属、非金属污染物可以采用化学沉淀法，通过调整pH、投加沉淀剂或是改变污染物离子的价态，使污染金属或非金属离子生成难溶于水的固体沉淀物，再通过水厂的混凝沉淀处理，去除金属非金属污染物。根据具体工艺，用于应急处理的化学沉淀法又可分为：碱性化学沉淀法（把水的pH调到弱碱性，生成难溶的金属氢氧化物或碳酸盐）、硫化物沉淀法（投加硫化钠，生成难溶于水的金属硫化物）和组合或其他化学沉淀法。
可用碱性化学沉淀法去除的金属非金属污染物有银、铍、镉、铜、汞、锰、镍、铅、锌、钒、钛、钴。可用硫化物沉淀法去除的金属非金属污染物有银、镉、铜、汞、镍、铅、锌。组合或其他化学沉淀法可处理的污染物有砷、铊、锑、铬(Ⅵ)、硒、银、钡、总磷等。
刘雷斌等[4]研究表明，调节pH值—强化混凝可以有效控制突发的铅、镉、镍污染；亚铁还原(六价铬为三价铬)—铁盐混凝法可以有效控制突发的铬污染；Na- ClO氧化(三价砷为五价砷)－铁盐混凝法可以有效控制突发的砷污染。王涛等[5]选用Cu2+、Fe2+、Zn2+和Cd2+ 4种金属离子为目标污染物，采用聚合氯化铝辅助化学沉淀法进行应急处理研究。研究结果表明，所选用的聚合氯化铝辅助化学沉淀法简便易行，可实现污染物快速、有效去除。
3 氧化还原技术
对于还原性或氧化性污染物，可以在取水口或净水厂进水处投加氧化剂，如高锰酸钾、氯等。对于六价铬等氧化性污染物，可以投加亚硫酸盐或亚铁混凝剂，具有很好的去除效果。
可用氧化法处理的污染物有锰、硫化物、氰化物、氨氮(<2mg/L)、亚硝酸盐、微囊藻毒素、甲硫醇、乙硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二甲三硫、水合肼等。可用还原法去除的污染物有六价铬。
4 曝气吹脱技术
对于难吸附和氧化的挥发性污染物可以在取水口外水源地设置应急曝气设备，吹脱去除。可用此方法去除的挥发性污染物有氯乙烯、二氯甲烷、1,2－二氯乙烷、1,1－二氯乙烯、1,2－二氯乙烯、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯、1,1,1－三氯乙烷、1,1,2－三氯乙烷。
张伟等[6]针对挥发性有机物发生水源水突发污染存在较大隐患的现状，以我国饮用水水质标准中包含的典型挥发性有机物为对象，采用无填料鼓泡曝气形式，在单组分条件下进行曝气吹脱，建立了挥发性有机物的曝气吹脱模型，研究了挥发性有机物的曝气吹脱去除效果，确定了曝气吹脱法用于处理这些有机物突
发污染的工艺参数，分析了曝气吹脱技术作为挥发性有机物突发污染应急技术
的技术经济可行性，初步设计了不同取水环境的曝气吹脱实施方案。并得到了一些研究成果：建立了曝气吹脱传质模型；测定了八种挥发性有机物的静态吹脱特性，包括：四种挥发性卤代烷烃（三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷、三溴甲烷）、两种卤代烯烃（三氯乙烯、四氯乙烯）和两种苯系物（苯、甲苯）。结果表明在液面高度超过相平衡高度时，所测定的物质去除率与理论去除率相同；测定了三氯甲烷的动态吹脱特性，包括单阶和三阶CSTR动态吹脱试验，结果表明在液面高度超过相平衡高度时，所测定的物质去除率与理论去除率相同，试验结果与模型相一致，验证了其曝气吹脱动态模型的正确性；曝气吹脱方法适用于河道引水渠和湖库等不同类型的取水环境，在应急工程实施时首选鼓风曝气吹脱方式。
5 强化消毒技术
水源水受到生活污水、医院污水污染时，可导致水源水中微生物指标超标。通过增加前置预消毒和加强主消毒的强化消毒处理，能够控制饮用水的微生物安全。强化消毒技术可应对的有关微生物指标有细菌总数、总大肠菌群、耐热大肠菌群、粪型链球菌群、肠球菌、产气荚膜梭状芽孢杆菌、蓝氏贾第鞭毛虫、隐孢子虫等。
由于氯具有经济、易操作管理和技术成熟等优点，到目前为止，世界上绝大
多数国家仍然以氯作为主要的消毒剂，在发现氯消毒所产生的三卤甲烷等对人体有三致作用的消毒副产物后，寻找高效、安全的替代消毒剂便成为了消毒研究的一个方向。研究人员在二氧化氯的生产制备和保存方法、有害消毒副产物、水厂投加工艺的选择和运行成本等方面对二氧化氯的应用进行了总结，认为二氧化氯是一种理想的消毒剂。另外，膜技术通过筛分作用和吸附作用达到去除水中微生物的目的，由于其具有出水水质优良、稳定、操作简单、占地小等优点，也被认为是一种很有前景的消毒方式[7]。
单独一种消毒剂无法达到理想的消毒效果时，可以用两种或两种以上的消毒
剂通过连续投加等不同的联合方式发挥各自的优势，达到协同消毒的作用，能在
困难的条件下得到满意的结果。臭氧+自由氯、臭氧+氯胺和紫外线（UV）+自由氯的连续消毒方式，其协同作用程度都依赖于第一消毒剂即臭氧或 UV 的水平，如果投加得当，都可以比单独的消毒剂更有效去除抗氯性较强的微生物[8-13]。
6 应对藻类暴发的综合处理技术
藻类暴发引起的饮用水水质问题包括：藻体堵塞滤池、出水含藻数量过高、藻类生长产生的代谢毒性物质（藻毒素等）、藻类生长产生的代谢致臭物质（甲基异莰醇－２、土臭素等）、藻体腐败产生的恶臭物质（硫醇、硫醚类等）。在具体的应对藻类暴发的处置中，必须首先确定主要的污染物种类，再根据其去除特性，综合采用多种处理技术，形成应急处理工艺。
7 应急处理技术的集成
集成的思想最早源于CIM(Computer Integrated Manufacturing)这一概念。近年来，系统集成(System Integration)一词应用日益频繁。系统集成确实反映了信息时代各种技术和产品不断涌现的环境下，应付灵活应变市场和满足不同应用需求的一种哲理，它又是一种思想、观念，是指导信息系统总体规划、分布实施的方法和策略，它可提供一体化的解决方案。目前，多个领域进行了系统集成的研究。在饮用水处理方面的供水管网、加药的自动控制上也逐渐实现了系统集成技术。在整个饮用水处理工艺方面，韩宏大、李玉仙等[14,15]在大量试验研究基础上，对众多的单元处理技术、组合工艺进行分析评价，合理地选择相关工艺运行参数和策略，形成了饮用水处理工艺完整的集成方案。目前饮用水应急处理技术大多是在单个污染物的层次上进行独立研究，系统间的综合集成研发薄弱，缺乏有机联系、系统协同。随着突发性污染物种类的增多和频率的上升，单个污染物层面的研究已不能满足实际的需求，因此对于饮用水应急处理技术进行技术集成的研究十分必要。应急处理技术的集成应遵循以下原则：
①实用性原则。能够最大限度的满足实际要求，选择优化的处理技术和运行参数，提出不同突发污染物条件下指导实际水处理系统的运行解决方案；
②针对性原则。突发性水污染有着不同于一般水污染的特点，针对不同污染物特点，通过选择适合的应急处理技术达到水质目标要求；
③易理解、易操作性原则。饮用水应急处理技术集成系统是一个开放体系，是应用性很强的技术支持体系，易理解、易操作，便于在各城市推广应用。
对饮用水应急处理技术的集成将为国家供水体系建设提供技术支持，为饮用
水行业提供应急供水处理技术，为供水企业提供应急供水工艺与设计规范，推动
饮用水行业应急供水能力建设，有效应对突发性污染事故，提高城市供水的安全
保障。
8 存在的问题及发展方向
现有的一些技术方法会产生应急处理副产物、副作用[16]。如应急处理可能投加的粉末活性炭，其上会附着大量有毒有害的突发性污染物，在水处理过程中进入排泥水和反冲洗水中富集，这些排泥水和反冲洗水如果不能被妥善处理就会产生新的环境污染。针对突发性生物污染，应急处理时可能投加较大量的氯胺，在解决生物污染的同时会产生含氮消毒副产物，威胁饮用水水质安全。针对突发性藻类污染，应急处理时可能投加大量的硫酸铜，铜离子如果超量也会产生水质安全风险。针对挥发性污染物，吹脱工艺是有效的，但是应避免挥发性污染物简单地转移到气相而对大气环境造成污染。在应对河湖水质突发性污染中，向水体中投加大量混凝剂，有效地控制了污染物的扩散，保护了下游水质及饮用水水源地的安全。但是这些集聚在某一局部水体中的混杂了大量有毒有害污染物的混合物，如果不能被及时清理或处置，将可能对相应水体造成生态风险，其中的高浓度污染物质或pH异常可能影响生物生长，沉积态污染物质向水中的缓释更会造成长期的生态问题。
同时，对于各种工艺技术的组合，为了满足应急能力建设的需要，不惜代价，将各种水处理单元简单堆砌、功能重复，是不可取的，不具推广价值。简单的堆砌不是技术进步的表现，不符合科学发展观的要求，更不值得夸耀。建立工艺优化的观念，依靠科学技术，采用先进工艺，以合理的成本保证水质安全，才是应有的追求。

参考文献
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Talking about drinking water emergency treatment technology

ABSTRACT:This article have made a brief overview of the emergency drinking water treatment technologies which have been applied in recent years. Discusses the different categories of pollutants emergen-
cy treatment. There are: activated carbon adsorption technology which treats organic pollutants, chemical precipitation technology which treats metal, nonmetal pollutants, oxidation reduction techniques which treat reducing or oxidizing pollutants, strengthen disinfection technology whi- ch treats microbial contamination, aeration blowing technology which treats volatile pollutants, comprehensive treatment techniques which control outbreak of algae and integration of various kinds of emergency treatment technology. Finally, we analyze the problems existing in the emer- gency drinking water treatment technology and its development direction in the future.
Keyword: drinking water; emergency treatment; technology