摘要：總結(jié)了松花江水污染事件中所采用的城市供水應(yīng)急處理技術(shù)，根據(jù)污染物硝基苯的去除特性，應(yīng)急處理中設(shè)置了粉末活性炭和顆粒活性炭的雙重屏障，即在取水口處投加粉末活性炭和水廠內(nèi)進行采用顆粒活性炭的炭砂濾池改造，在水源水中硝基苯超標(biāo)數(shù)倍的條件下，處理后水廠出水中的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的限值，應(yīng)急處理取得了成功，及早恢復(fù)了哈爾濱市的市政供水，并在其下游的達(dá)連河鎮(zhèn)在水源水超標(biāo)十余倍的條件下實現(xiàn)了不停產(chǎn)達(dá)標(biāo)安全供水�？偨Y(jié)實際處理效果，在取水口處投加粉末炭，把安全屏障前移，是應(yīng)急處理取得成果的關(guān)鍵措施。文中介紹了有關(guān)水污染事件概況和城市應(yīng)急供水的應(yīng)對措施與效果，并總結(jié)了粉末活性炭應(yīng)急處理的技術(shù)要點，對全國城市供水應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)有重要的指導(dǎo)意義和參考價值。

2005年年底發(fā)生的松花江水污染事件，是對我國城市供水行業(yè)應(yīng)對水源突發(fā)污染事件能力的極大考驗。本人作為應(yīng)對水污染事件赴哈爾濱市的建設(shè)部專家組技術(shù)負(fù)責(zé)人，參加了這次水源污染事件中緊急恢復(fù)城市供水的戰(zhàn)斗。現(xiàn)把水污染事件的有關(guān)情況和所采用的城市供水應(yīng)急處理技術(shù)總結(jié)如下。

1 松花江水污染事件和哈爾濱市自來水停水過程

2005年11月13日13：36，中石油吉林化學(xué)工業(yè)公司雙苯廠發(fā)生爆炸，約100噸化學(xué)品泄漏進松花江，其中主要化學(xué)品為硝基苯，造成了松花江流域重大水污染事件，給流域沿岸的居民生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重的影響，引起了社會極大關(guān)注。

我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB8383－2002）中硝基苯的限值為0.017mg/L，適用于集中式生活飲用水地表水源地。該濃度限值的主要參考依據(jù)源自美國環(huán)保局的保護人體健康的水質(zhì)基準(zhǔn)，是以飲水健康影響為制定依據(jù)的。目前我國有關(guān)飲用水水質(zhì)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（衛(wèi)生部，2001）、國標(biāo)《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749－85）、《城市供水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（建設(shè)部，CJ/T206-2005））均沒有硝基苯項目。但是，根據(jù)我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中飲用水水源地項目的制定依據(jù)，對于生活飲用水常規(guī)水處理工藝基本上無去除作用的污染物，應(yīng)從水源水進行源頭控制，因此該硝基苯的水源水標(biāo)準(zhǔn)的濃度限值即等同于飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

在此次污染事件中，松花江污染團中硝基苯的濃度極高，到達(dá)吉林省松原市時硝基苯濃度超標(biāo)約一百倍，松原市自來水廠被迫停水。松花江發(fā)生嚴(yán)重硝基苯污染、松原市自來水已經(jīng)停水的消息11月19日傳到了哈爾濱市。根據(jù)當(dāng)時預(yù)測，污染團到達(dá)哈爾濱市時的硝基苯濃度最大超標(biāo)約為30倍。由于哈爾濱市各自來水廠以松花江為水源，水廠現(xiàn)有常規(guī)凈水工藝無法應(yīng)對如此高濃度的硝基苯，11月21日上午和22日上午哈爾濱市政府發(fā)出全市自來水供水將停水四天的公告。從11月23日23時起，哈爾濱全市正式停止市政自來水供水。根據(jù)哈爾濱市政府的要求，自來水供水企業(yè)將避開污染團高峰區(qū)段，然后在松花江水源水中硝基苯濃度尚超出標(biāo)準(zhǔn)的條件下，采取應(yīng)急凈化措施，及早恢復(fù)供水，要求停水時間不超過四天。

2 松花江水污染事件中的應(yīng)對措施與效果

城市自來水廠的常規(guī)處理工藝對硝基苯基本上無去除作用，混凝沉淀對硝基苯的去除率在2％～5％，增大混凝劑的投量對硝基苯的去除無改善作用。硝基苯的化學(xué)穩(wěn)定性強，水處理常用的氧化劑，如高錳酸鉀、臭氧等不能將其氧化。硝基苯的生物分解速度較慢，特別是在當(dāng)時的低溫條件下。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應(yīng)對硝基苯污染的首選應(yīng)急處理技術(shù)。
在本次松花江水污染事件中，沿江城市供水企業(yè)迅速采取應(yīng)急措施，初步確定了增加顆�；钚蕴窟^濾吸附的水廠改造應(yīng)對方案，并緊急組織實施。該方案要求對現(xiàn)有水廠中的砂濾池進行應(yīng)急改造，挖出部分砂濾料，新增顆�；钚蕴繛V層。為了保持濾池去除濁度的過濾功能，濾池中剩余砂層厚度要求不小于0.4m，受濾池現(xiàn)有結(jié)構(gòu)所限，新增的顆粒活性炭層的厚度約在0.4～0.5m。當(dāng)時哈爾濱市緊急調(diào)入大量顆粒活性炭，從24日起在制水三廠和紹和水廠突擊進行炭砂濾池改造，于27日基本完成換炭工作，實際共使用顆粒炭800余噸。

在初期的應(yīng)急處理方案試驗中也進行了投加粉末活性炭的試驗，但是由于粉末炭投加量較小，并且是按照在凈水廠內(nèi)與混凝劑共同投加的方式進行的試驗，粉末炭的吸附時間不足，試驗結(jié)果對硝基苯的去除率僅30％～50％，不能滿足處理要求。

11月23日建設(shè)部組成專家組，當(dāng)晚趕赴哈爾濱市，協(xié)助當(dāng)?shù)毓ぷ�。建設(shè)部專家組到達(dá)后，根據(jù)哈爾濱市取水口與凈水廠的布局情況，提出了增加在取水口處投加粉末活性炭的措施。哈爾濱市供排水集團的各凈水廠（制水三廠、紹和水廠、制水四廠）以松花江水為水源，取水口集中設(shè)置（制水二廠、制水一廠），從取水口到各凈水廠有約6km的輸水管道，源水在輸水管道中的流經(jīng)時間約1～2小時，可以滿足粉末炭對吸附時間的要求。經(jīng)過緊急試驗，確定了應(yīng)對水源水硝基苯數(shù)倍超標(biāo)條件下粉末炭的投加量為40mg/L，吸附后硝基苯濃度滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，并留有充分的安全余量。11月24日中午形成了實施方案，并于當(dāng)日下午和晚上向省、市領(lǐng)導(dǎo)匯報，獲批準(zhǔn)并組織實施。實施方案包括：25日在取水口處緊急建立粉末炭的投加設(shè)施和繼續(xù)進行粉末炭投加參數(shù)試驗，26日起率先在哈爾濱制水四廠進行生產(chǎn)性驗證運行，27日按時全面恢復(fù)城市供水。

由此，在松花江水污染事件城市供水應(yīng)急處理中，形成了由粉末活性炭和顆粒活性炭構(gòu)成的多重安全屏障的應(yīng)急處理工藝，即在取水口處投加粉末活性炭，在源水從取水口流到凈水廠的輸水管道中，用粉末炭去除水中絕大部分硝基苯，再利用凈水廠內(nèi)改造的炭砂濾池，進一步去除剩余的硝基苯，確保供水水質(zhì)。以上措施在實際應(yīng)用中取得了成功。

哈爾濱市制水四廠的凈水設(shè)施分為兩個系統(tǒng)，應(yīng)急凈水工藝生產(chǎn)性驗證運行在其中的一個系統(tǒng)（87系統(tǒng)）進行，處理規(guī)模3萬m3/d，凈水工藝為：網(wǎng)格反應(yīng)池→斜管沉淀池→無閥濾池→清水池。受無閥濾池的構(gòu)造條件所限，制水四廠的石英砂濾料無閥濾池未做炭砂濾池改造。11月26日12時，在水源水硝基苯尚超標(biāo)5.3倍的條件下，應(yīng)急凈水工藝生產(chǎn)性驗證運行開始啟動。經(jīng)過按處理流程的逐級分步調(diào)試（在前面的處理構(gòu)筑物出水穩(wěn)定達(dá)標(biāo)之后，水再進入下一構(gòu)筑物，以防止構(gòu)筑物被污染），從26日22時制水四廠87系統(tǒng)進入了全流程滿負(fù)荷運行階段。27日凌晨2時由當(dāng)?shù)匦l(wèi)生監(jiān)測部門對水廠濾后水取樣進行水質(zhì)全面檢驗，到早8時得出檢測結(jié)果，所有檢測項目都達(dá)到生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。其中硝基苯的情況是：在水源水硝基苯濃度尚超標(biāo)2.61倍的情況下(0.061mg/L)，通過在取水口處投加粉末炭40mg/L，經(jīng)過5.3km源水輸水管道，到哈爾濱市制水四廠進廠水處的硝基苯濃度已降至0.0034mg/L，已經(jīng)遠(yuǎn)低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的0.017mg/L，再結(jié)合水廠內(nèi)的混凝沉淀過濾的常規(guī)處理，濾池出水硝基苯濃度降至0.00081mg/L，不到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值的5％。27日早4時以后，制水四廠進廠水中硝基苯已基本上檢不出。經(jīng)市政府批準(zhǔn)，哈爾濱市制水四廠于27日11：30恢復(fù)向市政管網(wǎng)供水。根據(jù)制水四廠的運行經(jīng)驗，哈爾濱市的其他凈水廠（哈爾濱市制水四廠另一系統(tǒng)、制水三廠和紹和水廠）也采取了在取水口處投加粉末炭的相同措施，于27日中午開始恢復(fù)生產(chǎn)，晚上陸續(xù)恢復(fù)供水。從11月23日23時全市停止供水到27日恢復(fù)供水，全市停水時間不到四整天，完成了市政府下達(dá)的緊急恢復(fù)供水任務(wù)。

哈爾濱市各水廠取水口處粉末炭的投加量情況如下：在水源水中硝基苯濃度嚴(yán)重超標(biāo)的情況下，粉末炭的投加量為40mg/L（11月26日12時－27日11時）；在水源水少量超標(biāo)和基本達(dá)標(biāo)的條件下，粉末炭的投加量降為20mg/L（約一周時間）；在污染事件過后，為防止后續(xù)水中可能存在的少量污染物（來自底泥和冰中），確保供水水質(zhì)安全，粉末炭的投加量保持在5～7mg/L（其中，制水三廠和紹和水廠因廠內(nèi)已改造有炭砂濾池，取水口粉末炭的投加量為5mg/L；制水四廠因未做炭砂濾池改造，取水口處粉末炭投加量為7mg/L）。

哈爾濱市緊急供水的經(jīng)驗為下游城市提供了寶貴的經(jīng)驗。位于下游依蘭縣達(dá)連河鎮(zhèn)的哈爾濱氣化廠負(fù)責(zé)為哈爾濱市提供水煤氣，煤氣生產(chǎn)要求不能停水。哈爾濱氣化廠所屬水廠為6萬m3/d規(guī)模，從取水口到凈水廠的距離約11km，輸水流經(jīng)時間5～6小時。在專家指導(dǎo)下，該水廠采取了與哈爾濱市相同的應(yīng)急處理措施，在取水口處投加粉末炭，投加量50mg/L（隨著水源污染峰的到達(dá)，投加量從20mg/L依次增至50mg/L），再結(jié)合水廠內(nèi)應(yīng)急改造的炭砂濾池（顆�；钚蕴刻繉雍穸�1.4m），依靠粉末炭和顆粒炭的雙重屏障，有效截留了水中的硝基苯。在水源水硝基苯濃度超標(biāo)最大十余倍的情況下，該廠勝利實現(xiàn)了不停水運行，以安全供水確保了哈爾濱市煤氣的正常供應(yīng)。

達(dá)連河鎮(zhèn)哈爾濱氣化廠應(yīng)對硝基苯污染事故中硝基苯的去除情況見圖1和圖2。實際運行情況表明，對硝基苯的去除以粉末炭的去除作用為主，炭砂濾池則主要起到保險作用。對水源水中硝基苯的去除數(shù)據(jù)為：粉末炭平均去除率以進廠水計為94.6％，進廠水硝基苯平均濃度0.0056mg/L；加上混凝沉淀對細(xì)小炭粉顆粒的去除作用，粉末炭的總平均去除率為98.5%（以炭砂濾池前水計），炭砂濾池前硝基苯平均濃度0.0019mg/L；粉末炭加上顆粒炭的總?cè)コ势骄鶠?9.4%（以濾后水計），濾后出水硝基苯平均濃度為0.0009mg/L。

3 粉末活性炭應(yīng)急處理技術(shù)要點

總結(jié)松花江水污染事件城市供水應(yīng)急處理效果和后續(xù)的深入試驗研究成果，在取水口處投加粉末活性炭，利用水源水從取水口到凈水廠的輸送距離，在輸水管道中完成吸附過程，把應(yīng)對硝基苯污染的安全屏障前移，是應(yīng)急處理取得成功的關(guān)鍵措施。

3.1 粉末炭應(yīng)急處理的特點

粉末活性炭的顆粒很細(xì)，顆粒的直徑為幾十微米，可以象藥劑一樣直接投入水中使用，吸附后再在混凝沉淀過程中與水中顆粒物一起分離沉淀。應(yīng)急處理時粉末炭的投加量一般采用十至幾十mg/L，所需投加量由試驗確定。

粉末活性炭的優(yōu)點是使用靈活方便，可根據(jù)水質(zhì)情況改變活性炭的投加量，在應(yīng)對突發(fā)污染時可以采用大的投加劑量。不足之處是在混凝沉淀中粉末炭的去除效果較差，使用粉末炭時水廠后續(xù)濾池的過濾周期將會縮短。對于采用粉末炭應(yīng)急處理的水廠，必須采取強化混凝的措施，如適當(dāng)增加混凝劑的投加量和采用助凝劑等。此外，已吸附有污染物的廢棄炭將隨水廠沉淀池污泥排出，對水廠污泥必須妥善處置，防止發(fā)生二次污染。

粉末炭的投加方法有濕投法和干投法兩種。粉末炭的包裝多為25kg或20kg袋裝，投加時粉塵很大，必須采取防塵措施。

粉末活性炭的價格為3000～4000元/t。如按4000元/t計，每10mg/L粉末炭投加量的藥劑成本為0.04元/m3/（10mg/L投加量），應(yīng)急處理中粉末炭的藥劑成本哈爾濱市為0.08~0.16元/m3，哈爾濱氣化廠為0.20元/m3。對于應(yīng)急處理，此成本是完全可以接受的。

3.2 粉末炭吸附所需時間和投加點

粉末炭吸附需要一定的吸附時間，吸附過程可分為：快速吸附、基本平衡和完全平衡三個階段。粉末炭對硝基苯吸附過程的試驗表明，快速吸附階段大約需要30分鐘，可以達(dá)到約70％～80％的吸附容量；2小時可以基本達(dá)到吸附平衡，達(dá)到最大吸附容量的95％以上。再繼續(xù)延長吸附時間，吸附容量的增加很少。在松花江水污染事件之后所進行的補充試驗中，詳細(xì)測定了粉末活性炭的吸附速度，見圖3。

因此，對于取水口與凈水廠有一定距離的水廠，粉末炭應(yīng)在取水口處提前投加，利用從取水口到凈水廠的管道輸送時間完成吸附過程，在水源水到達(dá)凈水廠前實現(xiàn)對污染物的主要去除。哈爾濱市取水口至凈水廠的輸水時間有1～2小時，達(dá)連河的哈爾濱氣化廠有5～6小時，粉末炭可以充分吸附，收到了很好的去除效果。

對于取水口距凈水廠距離很近，只能在水廠內(nèi)混凝前投加粉末炭的情況，由于粉末炭的吸附時間短，并且與混凝劑形成礬花絮體后影響了粉末炭與水中污染物的接觸，造成粉末炭的吸附能力發(fā)揮不足，因此在凈水廠內(nèi)投加粉末炭時必須加大投加量。

3.3 粉末炭的投加量

應(yīng)急事故中粉末炭的投加量可以用燒杯試驗確定。數(shù)據(jù)試驗用水樣應(yīng)采用實際河水再配上目標(biāo)污染物進行，由于水源水中存在多種有機物質(zhì)，存在相互間的競爭吸附現(xiàn)象，對實際水樣所需的粉末炭投加量要大于純水配水所得的試驗結(jié)果。圖4為污染事件后詳細(xì)補充試驗所得到的松花江原水和純水硝基苯配水的吸附等溫線。

根據(jù)所得吸附等溫線公式數(shù)據(jù)，可以計算出各種去除任務(wù)條件下的粉末活性炭的理論用量。

由于受后續(xù)的沉淀過濾對粉末炭去除能力的影響，粉末炭的投加量也不能無限大，實際中最大投加量不宜大于80mg/L。對應(yīng)于此投加量，可以計算出在進水硝基苯濃度超標(biāo)40倍的條件下（C0=0.017×（40+1）＝0.697mg/L），吸附后的平衡濃度為0.010mg/L（對應(yīng)的吸附容量為q=(0.697-0.01)/80=0.0086mg/L），距離水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)尚有一定的安全余量。即，對于80mg/L的最大粉末炭投加量，可以承受的原水硝基苯最大超標(biāo)倍數(shù)約為40倍。對于超標(biāo)倍數(shù)再高的原水，單純投加粉末炭的方法將無法應(yīng)對。例如，對于超標(biāo)65倍的原水，80mg/L粉末炭投加量吸附后的硝基苯平衡濃度為0.0175mg/L，超過水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

對試驗數(shù)據(jù)得到的粉末炭投加量，在實際應(yīng)用中還要考慮其他因素，包括：吸附時間長短、水處理設(shè)備（沉淀池、濾池）對粉末炭的分離效率、投炭設(shè)備的計量與運行的穩(wěn)定性、水源水質(zhì)波動、處理后水質(zhì)的安全余量等，因此必須采用充足的安全系數(shù)。根據(jù)以上所述的后期詳細(xì)補充試驗結(jié)果，在松花江水污染事件的城市供水應(yīng)急處理中，哈爾濱和達(dá)連河當(dāng)時所采用的粉末炭投加量留有了充分的余量，安全系數(shù)很大，在緊急條件下確保了應(yīng)急處理的成功運行。

4 結(jié)語

在認(rèn)真總結(jié)近期水污染事件城市供水應(yīng)急處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，在建設(shè)部的領(lǐng)導(dǎo)下，我們正在開展更為廣泛的系統(tǒng)研究，以建立可以應(yīng)對各類污染物的城市供水應(yīng)急處理技術(shù)。根據(jù)污染物及其應(yīng)急處理的技術(shù)特性，我們把有關(guān)應(yīng)急處理技術(shù)分為以下四類：

（1）應(yīng)對可吸附有機污染物的活性炭吸附技術(shù)；

（2）應(yīng)對金屬非金屬污染物的化學(xué)沉淀技術(shù)；

（3）應(yīng)對可氧化污染物的化學(xué)氧化技術(shù)；

（4）應(yīng)對微生物污染的強化消毒技術(shù)。

目前我們正在編制《應(yīng)對水源突發(fā)性污染事故的城市供水應(yīng)急處理技術(shù)導(dǎo)則》，包括對各種污染物的建議應(yīng)急處理技術(shù)和基本控制參數(shù)，以及所需的主要應(yīng)急處理設(shè)施，希望能夠為我國的城市供水應(yīng)急系統(tǒng)建設(shè)提供技術(shù)支持。

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