水源油污染的水厂应急处理研究

2020-10-13彭进湖胡小芳

供水技术 2020年3期

彭进湖，胡小芳，巢猛

(东莞市东江水务有限公司，广东东莞523000)

随着社会发展的需要，江河的航运作用愈发明显。在水路运输和码头存储的过程中，时常有油类产品泄露的风险。而在我国南方地区，江河湖泊常被水厂用作主要或备用水源。对于浮油，目前水厂主要的去除手段是物理隔离，如采用拦油栅和吸油毡等。溶解态的油则会流入水厂的工艺中，须通过厂内净化工艺对其进行去除，因此油类的突发污染问题不容忽视。柴油作为船只的主要燃料，对水源污染的风险相对较大。笔者通过烧杯试验，模拟柴油在原水中的溶解情况以及水厂常规净化技术对不同程度油污染的应急处理效果，以期为水厂应对水源突发柴油类的石油污染提供技术支持。

1 试验部分

1.1 试验条件

试验采用船用柴油，原水为东江水，水质见表1。滤料采用南方某水厂正在运行的石英砂滤料和活性炭滤料，该水厂供水量约为30×104m3/d，滤料已使用10 a。滤柱直径为4.4 cm，滤料填充高度为60 cm，控制滤速为4 m/h。水中石油类含量采用HACH OL1020水中油分浓度分析仪检测。

表1 东江原水水质Tab.1 Quality of Dongjiang River raw water

1.2 试验方法

1.2.1 柴油的溶解实验

向50 L东江原水中加入约90 mL柴油，静置48 h，分别在0.5，1，2，5，8，24，31和48 h时取液面下30 cm水样1 L。用盐酸调节水样pH≤2，放入冰箱保存待测。

1.2.2 预处理的处理效果

对受油污染的东江原水，通过烧杯试验模拟水厂的混凝、沉淀过程，聚合氯化铝(PAC)的有效投加浓度分别为0.8，1.2，2.0，2.8和3.6 mg/L。取液面1 cm以下澄清液并加入盐酸调节pH≤2，放入冰箱保存待测。

通过烧杯试验，考察混凝阶段的搅拌速率对油污染去除的影响，分别设定搅拌速率为100，250和500 r/min，搅拌结束后分别取液面1 cm以下水样1 L，加入盐酸至pH≤2，放入冰箱保存待测。

向受油污染的东江原水中分别加入不同浓度的粉末活性炭和高锰酸钾，搅拌10 min，模拟水厂的预处理过程，然后进行烧杯试验，聚合氯化铝的有效投加浓度为1.0 mg/L。取液面1 cm以下澄清液，加入盐酸至pH≤2，放入冰箱保存待测。

1.2.3 不同滤料的处理效果

向东江原水中投入有效浓度为2 mg/L的聚合氯化铝，混凝静置1 h，再加入150 mL柴油，静置24 h。取上清液分别通过石英砂滤料和生物活性炭滤料过滤1 h，取进水和滤后水各1 L，加入盐酸至pH≤2，放入冰箱保存待测。

1.2.4 水中石油类含量的检测方法

采用红外分光光度法(HJ 637—2012)检测水样中石油类含量。取水样1 L加至OL1020水中油分浓度分析仪样品瓶中，设定程序加入25 mL四氯化碳溶液，自动萃取进样测定水中石油类浓度。

2 结果与讨论

2.1 柴油在水中的溶解过程

在取水口处设置拦油栅和吸油毡能有效拦截水面的浮油，但溶解后进入水处理工艺的油污会对水厂正常生产造成威胁。柴油在水中的溶解情况如图1所示，随着时间延长，溶解浓度增大，但达到一定浓度后会下降，之后逐渐趋于稳定。柴油的溶解过程中存在浮油、乳化油和溶解油3种类型[1]，乳化油和溶解油是柴油在水相中的主要形态。相对溶解油，乳化油的含量更高。乳化油是乳化态油水混合物，其乳化程度与原水水质有较大关系[1]，所以乳化油在水相中较不稳定，在试验的溶解过程中出现水样中石油类浓度下降的情况。溶解油是柴油完全溶解于水相中的形态，其主要成分是芳香类混合物。因此，当水源面临石油污染时，除了石油类含量的监测外，水中芳香烃的含量及其去除也不容忽视。

图1 柴油的溶解过程Fig.1 Dissolution process of diesel oil

2.2 混凝剂投加量对去除效果的影响

对于采用静态混凝器的水厂，在混凝过程中只能通过调整混凝剂的投加量应对突发水质问题。不同的聚合氯化铝投加量下，对水中柴油的去除效果如图2所示。当有效投加浓度达到1.2 mg/L时，油污可以得到有效去除。聚合氯化铝能有效在水中水解，并与水中带电荷的油滴发生反应，从而形成絮体[2]。因此，水厂通过适当调整混凝剂的投加量，能有效应对受油污染影响的原水。

2.3 搅拌对去除效果的影响

对于采用机械搅拌的水厂，可通过调节混凝阶段时的水力条件应对突发水质问题。搅拌速率对水中柴油的去除效果的影响如图3所示，搅拌越快，石油类在水中含量越低。这是因为柴油在水相中的主要形态是乳化油，过快的搅拌会破坏其在水相中的乳化状态，但可能使溶解油在水相中的浓度升高[2]。同时，混凝阶段或预处理阶段，加快搅拌速率有利于药剂与油污的混合[3]，因此适当调节搅拌速率有利于提升水厂对油污的处理效果。

图2 聚合氯化铝投加量对油污的去除效果Fig.2 Removal effect of PAC dosage on oil contamination removal

图3 搅拌速率对油污的去除效果Fig.3 Effect of stirring rate on oil contamination removal

2.4 不同预处理药剂对油污去除的影响

溶解油是柴油完全溶解于水中的部分，其主要成分芳香烃不仅影响水质，还会影响混凝效果，常规处理工艺难以将其去除，考察预处理手段对油污的去除效果，如图4所示。

高锰酸钾和粉末活性炭对柴油均有良好的去除效果。高锰酸钾具有强氧化性，能氧化去除油污，粉末活性炭则发挥物理吸附作用。此外，高锰酸钾和粉末活性炭有一定的助凝作用，能有效提升混凝效果，去除水中油污染。但其投加量不宜过大，高锰酸钾投加量过大易引起水质色度问题，而粉末活性炭投加量过大难以在沉淀过程中完全去除，使部分污染物随着粉末活性炭进入下一步工艺，造成不必要的污染。因此，适当投加高锰酸钾或粉末活性炭有利于水厂处理突发油污染。

图4 不同预处理药剂对油污的去除效果Fig.4 Effect of different pretreatment agents on oil contamination removal

2.5 不同滤料对去除效果的影响

作为常规水处理工艺最后一道防线，滤池滤料的选择对油污去除十分重要。如表2所示，相对于石英砂，生物活性炭对柴油的去除效果更为显著，去除率能达到97.8%。进水中含有许多混凝、沉淀无法去除的细小颗粒，这些颗粒物有一定的吸附能力，因此，进水的柴油除了溶解于水相中的乳化油和溶解油外，部分附着于这些细小颗粒[3]并进入到过滤单元。石英砂滤池良好的截留能力和生物作用对柴油有一定的去除效果。与石英砂相比，生物活性炭除了截留和更强的生物作用外，还有一定的物理吸附能力。因此，生物活性炭对水中的乳化油和溶解油的去除能力更强。