饮用水源突发铅污染的应急处理技术研究

刘学卿，丁文婧，赵一亮

(1．镇江市环境监测中心站，江苏镇江 212000) (2．江苏省水文水资源勘测局扬州分局，江苏扬州 225000)

饮用水源突发铅污染的应急处理技术研究

刘学卿1，丁文婧2，赵一亮1

(1．镇江市环境监测中心站，江苏镇江 212000) (2．江苏省水文水资源勘测局扬州分局，江苏扬州 225000)

以镇江市征润州水源地突发铅污染为背景，研究了活性炭吸附、混凝沉淀工艺对不同超标倍数下铅污染的应急处理效果．小试实验结果表明:PAC可有效应对超标5倍、10倍的低浓度铅突发污染，分别投加5和10 mg/L PAC，出水铅浓度即可达标;而针对高浓度的铅突发污染，PAC处理能力有限．混凝沉淀实验结果表明:针对超标5倍的铅污染，投加120 mg/L Ca(OH)2即可达标处理;针对超标10倍的铅污染，最佳Ca(OH)2的投加量为80 mg/L;而针对50倍和100倍的铅突发污染，最佳Ca(OH)2的投加量为120 mg/L．在最佳Ca(OH)2投加量下，针对超标10倍、50倍和100倍突发污染，最佳聚合氯化铝投加量为5、30和35 mg/L．通过实验室小试研究，为可能突发的铅污染事故应急处理提供了技术支持．

突发污染;铅;应急处理;粉末活性炭;氢氧化钙;聚合氯化铝

国民经济在高速发展的同时也会带来许多副作用，水污染便是其中比较严重的问题，尤其是与城市发展和社会稳定息息相关的饮用水源水质安全问题．近年来，饮用水源地突发污染事故频频发生，2012年江苏省镇江市突发水源水苯酚污染事故，造成居民饮水困难;近期广东揭阳发生的水源水污染事故再次将饮用水安全问题推至风口浪尖．因此系统研究应急处理技术，建立完善的应急预案，为事故现场应急处置提供技术支持意义重大．水源水重金属污染是近年来频发的突发污染之一，具有不可预见性、扩散性和高危险性等特点．铅是一种典型的有毒重金属元素，主要来源于冶炼、制造和使用铅制品的工矿企业［1］．铅主要会累及神经、造血、消化、肾脏及免疫等系统，其毒性具有蓄积性．目前，在重金属废水处理领域，针对铅的去除研究报道已有很多，但针对各个城市水源地重金属突发污染应急处理技术的研究尚处于起步阶段．因此，本研究以镇江市征润州水源地取水口突发铅污染事故为背景，采用实验室小试的方式，研究了不同工艺对不同超标浓度下的铅污染的去除效率，以期提高自来水厂应对水源地突发铅污染的能力．

1 实验

1.1 原水水质

以镇江市征润州取水口段原水为实验用水，原水主要监测指标(年均值)见表1．

表1 原水水质情况Table 1 Characteristics of the source water sample

1.2 材料和仪器

竹质粉末活性炭(竹炭)(PAC)，粒径0.75 mm，比表面积1 000 m2/g，上海活性炭厂;硝酸铅、碘化钾、抗坏血酸、甲基异丁基甲酮均为AR;固体聚合氯化铝(有效成分含量30%)、氢氧化钙均为工业品．

主要仪器为:SHA-C恒温振荡器，原子吸收分光光度仪．

1.3 实验方法

1)吸附实验

称取0.5 g PAC，加入1 L蒸馏水，搅拌均匀配成炭浆;用原水配制所需浓度的铅溶液，取200 mL于250 mL锥形瓶中，加入一定量炭浆，振荡20 min，过滤，取200 mL滤液于分液漏斗中，采用KI－MIBK火焰原子吸收分光光度法测定残余铅浓度，测定波长为213.8 nm．

2)混凝沉淀实验

配制一定浓度的氢氧化钙溶液和聚合氯化铝溶液;用原水配制所需浓度的铅溶液，取250 mL于250 mL锥形瓶中，加入一定量氢氧化钙和聚铝，振荡20 min，过滤，取250 mL滤液于分液漏斗中，检测方法同吸附实验．

2 结果与讨论

2.1 PAC投加量对处理效果的影响

在不同PAC投加量下，考察对不同水平铅污染的处理效果，结果如图1．

图1 PAC投加量对铅去除效果的影响Fig．1 Removal effect of lead at different dosages of PAC

根据《生活饮用水卫生标准》(GB 5749－2006)中铅的标准限值为0.01 mg/L，选取标准限值的5倍、10倍、50倍及100倍作为铅突发污染的初始浓度．由图1可见，随着PAC投加量的增大，不同超标倍数下铅的去除率也随之提高．针对超标5倍、10倍的低浓度铅突发污染，分别投加5 mg/L和10 mg/L的PAC，出水铅浓度即可降至10 μg/L和8 μg/L，达到饮用水卫生标准．粉末活性炭因其巨大的比表面积和一定的活性官能团可去除大部分有机物、部分金属和非金属离子污染物，且该法简单易行，效果稳定，可操作性强．目前对粉末活性炭吸附法应急处理各类突发污染已有广泛研究报道［3－6］，因而，PAC吸附法可作为取水口突发低浓度铅污染的有效应急措施．但针对50倍和100倍的高浓度突发污染，强化PAC投加量，去除效果并不明显，残余浓度仍较高，当PAC投加量达到50mg/L时，残余铅浓度分别为149和363 μg/L，分别超标14.9倍和36.3倍．如果继续增大投加量，必然会导致经济成本增大、输水管网堵塞及出水浊度升高等问题［4］．由此可见，针对高污染倍数的铅突发污染，PAC吸附法处理能力有限，残余的铅需通过自来水厂投药进一步消减．目前，自来水厂常规净水工艺为混凝—沉淀—过滤—消毒［7］，但应对高浓度重金属突发污染，水厂现有的混凝沉淀工艺显得力不从心，出水水质难以达标，因此可通过在现行工艺基础上投加Ca(OH)2调节pH值，形成重金属沉淀及改变混凝剂投加量来强化处理效果［2］．但需要注意的是当原水pH大于9时，沉淀出水的pH均大于8，不满足《生活饮用水卫生标准》，需要加酸进行回调［1］．

2.2 混凝沉淀工艺

2.2.1 Ca(OH)2投加量对处理效果的影响

由图2可见，随着Ca(OH)2投加量的增大，原水pH随之不断增大，pH可影响重金属在水中的存在形式，进而直接影响混凝沉淀去除效果．图2a)表明，针对超标5倍的铅突发污染，投加120 mg/L的Ca(OH)2时，原水pH为9.3，此时铅的去除率显著提高至84%，出水残余浓度仅为8 μg/L，达到标准限值;当原水铅浓度超标10倍时，由图2b)可见，当Ca(OH)2投的投加量为80 mg/L和120 mg/L时，去除率均达到最高值67%，此时pH在8.8左右，而继续增大Ca(OH)2的投加量，其去除率不增反降，当Ca(OH)2的投加量增至160 mg/L时，去除率降至58%;针对超标50倍和100倍的铅突发污染，如图 2c)、d)，投加 120 mg/L的Ca(OH)2，原水pH分别调至8.8和9.4时，铅的去除率分别显著提高至88%和89.3%，出水残余浓度分别降至60 μg/L和107 μg/L，超标6倍和10.7倍，继续增大投加量至160 mg/L时，去除率分别缓慢增至89.2%和91.3%，但当Ca(OH)2的投加量继续增至180 mg/L时，原水pH约为10，针对100倍的突发污染，铅的去除率降为84.3%．主要原因是铅的氢氧化物具有两性，pH太高时有可能产生氢氧化铅络合离子(如HPbO2－)，出现反溶而导致铅去除率下降［8］．试验结果表明:针对超标5倍的铅污染，投加120 mg/L Ca(OH)2即可达标，无需后续处理;针对超标10倍的铅污染，最佳投加量为80 mg/L，此时去除效率最高;而针对50倍和100倍的铅突发污染，考虑到将Ca(OH)2的投加量从120 mg/L增至160 mg/L，pH约由9增至10，铅的去除率增加趋势并不明显，且Ca(OH)2投加量过大会增加沉淀污泥量，因此选择最佳投加量为120mg/L较为适宜．但针对超标100倍、50倍和10倍的铅污染，此时出水残余浓度仍有107，60，33 μg/L，需结合其他工艺进一步处理．

图2 Ca(OH)2投加量对超标铅污染处理效果的影响Fig．2 Removal effect of lead pollution at different dosages of Ca(OH)2

2.2．2 聚合氯化铝投加量对处理效果的影响

固定Ca(OH)2的投加量，考察聚合氯化铝投加量对铅处理效果的影响，结果见图3．

图3 聚合氯化铝投加量对处理效果的影响Fig．3 Removal effect of lead pollution at different dosages of polyaluminum chloride

由图3可见，当突发10倍铅污染时，固定Ca(OH)2的投加量为 80mg/L，聚铝投加量为5 mg/L时，出水残余浓度即可降至8 μg/L，达到处理标准．针对原水浓度超标50倍的铅污染，聚铝投加量从5 mg/L增至30 mg/L时，去除率由81.2%升至93.6%，残余浓度由94 μg/L降至32 μg/L，仅超标3倍左右，效果显著;针对超标100倍的铅突发污染，在固定Ca(OH)2投加量为120 mg/L的情况下，聚合氯化铝投加量从 10 mg/L增至35 mg/L时，去除率由91.3%升至97.6%，残余浓度由87 μg/L迅速降至24 μg/L，这是由混凝剂聚合氯化铝和生成的氢氧化物沉淀共同作用的结果．在实验过程中，继续增大聚合氯化铝投加量至40 mg/L时，铅去除率仅提高0.3%，所以继续增大投加量对提高去除率帮助不大．因此，针对超标10倍、50倍和100倍的突发污染，最佳聚合氯化铝投加量为5，30和35 mg/L．

3 结论

1)应急处理水源地突发铅污染时，增加PAC的投加量可显著提高对铅的去除率．铅初始浓度超标5倍、10倍时，分别投加5 mg/L和10 mg/L的PAC，出水铅浓度即可达到饮用水卫生标准;针对高浓度铅突发污染，强化PAC投加量，去除效果并不明显，此时可以通过水厂投加氢氧化钙及投加混凝剂聚合氯化铝的方式应急处理．

2)针对超标5倍的铅突发污染，投加120 mg/L Ca(OH)2，出水浓度即可达标;针对超标10倍的铅污染，投加80 mg/L Ca(OH)2去除率即可达到最高;而针对50倍和100倍的铅突发污染，最佳Ca(OH)2的投加量分别为120 mg/L，残余的铅可通过投加混凝剂进一步处理．

3)针对10倍的铅污染，聚铝投加量为5 mg/L时，出水残余浓度即可达到处理标准．针对初始浓度为50倍和100倍的铅突发污染，最佳聚合氯化铝投加量为30 mg/L和35 mg/L．

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［8］Liu Fen，Liu Wenhua，Li Fangwen．Study on oxalic acid production wastewater treatment technology［J］．Water＆Wastewater Engineering，2004，30(11):50－53．

(责任编辑:顾 琳)

Study on emergency treatment for lead pollution in drinking water source

Liu Xueqing1，Ding Wenjing2，Zhao Yiliang1
(1．Zhenjiang Environmental Monitoring Center，Zhenjiang Jiangsu 212000，China) (2．Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau Yangzhou Branch，Yangzhou Jiangsu 225000，China)

In the background of lead pollution occurred suddenly in ZhengRunzhou water source，the emergency treatment efficiencies of different pollution levels by were studied powdered activated carbon(PAC)adsorption and coagulation sedimentation process．The jar test results showed that PAC can effectively respond to lead pollution of exceeding 5 times and 10 times of standard value by adding 5 mg/L and 10 mg/L of PAC respectively，the effluent concentration could be up to standard．For high levels of lead pollution emergency，the removal ability of PAC was limited．Coagulation sedimentation experiments showed that，for lead contamination exceeding five times，through adding 120 mg/L calcium hydroxide，row water could be treated to standard limit value，while the optimum calcium hydroxide dosage was 80 mg/L for 10 times lead contamination．For 50 times and 100 times lead sudden pollution，optimal calcium hydroxide dosage was 120 mg/L．At the best calcium hydroxide dosage，for 10 times，50 times and 100 times overproof sudden pollution，the optimum dosage of PAC were 5 mg/L，30 mg/L and 35mg/L respectively．The jar test research provided technical support for a possible sudden lead pollution emergency treatment．

abrupt pollution;lead;emergency treatment;powdered activated carbon;calcium hydroxide;polyaluminum chloride

TU991.2

:A

:1673－4807(2015)05－0507－04

10．3969/j．issn．1673－4807．2015．05．017

2015－06－12

刘学卿(1990—)，女，助理工程师，研究方向为环境监测工作．E-mail:114670235@qq．com

刘学卿，丁文婧，赵一亮．饮用水源突发铅污染的应急处理技术研究［J］．江苏科技大学学报:自然科学版，2015，29(5):507－510．