上個月四川嘉陵江廣元段流域鉈污染又一次將重金屬污染推到大眾身邊，那么在水源水受重金屬污染后，水廠應(yīng)該怎么做應(yīng)急處理呢?今天和小編一起來看看湖南大學(xué)土木工程學(xué)院馬晶偉副教授怎么說~
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我國水源水重金屬污染狀況
重金屬
重金屬目前尚無嚴(yán)格定義，通常將密度大于5g/cm3的金屬稱為重金屬。重金屬約有40余種。汞(Hg)、鉻(Cr)、鎘(Cd)、銻(Sb)、鉈(Tl)、鉛(Pb)、銅(Cu)等，習(xí)慣上將砷(As)也歸于重金屬一類。
重金屬污染
重金屬污染指由重金屬或其化合物引起的環(huán)境污染。其高穩(wěn)定性、難降解性，極易對水生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害;通過食物鏈富集直接或間接影響人類健康。重金屬污染已成為當(dāng)今世界上最嚴(yán)重的環(huán)境問題之一!
我國地表水體重金屬污染現(xiàn)狀
我國部分城市的包括飲用水水源在內(nèi)的地表水體受到重金屬污染;污染較嚴(yán)重的省份有：湖南、江西、廣東、廣西、云南、甘肅、陜西等省;污染水體的重金屬主要有汞、鎘、鉻、銻、砷、鉈、銅、鉛等。
近年來發(fā)生的水體重金屬污染事件
2005年廣東北江韶關(guān)段鎘嚴(yán)重超標(biāo)事件
2008年廣西河池市砷污染飲用水事件
2009年陜西寶雞血鉛超標(biāo)事件
2010年福建紫金礦業(yè)汀江銅污染事件和廣東東江鉈污染事件
2011年云南曲靖鉻渣非法傾倒事件
2012年廣西河池龍江河的鎘污染事件
2015年甘肅隴南西和縣銻污染嘉陵江一級支流西漢水事件
2016年江西新余仙女湖鎘、鉈、砷污染事件
湖南省近年來發(fā)生的水體重金屬污染事件
2007年到2011年，原水中砷的含量在10ug/L以上的檢測次數(shù)占總檢測次數(shù)的58.6%，最高值達(dá)399ug/L，平均為20.53ug/L，水廠對砷的去除為20%-30%，原水含量>12ug/L時出水即有超標(biāo)風(fēng)險(水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：砷≤10ug/L)。
鎘的污染主要來源于上游或流域的水質(zhì)污染事故，2006年為污染高發(fā)年，2009年3次出現(xiàn)原水中鎘超標(biāo)情況，每次持續(xù)時間為1周，最高含量超過20ug/L，飲用水中鎘的最高含量達(dá)14.8ug/L。(水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：鎘≤5ug/L)
飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)典型重金屬限值對比
混凝-沉淀-過濾的常規(guī)水處理工藝在常規(guī)運(yùn)行條件下不能對重金屬進(jìn)行有效去除。
飲用水重金屬污染應(yīng)急處理技術(shù)
強(qiáng)化絮凝法、吸附法、離子交換膜分離法、化學(xué)沉淀法
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強(qiáng)化絮凝處理水源水重金屬污染
強(qiáng)化絮凝
常規(guī)水處理工藝在常規(guī)運(yùn)行條件下不能對重金屬進(jìn)行有效去除，但通過常規(guī)工藝強(qiáng)化絮凝技術(shù)則可有效應(yīng)對突發(fā)性的重金屬污染。
強(qiáng)化絮凝可通過如下途徑來實(shí)施：
優(yōu)選絮凝劑、復(fù)配絮凝劑或加大絮凝劑投加量;
改變水的pH值;
改變絮凝水力條件。
優(yōu)選絮凝劑、復(fù)配絮凝劑或加大絮凝劑投加量
絮凝劑選擇：鐵鹽絮凝劑要優(yōu)于鋁鹽絮凝劑，聚合硫酸鐵用于應(yīng)急實(shí)踐取得了較好的效果
絮凝劑使用：增加絮凝劑投加量以達(dá)到較好的重金屬去除效果，具體投加量應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定
注意：防止絮凝劑投加量大所導(dǎo)致的絮凝劑金屬離子超標(biāo)或色度增加。
改變水的pH值
不同的重金屬有不同pH適用范圍，并且，該范圍受原水水質(zhì)影響。大多數(shù)重金屬在原水或調(diào)控后pH為中性及弱堿性條件下可獲得較好的絮凝去除效果，但銻的有效絮凝去除須在pH為弱酸性條件下進(jìn)行。
注意：若對原水調(diào)整pH，應(yīng)考慮對池子及設(shè)備的腐蝕并采用相應(yīng)的防護(hù)措施;同時在沉后或?yàn)V后應(yīng)將pH回調(diào)。
改變絮凝水力條件
主要是保證水流紊動均勻，防止死水區(qū);注意充分滿足G值及GT值，從而改善混凝劑混合效果。
幾點(diǎn)注意
適當(dāng)增加沉淀時間;
改變?yōu)V料的級配(均質(zhì)濾料，粒徑可適當(dāng)小些);
增加反沖洗強(qiáng)度和頻率;
注意反沖洗水的處理和排放。
強(qiáng)化絮凝法用于邵陽某縣飲用水源降銻(Sb)中試
強(qiáng)化絮凝法用于婁底某縣飲用水源降銻(Sb)中試
強(qiáng)化絮凝除銻中試結(jié)果
強(qiáng)化絮凝除銻中試結(jié)論
采用聚合硫酸鐵混凝劑(PFS)，調(diào)節(jié)原水pH為5～6，通過常規(guī)水處理工藝(混凝、沉淀、過濾)可有效地降低原水中銻濃度：當(dāng)原水中銻濃度<80μg/L，PFS投加量為150mg/L時，常規(guī)水處理工藝出水銻<5 μg/L，滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求;水濁度及鐵等指標(biāo)完全滿足國家現(xiàn)行規(guī)范要求。
采用常規(guī)水處理工藝的估算藥劑費(fèi)用(包括PFS投加量150mg//L、pH調(diào)節(jié)用酸、堿)為：0.40元/m3。
強(qiáng)化絮凝除銻中試建議
建議對水廠現(xiàn)行工藝進(jìn)行改造，以滿足除銻的要求：
選用聚合硫酸鐵為絮疑劑;
加大加長現(xiàn)有折扳混凝池和沉淀池以保證絮凝沉淀時間和效果;
增加加酸加堿設(shè)備以調(diào)節(jié)pH;
在濾池之后預(yù)留深度除銻裝置用地，以備必要時進(jìn)行深度處理需要。
建議購置低濃度銻檢測設(shè)備(原子螢光分光光度計)，對原水和出廠水銻濃度進(jìn)行經(jīng)常監(jiān)測。
常規(guī)工藝強(qiáng)化絮凝技術(shù)已成功應(yīng)用于長沙、株洲等地水中重金屬控制及地處資江流域的新化縣、邵東縣和益陽市等的突發(fā)性銻超標(biāo)應(yīng)急處理實(shí)踐，為保障數(shù)十萬居民的飲水安全做出了重要貢獻(xiàn)。
強(qiáng)化絮凝處理水廠重金屬超標(biāo)應(yīng)急案例
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吸附法處理水源水重金屬污染
吸附法
吸附法主要是依靠一些具有較大比表面積和較高表面能的材料(如活性炭、沸石、硅藻土、凹凸棒石等)對水中重金屬污染物具有較強(qiáng)的吸附能力而實(shí)現(xiàn)將其從水中分離去除的方法。
優(yōu)點(diǎn)：吸附反應(yīng)迅速;無須添加其它藥劑;高效、快速、適應(yīng)性強(qiáng)。
缺點(diǎn)：吸附材料價格高;使用壽命短;再生和操作費(fèi)用高。
幾點(diǎn)注意：
吸附法可用作常規(guī)工藝的預(yù)處理或深度處理工藝;
用于重金屬處理的活性炭應(yīng)選用專用活性炭并進(jìn)行適當(dāng)活化;
除活性炭外，其它材料除作應(yīng)急應(yīng)用外，還缺乏長期大規(guī)模的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn);
廢棄的吸附劑應(yīng)進(jìn)行妥善的處置。
新型吸附劑
近年來國內(nèi)外許多學(xué)者正努力尋求新型吸附材料，如利用玉米棒子芯、白楊木材鋸屑、改性粘土等自然資源作為天然吸附材料，或利用微生物作為生物吸附材料等等，拓展了吸附法在水處理中的應(yīng)用。
磁性鐵氧體/鎂鋁水滑石基復(fù)合材料吸附除Cr(VI)
煅燒磁性鐵氧體/鎂鋁水滑石基復(fù)合材料吸附除Cr(VI)
鎂鋁堿式鹽改性高嶺土(MKC)吸附除Cr(VI)
磁性殼聚糖/膨潤土復(fù)合吸附劑除銅(Cu)
磁性殼聚糖/膨潤土復(fù)合吸附劑對Cu2+具有良好的吸附性能;
在吸附劑投加量為7.2g/L，pH值為6，初始濃度Cu2+為30μg/L條件下Cu2+的去除率可達(dá)98.5%。
四氧化三鐵/氧化石墨烯(Fe3O4/GO)復(fù)合物吸附除銻(Sb)
pH 值在3.0~9.0 之間時保持較高的去除率;
隨著投加量的增大，吸附的去除率逐漸升高，等達(dá)到60 mg 時去除率達(dá)到100%;
隨著溫度的升高，去除率提高;
相同的投加量和反應(yīng)條件下，不同濃度的溶液中隨著濃度的增大去除率增大。
石英砂負(fù)載氧化鐵(IOCS)吸附除銻(Sb)
與原石英砂(RQS)相比，石英砂負(fù)載氧化鐵(IOCS)對重金屬Sb具有更強(qiáng)的吸附能力;
在初始銻濃度為60μg/L時，RQS和IOCS的除銻率分別為10.1%和91.8%。
石英砂/四氧化三鐵/ 氧化石墨烯(QFGO)吸附除銻(Sb)
pH 值范圍為3.0-9.0 內(nèi)保持較高的去除率;
汞和砷作為共同離子存在時，對銻的去處效果并未產(chǎn)生影響，且QFGO 對汞和砷同樣具有較高的去除率;
吸附柱的吸附能力與填料層高度成正比，與吸附質(zhì)初始濃度和吸附質(zhì)進(jìn)水速度成反比。
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離子交換膜處理水源水重金屬污染
膜分離法
膜分離法是利用某一特殊的半透膜，在外界推動力作用下使溶液中某種溶質(zhì)(重金屬)或溶劑(水)滲透出來，從而達(dá)到分離溶質(zhì)的目的。根據(jù)膜的種類及推動力的不同，可分為電滲析、反滲透、液膜分離等方法。離子交換膜化學(xué)反應(yīng)器(AIEMC)去除水中Cr(Ⅵ)、Cu2+、Mn2+、Zn2+等。
優(yōu)點(diǎn)：占地面積小;適用范圍廣;處理效率高;無二次污染。
缺點(diǎn)：膜的電極極化;膜結(jié)垢及膜腐蝕。
幾點(diǎn)注意：
超濾和微濾膜不適合用于重金屬的分離
能否適用特定重金屬應(yīng)由實(shí)驗(yàn)確定
限于設(shè)備技術(shù)水平，適用于中小規(guī)模水廠
陰離子交換膜反應(yīng)器
當(dāng)原水Cr(Ⅵ)濃度為1.0mg/L時，離子交換膜對鉻的分離率可達(dá)到86.42%。
當(dāng)原水Cu2+為50mg/L，添加藥劑為碳酸鉀時，72h后出水Cu2+為0.088mmol/L。
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其他方法處理水源水重金屬污染
化學(xué)沉淀
化學(xué)沉淀法是指向水體中投加藥劑，依據(jù)容度積原理，通過化學(xué)反應(yīng)使呈溶解狀態(tài)的重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苡谒闹亟饘倩衔锒恋砣コ姆椒?。這類物質(zhì)通常含有S、PO43-、OH-、及CO32-基團(tuán)。
根據(jù)投加藥劑的不同，可分為：
中和沉淀法(投加堿性中和劑);
硫化物沉淀法(投加硫化物);
鐵氧體共沉淀法(投加產(chǎn)生氫氧化鐵或其它重金屬氫氧化物沉淀的藥劑)。
幾點(diǎn)注意
由于沉淀劑和環(huán)境條件影響，化學(xué)沉淀處理后，殘留金屬離子濃度難于達(dá)到要求，需作進(jìn)一步處理。(與絮凝法結(jié)合使用、或進(jìn)行膜濾等);
所投加的共沉劑須符合涉及飲用水產(chǎn)品要求;
產(chǎn)生的沉淀物須妥善處置，以防二次污染。
氧化還原法
氧化還原法主要用于處理水體中Cr6+、Cd2+和Hg2+等重金屬離子，如利用還原性的物質(zhì)將Cr6+轉(zhuǎn)化為生物毒性較低的Cr3+后聯(lián)用沉淀法予以去除。
優(yōu)點(diǎn)：原料來源廣泛;處理效果好。
缺點(diǎn)：污泥量大;出水呈堿性;其用于水源水體去除重金屬的研究鮮有報道。
電解法
電解法是應(yīng)用電解的基本原理，使水體中重金屬離子在陽極和陰極上分別發(fā)生氧化還原反應(yīng)而分離出來。
優(yōu)點(diǎn)：工藝成熟;占地面積小。
缺點(diǎn)：耗電量大，處理水量小;電解液有可能對環(huán)境造成二次污染;不適于處理含有較低濃度重金屬離子的水源水。
離子交換樹脂法
離子交換樹脂法是利用樹脂中含有的氨基、羥基等活性基團(tuán)與重金屬離子進(jìn)行螯合、交換，從而實(shí)現(xiàn)重金屬離子去除的方法。經(jīng)離子交換處理后，水中重金屬離子轉(zhuǎn)移到離子交換樹脂上，經(jīng)再生后又從離子交換樹脂上轉(zhuǎn)移到再生廢液中作進(jìn)一步處理。樹脂交換具有可逆性，可通過再生重復(fù)使用。
優(yōu)點(diǎn)：該法可用作深度處理工藝，適用于小規(guī)模水處理。研究成本低、選擇性高、交換容量大、吸附-解析過程可逆性好的離子交換樹脂，對于推進(jìn)該法用于水源水體重金屬污染的防控至關(guān)重要。
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結(jié)語
水源水體重金屬污染具有范圍廣、持續(xù)長、毒性強(qiáng)和難處理的特點(diǎn)。因而，借鑒國外防控經(jīng)驗(yàn)，針對我國國情，建立有效的防控對策，迫在眉睫：
健全法規(guī)和監(jiān)管體系，強(qiáng)化源頭控制;
完善在線分析手段，建立區(qū)域預(yù)警系統(tǒng);
加強(qiáng)重金屬污染防控的基礎(chǔ)研究，開發(fā)新型凈水材料和工藝。
本文根據(jù)湖南大學(xué)土木工程學(xué)院馬晶偉副教授在“首屆城鎮(zhèn)凈水廠現(xiàn)代化技術(shù)改造高峰論壇”上，題為《重金屬污染風(fēng)險水源水廠應(yīng)急處理技術(shù)》的發(fā)言整理而成，未經(jīng)本人審閱。
來源:給水排水
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