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1、应对突发性水源污染的应对突发性水源污染的城市供水应急处理技术城市供水应急处理技术张晓健张晓健清华大学环境科学与工程系清华大学环境科学与工程系一、面对形势n近年来水源污染事故频发，影响城市供水安全。n原因：环境形势严峻，水污染问题严重；工业事故排放与运输事故泄漏频发；城市供水行业缺少应对水源突发污染的能力。n由于难以根除污染风险，我国的城市供水行业在今后一段时间内都将面临水源遭受重大污染的风险。n城市供水行业必须加强应急处理技术研究，强化应急处理系统建设，以便应对随时可能出现的水源污染事故，确保城市供水安全。研究概况 2006-2008年，建设部城建司和清华大学共同负责，组织全国多家城市供水企业
2、，共同开展城市供水系统城市供水系统应急技术和系统研究应急技术和系统研究研究课题。研究内容：1.建立城市供水应急处理技术体系。2.针对饮用水水质标准所涉及的全部污染物，共约150种，逐项确定针对每种污染物的应急处理技术、基本参数和最大可以承受污染倍数。3.进行应急处理设施建设的规范化设计。目前，在“十一五”国家重大科技专项水体污染控制与治理 中设置了自来水应急净化处理技术和自来水应急净化处理技术和工艺体系研究与示范工艺体系研究与示范课题（编号2008ZX07420-005），正在深入开展研究。应急处理技术选择原则n处理效果显著；n能与现有水厂常规处理工艺相结合；n能够快速实施，易于操作；n费用成
3、本适宜，技术经济合理。城市供水应急处理技术体系由六类应急处理技术组成：n应对可吸附有机污染物的活性炭吸附技术；n应对金属非金属污染物的化学沉淀技术；n应对还原性污染物的化学氧化技术；n应对微生物污染的强化消毒技术；n应对挥发性污染物的曝气吹脱技术；n应对高藻水源水及其特征污染物（藻、藻毒素、嗅味）的综合处理技术。n采用粉末活性炭，在取水口或净水厂进口处投加（推荐在取水口投加），吸附去除大部分有机物。可有效去除80多种。n确定了可以采用活性炭吸附去除的有机物，相应的应急处理工艺参数，包括吸附时间与吸附容量、可承受最大污染倍数。n典型案例：2005年11月松花江硝基苯水污染事件三、研究成果三、研究
4、成果 1.应对可吸附有机污染物的活性炭吸附技术絮凝絮凝沉淀池沉淀池取水口取水口粉粉末末活活性性炭炭混混凝凝剂剂砂滤池砂滤池清水池清水池氯氯粉末活性炭吸附硝基苯的特性吸附速度：可分为三个阶段n快速吸附：前30min，吸附速率快，吸附能力可以发挥约70n慢速吸附：至2h，吸附速率逐渐变慢，吸附能力达90以上。n基本平衡：2h以后，浓度变化不大，基本达到平衡。快快速速吸吸附附慢速慢速吸附吸附基本平衡基本平衡试验水样：哈尔滨原水试验水样：哈尔滨原水粉末炭投加量：粉末炭投加量：5mg/L吸附容量：受到水中其他污染物的竞争吸附 影响n吸附等温线符合弗兰德利希公式吸附等温线符合弗兰德利希公式n水源水中有机物
5、的竞争吸附作用会明显减少对特征污染物的吸附水源水中有机物的竞争吸附作用会明显减少对特征污染物的吸附容量容量去离子水与哈尔滨去离子水与哈尔滨松花江原水（耗氧松花江原水（耗氧量量4.05.8mg/L）的对比的对比 不同硝基苯超标倍数下的粉末活性炭建议投加量表不同硝基苯超标倍数下的粉末活性炭建议投加量表部分芳香族有部分芳香族有机物的吸附等机物的吸附等温线温线部分苯系物的部分苯系物的吸附等温线吸附等温线部分农药的吸附等温线芳香族化合物吸附参数芳香族化合物吸附参数基基准准投投加加量量条条件件：水水样样污污染染物物浓浓度度为为标标准准限限值值的的5 5倍倍（超超标标4 4倍倍），处处理理后后浓浓度度低低于
6、于标标准准限值的限值的5050。最大应对超标倍数条件：按粉末炭最大应对超标倍数条件：按粉末炭最大投加量最大投加量80mg/L，在取水口投加，在取水口投加，出水达标出水达标计。计。2.应对金属非金属污染物的化学沉淀技术n通过化学沉淀去除金属、非金属污染物。通过化学沉淀去除金属、非金属污染物。n确定了针对主要金属非金属污染物的化学沉淀去除工艺，包确定了针对主要金属非金属污染物的化学沉淀去除工艺，包括适宜括适宜pH值、混凝剂的种类和剂量。值、混凝剂的种类和剂量。可有效去除约可有效去除约30种。种。n典型案例：典型案例：2005年年12月广东北江镉污染事件月广东北江镉污染事件 2008年年1月贵州都柳
7、江砷污染事件月贵州都柳江砷污染事件絮凝絮凝沉淀池沉淀池取水口取水口碱碱混混凝凝剂剂砂滤池砂滤池清水池清水池氯氯酸酸在线在线pH仪仪在线在线pH仪仪反应后pH5.816.837.448.499.5910.6初始镉浓度0.042mg/L（原水不配浊度）Cd（mg/L）0.04090.02790.02130.00270.00197.697.6初始镉浓度0.032mg/L（原水配浊度100NTU）Cd（mg/L）0.03560.02380.01450.00220.00196.996.9npHpH值是化学沉淀法去除重金属离子的关键因素。调整水的值是化学沉淀法去除重金属离子的关键因素。调整水的pHpH为弱
8、碱性后，去除率大大提高。为弱碱性后，去除率大大提高。n水中的镉离子在弱碱性条件下生成碳酸镉（重碳酸根有一部水中的镉离子在弱碱性条件下生成碳酸镉（重碳酸根有一部分转化为碳酸根）和氢氧化镉沉淀，再通过混凝沉淀去除。分转化为碳酸根）和氢氧化镉沉淀，再通过混凝沉淀去除。不同不同pH条件下的混凝除镉效果条件下的混凝除镉效果项目水质标准(mg/L)试验浓度沉淀形式理论pH铁盐混凝沉淀法铝盐混凝沉淀法pH剂量(mg/L)以Fe计pH剂量(mg/L)以固体聚合铝计镉0.0050.042CdCO3、Cd(OH)2pH9.08.5-9.058.5-9.020汞0.0010.0052HgOpH99.55不适用镍0.
9、020.12Ni(OH)2、NiCO3pH9.89.55不适用铍0.0020.0106Be(OH)2pH6.48.057.0-9.510铅0.010.252PbCO3、Pb(OH)2pH10.27.5109.0-9.520铜1.05.23Cu(OH)2、CuCO3pH6.67.558.0-9.510锌1.05.0Zn(OH)2、ZnCO3pH7.98.558.0-9.55银0.050.26AgOH、Ag2CO37.0107.010重金属污染物的化学沉淀工艺参数重金属污染物的化学沉淀工艺参数3.应对还原性污染物的化学氧化技术n对于硫化物、氰化物等还原性污染物，在取水口或净水厂进水处投加氧化剂，如
10、高锰酸钾、氯等，具有很好的去除效果。n控制要点：氧化剂的种类根据污染物确定，投加剂量要根据水源水质变化动态调控。加量过多时，氧化剂过量；加量不足时，反应不完全。并应注意氧化带来的次生污染问题。n典型案例：2007年5月无锡水危机事件絮凝絮凝沉淀池沉淀池取水口取水口 氧氧化化剂剂混混凝凝剂剂砂滤池砂滤池清水池清水池氯氯4.应对微生物污染的强化消毒技术n受医疗污水、生活污水污染的水源水，严重有机污染也可导致水源水中生物过量繁殖。n强化消毒，增加消毒剂投加剂量和保持较长的消毒接触时间，确保供水水质的微生物学安全。n消毒剂首选药剂为氯，稳定型二氧化氯也可以考虑。臭氧、紫外消毒需现场安装设备，应急事件中
11、不便采用。n典型案例：2006年2月海浪河水栉霉过量生长影响牡丹江市供水事件絮凝絮凝沉淀池沉淀池取水口取水口消消毒毒剂剂混混凝凝剂剂砂滤池砂滤池清水池清水池氯氯取水口格栅堵塞物取水口格栅堵塞物水栉霉水栉霉 2月月19日日16时时起起牡牡丹丹江江市市自自来来水水厂厂取取水水口口被被水水生生生生物物堵堵塞塞，其其原原因因是是上上游游海海林林县县雪雪原原公公司司超超标标排排放放酿酿造造废废水水造造成海浪河中水栉霉大量生长。成海浪河中水栉霉大量生长。水栉霉水栉霉水中的絮体水中的絮体案例：牡丹江水栉霉爆发影响供水事件案例：牡丹江水栉霉爆发影响供水事件采取措施：n停止污水排放，n上游打捞河水中的水栉霉，n
12、水厂增加筛网、加大混凝剂和消毒剂投量。5.应对挥发性污染物的曝气吹脱技术n对于难于吸附和氧化的挥发性污染物，如卤代烃类等，在取水口外水源地设置应急曝气设备，吹脱去除。约10种。n曝气吹脱的主要缺点是需要设置曝气设备，应用受到现场条件限制。絮凝絮凝沉淀池沉淀池取水口取水口砂滤池砂滤池清水池清水池氯氯空气空气混凝剂混凝剂n根据去除特性曲线，获得了相应污染物的曝气吹脱特性。n通过试验获得的实验室结果和现场应用情况的放大系数，可以指导实际应急处理。三氯甲烷的曝气吹脱特性三氯甲烷的曝气吹脱特性6.应对高藻水及其特征污染物的综合处理技术n高藻水的主要问题高藻水的主要问题：藻藻 代谢毒性物质（藻毒素等）代谢
13、毒性物质（藻毒素等）代谢致臭物质（代谢致臭物质（2-2-甲基异莰醇、土臭素等）甲基异莰醇、土臭素等）腐败恶臭物质（硫醇、硫醚类等）腐败恶臭物质（硫醇、硫醚类等）n必须确定主要污染物种类，再根据其去除特性，必须确定主要污染物种类，再根据其去除特性，综合综合采用采用多种处理技术，形成应急处理工艺。多种处理技术，形成应急处理工艺。n典型案例：典型案例：20072007年年5 5月无锡水危机事件月无锡水危机事件 20072007年年6 6月秦皇岛自来水嗅味事件月秦皇岛自来水嗅味事件总结总结n要从事故发生后的临时被动应对，转变为提要从事故发生后的临时被动应对，转变为提前系统研究，提高应对能力。前系统研究
14、，提高应对能力。n认真总结，从特定污染事件中对某种污染物认真总结，从特定污染事件中对某种污染物的应急处理，发展为针对某类污染物的专项的应急处理，发展为针对某类污染物的专项技术。技术。n开展系统研究，形成应对各种污染物的应急开展系统研究，形成应对各种污染物的应急处理技术体系。处理技术体系。n全面开展应急能力建设。全面开展应急能力建设。n把污染事件的负面影响降低到最低程度。把污染事件的负面影响降低到最低程度。参考书：城市供水系统城市供水系统应急净水技术指导手册应急净水技术指导手册作者：张悦、张晓健等作者：张悦、张晓健等建工出版社，建工出版社，2009年年12月出版，定价月出版，定价69元元书号：书
15、号：ISBN 978-7-112-11554-9网络销售：网络销售：http:/主要内容（约主要内容（约400页）：页）：应急供水技术（吸附、化沉、氧化、消毒、藻类污染综合处理技术）应急供水技术（吸附、化沉、氧化、消毒、藻类污染综合处理技术）应急处理案例（松花江硝基苯污染事件、广东北江镉污染事件、无锡水应急处理案例（松花江硝基苯污染事件、广东北江镉污染事件、无锡水危机事件、秦皇岛自来水嗅味事件、贵州都柳江砷污染事件、汶川地震危机事件、秦皇岛自来水嗅味事件、贵州都柳江砷污染事件、汶川地震供水水质安全保障）供水水质安全保障）饮用水标准涉及污染物的推荐应急处理技术及其参数（约饮用水标准涉及污染物的推荐应急处理技术及其参数（约150种）种）应急处理试验方案（活性炭吸附、化沉、组合沉淀、氧化）应急处理试验方案（活性炭吸附、化沉、组合沉淀、氧化）应急药剂与设备的生产厂家名录（活性炭、粉末活性炭投加设备、高锰应急药剂与设备的生产厂家名录（活性炭、粉末活性炭投加设备、高锰酸钾、混凝剂）酸钾、混凝剂）污染物应急处理测试数据表（约污染物应急处理测试数据表（约100种）种）