重金属疯狂袭击水源水厂该如何应急？

2017-06-09 08:56 来源: 给水排水

上个月四川嘉陵江广元段流域铊污染又一次将重金属污染推到大众身边，那么在水源水受重金属污染后，水厂应该怎么做应急处理呢?今天和小编一起来看看湖南大学土木工程学院马晶伟副教授怎么说~

我国水源水重金属污染状况

重金属

重金属目前尚无严格定义，通常将密度大于5g/cm3的金属称为重金属。重金属约有40余种。汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)、锑(Sb)、铊(Tl)、铅(Pb)、铜(Cu)等，习惯上将砷(As)也归于重金属一类。

重金属污染

重金属污染指由重金属或其化合物引起的环境污染。其高稳定性、难降解性，极易对水生态系统产生危害;通过食物链富集直接或间接影响人类健康。重金属污染已成为当今世界上最严重的环境问题之一!

我国地表水体重金属污染现状

我国部分城市的包括饮用水水源在内的地表水体受到重金属污染;污染较严重的省份有：湖南、江西、广东、广西、云南、甘肃、陕西等省;污染水体的重金属主要有汞、镉、铬、锑、砷、铊、铜、铅等。

近年来发生的水体重金属污染事件

2005年广东北江韶关段镉严重超标事件

2008年广西河池市砷污染饮用水事件

2009年陕西宝鸡血铅超标事件

2010年福建紫金矿业汀江铜污染事件和广东东江铊污染事件

2011年云南曲靖铬渣非法倾倒事件

2012年广西河池龙江河的镉污染事件

2015年甘肃陇南西和县锑污染嘉陵江一级支流西汉水事件

2016年江西新余仙女湖镉、铊、砷污染事件

湖南省近年来发生的水体重金属污染事件

2007年到2011年，原水中砷的含量在10ug/L以上的检测次数占总检测次数的58.6%，最高值达399ug/L，平均为20.53ug/L，水厂对砷的去除为20%-30%，原水含量>12ug/L时出水即有超标风险(水质标准：砷≤10ug/L)。

镉的污染主要来源于上游或流域的水质污染事故，2006年为污染高发年，2009年3次出现原水中镉超标情况，每次持续时间为1周，最高含量超过20ug/L，饮用水中镉的最高含量达14.8ug/L。(水质标准：镉≤5ug/L)

饮用水水质标准典型重金属限值对比

混凝-沉淀-过滤的常规水处理工艺在常规运行条件下不能对重金属进行有效去除。

饮用水重金属污染应急处理技术

强化絮凝法、吸附法、离子交换膜分离法、化学沉淀法

强化絮凝处理水源水重金属污染

强化絮凝

常规水处理工艺在常规运行条件下不能对重金属进行有效去除，但通过常规工艺强化絮凝技术则可有效应对突发性的重金属污染。

强化絮凝可通过如下途径来实施：

优选絮凝剂、复配絮凝剂或加大絮凝剂投加量;

改变水的pH值;

改变絮凝水力条件。

优选絮凝剂、复配絮凝剂或加大絮凝剂投加量

絮凝剂选择：铁盐絮凝剂要优于铝盐絮凝剂，聚合硫酸铁用于应急实践取得了较好的效果

絮凝剂使用：增加絮凝剂投加量以达到较好的重金属去除效果，具体投加量应根据实验确定

注意：防止絮凝剂投加量大所导致的絮凝剂金属离子超标或色度增加。

改变水的pH值

不同的重金属有不同pH适用范围，并且，该范围受原水水质影响。大多数重金属在原水或调控后pH为中性及弱碱性条件下可获得较好的絮凝去除效果，但锑的有效絮凝去除须在pH为弱酸性条件下进行。

注意：若对原水调整pH，应考虑对池子及设备的腐蚀并采用相应的防护措施;同时在沉后或滤后应将pH回调。

改变絮凝水力条件

主要是保证水流紊动均匀，防止死水区;注意充分满足G值及GT值，从而改善混凝剂混合效果。

几点注意

适当增加沉淀时间;

改变滤料的级配(均质滤料，粒径可适当小些);

增加反冲洗强度和频率;

注意反冲洗水的处理和排放。

强化絮凝法用于邵阳某县饮用水源降锑(Sb)中试

强化絮凝法用于娄底某县饮用水源降锑(Sb)中试

强化絮凝除锑中试结果

强化絮凝除锑中试结论

采用聚合硫酸铁混凝剂(PFS)，调节原水pH为5～6，通过常规水处理工艺(混凝、沉淀、过滤)可有效地降低原水中锑浓度：当原水中锑浓度<80µg/L，PFS投加量为150mg/L时，常规水处理工艺出水锑<5 µg/L，满足国家现行规范要求;水浊度及铁等指标完全满足国家现行规范要求。

采用常规水处理工艺的估算药剂费用(包括PFS投加量150mg//L、pH调节用酸、碱)为：0.40元/m3。

强化絮凝除锑中试建议

建议对水厂现行工艺进行改造，以满足除锑的要求：

选用聚合硫酸铁为絮疑剂;

加大加长现有折扳混凝池和沉淀池以保证絮凝沉淀时间和效果;

增加加酸加碱设备以调节pH;

在滤池之后预留深度除锑装置用地，以备必要时进行深度处理需要。

建议购置低浓度锑检测设备(原子萤光分光光度计)，对原水和出厂水锑浓度进行经常监测。

常规工艺强化絮凝技术已成功应用于长沙、株洲等地水中重金属控制及地处资江流域的新化县、邵东县和益阳市等的突发性锑超标应急处理实践，为保障数十万居民的饮水安全做出了重要贡献。

强化絮凝处理水厂重金属超标应急案例

吸附法处理水源水重金属污染

吸附法

吸附法主要是依靠一些具有较大比表面积和较高表面能的材料(如活性炭、沸石、硅藻土、凹凸棒石等)对水中重金属污染物具有较强的吸附能力而实现将其从水中分离去除的方法。

优点：吸附反应迅速;无须添加其它药剂;高效、快速、适应性强。

缺点：吸附材料价格高;使用寿命短;再生和操作费用高。

几点注意：

吸附法可用作常规工艺的预处理或深度处理工艺;

用于重金属处理的活性炭应选用专用活性炭并进行适当活化;

除活性炭外，其它材料除作应急应用外，还缺乏长期大规模的应用经验;

废弃的吸附剂应进行妥善的处置。

新型吸附剂

近年来国内外许多学者正努力寻求新型吸附材料，如利用玉米棒子芯、白杨木材锯屑、改性粘土等自然资源作为天然吸附材料，或利用微生物作为生物吸附材料等等，拓展了吸附法在水处理中的应用。

磁性铁氧体/镁铝水滑石基复合材料吸附除Cr(VI)

煅烧磁性铁氧体/镁铝水滑石基复合材料吸附除Cr(VI)

镁铝碱式盐改性高岭土(MKC)吸附除Cr(VI)

磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂除铜(Cu)

磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂对Cu2+具有良好的吸附性能;

在吸附剂投加量为7.2g/L，pH值为6，初始浓度Cu2+为30µg/L条件下Cu2+的去除率可达98.5%。

四氧化三铁/氧化石墨烯(Fe3O4/GO)复合物吸附除锑(Sb)

pH 值在3.0~9.0 之间时保持较高的去除率;

随着投加量的增大，吸附的去除率逐渐升高，等达到60 mg 时去除率达到100%;

随着温度的升高，去除率提高;

相同的投加量和反应条件下，不同浓度的溶液中随着浓度的增大去除率增大。

石英砂负载氧化铁(IOCS)吸附除锑(Sb)

与原石英砂(RQS)相比，石英砂负载氧化铁(IOCS)对重金属Sb具有更强的吸附能力;

在初始锑浓度为60µg/L时，RQS和IOCS的除锑率分别为10.1%和91.8%。

石英砂/四氧化三铁/ 氧化石墨烯(QFGO)吸附除锑(Sb)

pH 值范围为3.0-9.0 内保持较高的去除率;

汞和砷作为共同离子存在时，对锑的去处效果并未产生影响，且QFGO 对汞和砷同样具有较高的去除率;

吸附柱的吸附能力与填料层高度成正比，与吸附质初始浓度和吸附质进水速度成反比。

离子交换膜处理水源水重金属污染

膜分离法

膜分离法是利用某一特殊的半透膜，在外界推动力作用下使溶液中某种溶质(重金属)或溶剂(水)渗透出来，从而达到分离溶质的目的。根据膜的种类及推动力的不同，可分为电渗析、反渗透、液膜分离等方法。离子交换膜化学反应器(AIEMC)去除水中Cr(Ⅵ)、Cu2+、Mn2+、Zn2+等。

优点：占地面积小;适用范围广;处理效率高;无二次污染。

缺点：膜的电极极化;膜结垢及膜腐蚀。

几点注意：

超滤和微滤膜不适合用于重金属的分离

能否适用特定重金属应由实验确定

限于设备技术水平，适用于中小规模水厂

阴离子交换膜反应器

当原水Cr(Ⅵ)浓度为1.0mg/L时，离子交换膜对铬的分离率可达到86.42%。

当原水Cu2+为50mg/L，添加药剂为碳酸钾时，72h后出水Cu2+为0.088mmol/L。

其他方法处理水源水重金属污染

化学沉淀

化学沉淀法是指向水体中投加药剂，依据容度积原理，通过化学反应使呈溶解状态的重金属转变为不溶于水的重金属化合物而沉淀去除的方法。这类物质通常含有S、PO43-、OH-、及CO32-基团。

根据投加药剂的不同，可分为：

中和沉淀法(投加碱性中和剂);

硫化物沉淀法(投加硫化物);

铁氧体共沉淀法(投加产生氢氧化铁或其它重金属氢氧化物沉淀的药剂)。

几点注意

由于沉淀剂和环境条件影响，化学沉淀处理后，残留金属离子浓度难于达到要求，需作进一步处理。(与絮凝法结合使用、或进行膜滤等);

所投加的共沉剂须符合涉及饮用水产品要求;

产生的沉淀物须妥善处置，以防二次污染。

氧化还原法

氧化还原法主要用于处理水体中Cr6+、Cd2+和Hg2+等重金属离子，如利用还原性的物质将Cr6+转化为生物毒性较低的Cr3+后联用沉淀法予以去除。

优点：原料来源广泛;处理效果好。

缺点：污泥量大;出水呈碱性;其用于水源水体去除重金属的研究鲜有报道。

电解法

电解法是应用电解的基本原理，使水体中重金属离子在阳极和阴极上分别发生氧化还原反应而分离出来。

优点：工艺成熟;占地面积小。

缺点：耗电量大，处理水量小;电解液有可能对环境造成二次污染;不适于处理含有较低浓度重金属离子的水源水。

离子交换树脂法

离子交换树脂法是利用树脂中含有的氨基、羟基等活性基团与重金属离子进行螯合、交换，从而实现重金属离子去除的方法。经离子交换处理后，水中重金属离子转移到离子交换树脂上，经再生后又从离子交换树脂上转移到再生废液中作进一步处理。树脂交换具有可逆性，可通过再生重复使用。

优点：该法可用作深度处理工艺，适用于小规模水处理。研究成本低、选择性高、交换容量大、吸附-解析过程可逆性好的离子交换树脂，对于推进该法用于水源水体重金属污染的防控至关重要。

结语

水源水体重金属污染具有范围广、持续长、毒性强和难处理的特点。因而，借鉴国外防控经验，针对我国国情，建立有效的防控对策，迫在眉睫：