上個(gè)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(duì)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(jí)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(duì)砷的去除為20%-30%，原水含量>12ug/L時(shí)出水即有超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)(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(shí)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(duì)原水調(diào)整pH，應(yīng)考慮對(duì)池子及設(shè)備的腐蝕并采用相應(yīng)的防護(hù)措施;同時(shí)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(dòng)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(shí)間;

改變?yōu)V料的級(jí)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(shí)，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(duì)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(shí)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(shí)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(jì))，對(duì)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(duì)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(jià)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(duì)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(shí)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(shí)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(duì)重金屬Sb具有更強(qiáng)的吸附能力;

在初始銻濃度為60μg/L時(shí)，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(shí)，對(duì)銻的去處效果并未產(chǎn)生影響，且QFGO 對(duì)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(dòng)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(dòng)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(shí)，離子交換膜對(duì)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(shí)，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(bào)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(duì)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(duì)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(duì)我國國情，建立有效的防控對(duì)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(xiǎn)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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