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水环境污染事件饮用水应急处理技术体系的建设和镉污染应用案例

时间:2012-08-10  点击:2856 次 字号+  字号-
    一、突发环境事件和应急供水的关系

    1、我国水污染事件频发

    我国正处于突发环境事件的高发期,每年发生突发环境事件100多起,2011年有106起。水污染事件频发,影响到城市供水的安全。

    2、应急能力建设的指导思想

    从事故发生后的临时被动应对,转变为提前开展系统研究,进行应急能力建设,全面提升我国城市供水行业应对突发环境污染事故和自然灾害的能力。

    3、应急处理技术与应急系统建设

    (1) 应急处理技术体系

    由六类应急处理技术组成:①应对可吸附有机污染物的活性炭吸附技术;②应对金属污染物的化学沉淀技术;③应对还原性或氧化性污染物的氧化还原技术;④应对挥发性污染物的曝气吹脱技术;⑤应对微生物污染的强化消毒技术;⑥应对藻类爆发及其特征污染物(藻、藻毒素、嗅味)的综合处理技术。

    (2) 应急处理工程的规范化建设

    (3) 城市供水风险分析与供水应急规划调度

    (4) 水源应急监测与预警

    (5) 城市供水应急管理体系与应急预案

    二、应对金属污染物的化学沉淀技术

    我国华南、西南地区(广东、广西、湖南、云南、四川等地)有色金属矿产资源丰富,矿产与冶炼业发达,水体重金属污染事件较为频繁。一般采取化学沉淀法进行应急处理,其技术分类与去除对象如下:

    1、碱性化学沉淀法

    该方法可以去除的金属污染物有镉、铅、镍、银、铍、汞、铜、锌、钒、钛、钴。该方法的原理主要是:

    (1) 在碱性条件下,许多金属离子可以生成难溶于水的氢氧化物或碳酸盐。

    (2) 在水厂混凝处理前,加碱把水的pH值调到弱碱性,使水中溶解性的金属离子生成难溶于水的细小颗粒物沉淀析出,并附着在矾花上,在混凝沉淀过滤中被去除,处理后的水再加酸回调pH值到中性。

    2、硫化物沉淀法

    利用一些金属的硫化物比氢氧化物更难溶于水的特性所采用的方法。该方法可以去除的金属污染物有汞、镉、铅、银、镍、铜、锌。

    3、组合或其他化学沉淀法

    是对于一些溶于水的金属离子,先通过氧化/还原反应改变价态,生成难溶于水的沉淀物,再通过混凝沉淀过滤去除。该方法可以去除的金属污染物有砷、铊、锑、铬(六价)、锰(二价)、硒、银、钡、磷酸盐。

    三、弱碱性化学沉淀法应急除镉净水技术

    1、水环境中的镉

    一般水环境中镉的主要来源是铅、锌、锡、铜等有色金属冶炼过程中的排污;电镀、电池、电子元件等的污染;当然也有一定量的天然本底,但含量很低。天然水体中的镉以二价镉离子(Cd2+)形式存在。

    2、镉对健康的影响与在饮用水中的标准

    镉对人体危害非常严重,长期低剂量的镉会引起慢性镉中毒,从而造成肾脏损伤,影响对蛋白质、糖和氨基酸的吸收,影响钙的新陈代谢,可能产生骨质疏松及相关病症,且具有致癌性。

    根据《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)和《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的规定,镉在水中的标准限值为0.005mg/L。

    3、碱性化学沉淀法除镉工艺条件

    根据实验室试验和水厂实际应急处理经验,对于原水镉超标数倍的情况,调整pH值到8.0-8.5以上,经混凝沉淀过滤后可以满足出水镉达标的要求。经实验室最大应对能力试验,在pH值为9.3的条件下,可应对镉超标约50倍的原水。

    四、广西龙江河突发环境事件的应急处置

    1、事件发生过程

    2012年1月13日,河池市拉浪水库网箱养鱼发现死鱼,经当日晚紧急监测,发现拉浪水库上下游河段污染严重,其中水体镉含量最高处超标约80倍(最高0.408mg/L),并直接威胁下游安全。

    1月18日,广西自治区启动了突发环境事件二级响应预案,要求做到“四个一切,三个确保”(即动用一切力量、一切措施、一切手段、一切办法进行处置,确保柳州市自来水厂取水口水质达标,确保柳州市供水达标,确保柳州市不停水),确保下游城市与沿河群众的饮水安全。

    2月21日,龙江河全线水质达标,广西自治区宣布解除二级应急响应,事件结束。

    2、应急处理措施

    (1) 加强水质监测,掌握水体污染动态变化情况,为应急处置的科学决策提供基础依据。

    (2) 排查并切断污染源,严肃查处责任人。

    排查并切断污染源——河池市鸿泉立德粉材料厂。该厂地处龙江河边,在更改产品后未作登记,工人以有色金属冶炼的烟道灰为原料,采用萃取法生产铟,提取铟的萃余废液中含有高浓度镉(4-6g/L)等多种重金属,并将废液排入落水洞。从2011年8月开始铟的生产,至2012年1月初共生产铟约2.2吨,排出镉约30-40吨。排入落水洞的废水长期积累后在短时间内集中排入龙江河,经对水体污染团测算,此次事件排入水体的镉总量约21吨,造成突发环境污染事件。

    (3) 河道投药削减水体污染物,即采用弱碱性化学沉淀法除镉,在几级阶梯电站处投加碱和聚合氯化铝混凝剂,把污染水团中的溶解性镉离子沉降到河底,尽最大可能降低污染物浓度,控制影响范围。在此次事件中的具体做法为:

    ①沿河在梯级电站设置了4级投药处置点。

    ②在电站前入口处投加液体烧碱(前期投加石灰,但劳动强度大、卫生条件差、溶解速度慢,后期均改用液碱),把河水的pH值从原有的7.7-7.8提高到8.1-8.4。

    ③在电站出口处投加聚合氯化铝,投加量与自来水厂投加量基本相同,利用坝下急流条件进行水力混合、絮凝反应,再在下游缓流河段中沉淀。

    ④投药对镉的单级去除率为40%-60%,经对污染水团多级投药,把污染物水团控制在龙江河范围内,河道沉镉共18吨。

    ⑤投药期为1月28日-2月9日,投加液碱、石灰和聚合氯化铝各数千吨。

    (4) 调水稀释,即控制污染水团的下泄流量,加大下游融江的稀释水量,通过稀释减轻对下游的污染。
在此次事件中,严格控制龙江河4个梯级电站放流量80-100m3/s,对于镉超标2倍以上的水体进行投药沉镉作业。

    控制下游进入柳江的龙江河与融江的汇流比,按1:2的比例稀释,龙江河糯米滩电站(距离汇流点19km)放流量80-100m3/s,融江大埔电站(距离汇流点21km)放流量约200m3/s,使柳江及下游柳州市自来水厂取水口(汇流点下游30km)镉浓度达标。

    (5) 设立自来水厂应急处理安全屏障,确保柳州市的饮水安全。

    ①对柳西水厂(柳州市主力水厂,规模30万m3/d)等4座水厂进行了应急除镉工艺的设备加装:

    a.设立水源水质监测预警仪器;

    b.加装液碱(在混凝前投加)和盐酸(在过滤后投加)的药剂投加设备与监测系统;

    c.原聚合氯化铝混凝剂改换为聚合硫酸铁(可同时应对砷等复合污染);

    d.增加助滤剂,加强过滤效果;

    e.从北京紧急调用了一套移动式应急投酸碱药剂投加设备,供柳东水厂(规模6万m3/d)使用。

    ②组织编制了应急处理的技术程序和岗位操作规程,并对水厂运行人员进行了技术培训。

    3、应急处置效果

    (1) 采取措施之前(1月30日之前),取水口镉浓度接近0.005mg/L,水厂对镉的去除效果仅为20%。

    (2) 河道投药效果:大部分污染物被削减在龙江河段内,未影响柳州市的正常取水,柳州市自来水厂取水口镉浓度<0.005mg/L。

    (3) 水厂净化处理:改用铁盐混凝剂,未调试pH值;出厂水镉浓度一般小于检出限(<0.0005mg/L)。

    4、河道污染物削减措施的环境影响

    (1) 投加药剂及沉淀产生的环境影响

    ①投碱问题:投碱处置使水体的pH值从7.6增加到8.1-8.4,但仍符合《地表水环境质量标准》(6-9)和《渔业水质标准》(6.5-8.5),不会对水生生物造成毒害。

    ②投加混凝剂问题:聚合铝投加总量大,但对单位水体的每级投加量与自来水处理相当,相当于对河水进行几次自来水净化处理。

    ③含铝沉淀问题:所投混凝剂以氢氧化铝的形式沉降到河底,增加了底泥中铝的成分。但因为铝元素是地壳中的宏量元素,排在氧、硅之后为第三位,含量8.8%,《土壤环境质量标准》和《渔业水质标准》中也没有对铝的限制。因此,含铝沉淀对底泥及底泥含铝量的增加极为有限,不构成环境危害。

    (2) 对含镉沉泥是否造成长期环境危害问题的预判

    ①龙江沉淀下来的含镉污染物将缓慢释出,但释放后龙江河水中的浓度不会超过《地表水环境质量标准》。

    ②含镉沉淀物可以随着泥沙向下游运输,特别是在汛期随着泥沙泛起,会大量向下游运输。但在自来水厂处理后,不会对城市供水安全造成影响。

    ③沉镉的缓慢释放和随泥沙向下游的运输将使沉镉排出,有利于龙江河的生态恢复。经一段时间(预计一年内)的水力冲刷、溶解释放和沉泥覆盖,可以基本上消除沉镉的环境影响。

    ④对污染区内含镉沉泥不需要进行底泥清淤处理。

    (3) 实际后续影响监测结果

    ①环境监测:事故后,对龙江河镉污染河段保持密切监测,包括对水质、底泥、水生生物(鱼类、底栖生物、水草、藻类、鸭等)中镉含量的监测。

    ②水中镉浓度:流经镉沉淀区的龙江河水镉浓度略有增加,但没有超标。只在今年第一次大洪峰中,因沉泥泛起,沉镉区有短时(数小时)镉浓度略有超标。水中镉浓度在5月份以后已小于0.001mg/L,6月下旬已接近上游背景值0.0001-0.0005mg/L。

    ③沉镉的归趋:随着沉镉的溶解释放和泥沙运输,至6月底,龙江河18吨总沉镉中的12吨已被排出进入到下游柳江,事故处置河段底泥镉浓度已降低一个数量级。

    ④水生生物中的镉含量:从“底泥—藻—水草—鱼”,镉含量逐级降低,没有出现富集现象。

    5、其他金属的污染问题

    此次龙江河污染事件为有色金属冶炼烟道灰酸浸液(湿法冶金)的排放,除镉以外还包含多种金属污染物,包括:砷、铊、锑等,属于重金属复合污染。河道弱碱性化学沉淀法处置对于多种金属污染物有一定的处理效果,但对砷、铊、锑等金属污染物的去除效果尚不能满足要求,自来水厂的水源水在个别时段仍有超标问题。通过在自来水厂采取针对性应急处理措施,保证了柳州市自来水出厂水全面达标。

    6、龙江河突发环境事件应急处置效果的总体评价

    (1) 污染物排放量大,水体浓度高,多种污染物共存,处置难度大。

    (2) 应急处置的方案科学合理,措施及时有效,效果好于预期,把事件的影响范围控制在有限区域内,确保了下游城市和沿河群众的饮水安全。(本文根据“2012第六届水业高级技术论坛.供水技术深度论坛”录音整理)