黄石城市饮用水应急处理技术研究*——以花马湖水源为例

肖文胜 郭建林 罗 欣

(黄石理工学院环境科学与工程学院，湖北黄石435003)

黄石处于长江中游南岸的丘陵地区，主要饮水来源就是长江水和富水水系。由长江上游沿线及水源地周围企业和长江航运产生的水污染使得黄石市的供水安全面临严峻挑战。而随着《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)的出台，对水质要求大幅度提高，给供水企业带来了新的挑战。发生突发性水污染时如何保障城市饮用水水质安全，成为供水行业所面临的新课题。加强黄石市供水备用水源建设已刻不容缓。研究并构建突发性水污染时水处理应急技术及方案，对保障黄石城市供水水质安全具有重要意义。

花马湖紧邻黄石市花湖水厂，与黄石市花湖水厂的距离约为3 km，该湖水质各项指标都达到国家地表水Ⅲ类标准，大部分区域的水质达到国家地表水Ⅱ类标准。为确保市民基本生活用水需求和城市供水安全，从2009年开始黄石市就积极组织调查评估，为黄石市应急水源工程的展开作铺垫，2010年4月初步确定花马湖为黄石市应急水源。

通过对花马湖水部分水质指标 pH、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、重金属元素(铜、铅、锌)、总磷、总氮、总大肠菌群等进行测定，并通过室内模拟的方法，研究当紧急情况发生时，将花马湖水应急处理为饮用水的技术，处理方案为混凝-沉淀-过滤-消毒。研究结果可为《黄石市应急水源工程的可行性研究》提供基础理论研究依据，为花马湖水应急处理为饮用水的工程提供参考。

1 花马湖流域现状

花马湖位于湖北省鄂州市东部，北纬30°15＇～ 30°18＇、东经 114°58＇～ 115°1＇，面积约27.5 km2，为鄂州市第2大湖。该湖地域为河积、湖积小平原地区，最低高程14.5 m，一般水深2～3 m，最大水深4.5 m，湖面现有面积1 599公顷，湖容0.16亿立方米，浅水期湖水经花马港自黄石市上岗闸流入长江，丰水期自花马湖泵站排入长江。

根据鄂州市环境保护局水环境监测报表，2010年4月监测各项指标均达到Ⅲ类标准，营养平均指数 30.9，营养状态中营养。与2009年同期相比，氟化物、总氮浓度在升高，CODcr、高锰酸盐指数、石油类、粪大肠菌群浓度在好转，其他指标变化不大，水质营养指数指标上升 3.1。

2 材料与方法

2.1 样品的采集与处理

利用全球卫星定位系统(GPS)定位，分别在花马湖布点采样，采样时间为2010年4月18日上午11∶00～13∶00，各采样点经纬度见表1。依次用简易采水器采集采样点的水样(5 L左右)，将采得的水样分装在白色不透明塑料水壶中，为每个水壶按照取样点的点位号作上相应的编号后带回实验室，放入普通冰箱中密封、蔽光、低温(4℃左右)保存。

表1 采样点的经纬度

2.2 主要仪器设备

1)UV-2550紫外可见分光光度计，10 mm的石英比色皿，50 mL刻度比色管;

2)PHS-3型实验室pH计(上海今迈仪器仪表有限公司);

3)GDS-3A型浊度仪(产品标准号 Q/320206NNHD05);

4)便携式电导率仪 DDBJ-350型(上海秦迈仪器有限公司);

5)multi N C 2100专家型总有机碳/总氮分析仪(长沙科美分析仪器有限公司);

6)SP-3803AA火焰、石墨炉自动切换型原子吸收光谱仪(杭州普惠科技有限公司);

7)SPX-250B-Z型生化培养箱(上海博迅实业有限公司医疗设备厂)。

2.3 分析测试方法

将3个采样点的水样分别做2次平行测定，为各个水样标号为 1a，1b，2a，2b，3a，3b，水质参数测定按文献[1]及国家《生活饮用水标准检验方法 水质分析质量控制》(GB/T 5750.3-2006)进行。

3 饮用水应急处理技术工艺选择

饮用水常规处理技术是指传统的混凝-沉淀-过滤 -消毒技术[2]。混凝、沉淀、过滤、消毒等常规饮用水处理工艺对未受污染水源水中的胶体、悬浮物、微生物等污染物具有良好的去除控制效果，但对污染较为严重的水源及要求较为严格的出水水质，常规饮用水处理技术存在一定的局限性。作为应急水源饮用水处理，当紧急情况发生时，水的应急处理，必须做到处理及时、耗时最短、水质达标和经济安全[3]。根据鄂州市环保局提供的水质动态监测数据及对3个监测点主要水质指标的监测结果(见表2)，花马湖水质整体达到地表水Ⅲ类，部分为地表水Ⅱ类，因此采用饮用水常规处理技术就可使出水的各项指标都能达到生活饮用水水质标准。本研究在实验室条件下，模拟水厂中的混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺流程，选取最优投药量和实验条件，可以对日后紧急用水时水厂的工艺选择起到参考作用。

表2 花马湖原水的部分水质指标

4 实验结果与讨论

4.1 混凝剂的选用及最佳投加量的确定

混凝实验的工艺为:启动搅拌机，快速搅拌30 s，转速为 300 r/min;中速搅拌6 min，转速为100 r/min;慢速搅拌6 min，转速为50 r/min。关闭搅拌机，静止沉淀5 min，用注射器抽取上清液测定水质指标。混凝实验条件为:原水浊度13.20 NTU，温度 20.8℃，pH值6.65，投加硫酸铝混凝实验结果见表3，投加聚合氯化铝混凝实验结果见表4，投加聚合氯化铁混凝实验结果见表5，投加聚丙烯酰胺混凝实验结果见表6;聚合氯化铝的最佳混凝投药量曲线见图1，硫酸铝的最佳混凝投药量曲线见图2，聚合氯化铁的最佳混凝投药量曲线见图3，聚丙烯酰胺的最佳混凝投药量曲线见图4。

表3 投加硫酸铝混凝实验结果

表4 投加聚合氯化铝混凝实验结果

表5 投加聚合氯化铁混凝实验结果

表6 投加聚丙烯酰胺混凝实验结果

图1 聚合氯化铝的最佳混凝投药量曲线

图2 硫酸铝的最佳混凝投药量曲线

图3 聚合氯化铁的最佳混凝投药量曲线

图4 聚丙烯酰胺的最佳混凝投药量曲线

由以上各个表格中的数据可看出，在相同的实验条件(即原水水温为20.8℃，原水pH为6.65)下，聚合氯化铝的混凝效果相对其余几种实验室常用混凝剂来说是最好的，因此选用聚合氯化铝作为混凝剂。

4.2 应急处理中混凝的最佳pH确定

实验条件同前，另取5个1 000 mL水样，向水样中加酸或碱调节pH值，依次为4 mL、2 mL(10%HCl)、0 mL、2 mL、4 mL(10%NaOH)快速搅30 s(500 r/min)，用pH计测pH值，结果如表7所示。

每种絮凝剂都存在一个最佳的pH范围，较低或较高的pH都会影响作为絮凝剂的聚合物的水解过程或絮凝效果，同样，温度也会影响絮凝效果，由于实验时间内温度的变化并不大，难以实现控制温度以研究温度对絮凝效果的影响，故本实验对温度的影响暂时不做讨论，由实验可知，使用聚合氯化铝做混凝剂时，其最佳使用 pH值为4.5～5.5。

表7 混凝的最佳pH确定

4.3 应急处理中的消毒实验结果

根据文献[4-5]，对于一般小型水厂，或者应急饮用水处理，常采用漂白粉作为消毒剂。本实验采用的消毒剂为漂白粉，通过实验确定漂白粉的最佳投加量，使用漂白粉的消毒实验结果如表8所示。

表8 漂白粉最佳投加量的确定

由表8可知，漂白粉的最佳投加量为每1 L水中投加漂白粉21 mg。消毒水中没有不容的消毒物质，而且处理后的水没有特殊的消毒物质的气味。

4.4 经模拟处理后的花马湖各项水质指标

应急处理后水的部分水质指标见表9。

表9 应急处理后水的部分水质指标

5 结论

将花马湖水应急处理为饮用水，采用混凝-沉淀-过滤-消毒工艺，最佳的混凝剂是聚合氯化铝，其最佳投加量为1 L水中投加70 mg，控制 pH 值为 4.5 ～5.5，确定用漂白粉消毒时，漂白粉的最佳投加量为每1 L水中投加21 mg。经此工艺应急处理的水完全达到《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2006)，且处理工艺简单，成本低廉。

[1]仇雁翎，陈玲，赵建夫.饮用水水质监测与分析[M].北京:化学工业出版社，2006:227-237

[2]于海红，王怡然，孟涛.饮用水处理技术最新进展[J].成都石油大报，2008，10(2):46-49

[3]王亚宜，严敏.城市供水突发事件的应急预案[J].浙江工业大学学报，2005，33(6):660-664

[4]刘文君，张丽萍.城镇供水应急技术手册[M].北京:中国建筑工业出版社，2007:56-59

[5]何文杰.安全饮用水保障技术[M].北京:中国建筑工业出版社，2006:125-129