关于突发水污染事件应急处置技术需求的几点思考

王盼新，宋玉栋，吴昌永*，袁玥，黄琪，付丽亚，毛率先

1.中国环境科学研究院环境污染控制工程技术研究中心

2.中国环境科学研究院环境应急技术研究中心

“十三五”期间，我国生态环境质量明显改善，污染防治攻坚战阶段性目标任务圆满完成，环境应急管理工作也取得了长足发展，环境风险防范管理成效显著。据生态环境统计年报数据，我国近10 年共发生3 615 次突发环境事件，突发环境事件数量逐年下降，趋势变缓，但突发环境事件多发频发的高风险态势并未根本改变[1]，次生突发环境事件高发，且涉水事件比例高，饮用水水源地受突发环境事件影响突出。2019—2020 年，重大及敏感事件中70%为涉水事件，其中10%的事件造成饮用水水源地污染（8%导致取水中断）。2021 年全国发生的各类突发环境事件中，有23 起影响或威胁集中式饮用水源地，占事件总量的12%；41 个乡镇级以上水源地受到影响或威胁，包括市级11 个、县级12 个、乡镇级18 个；另有多个村庄饮用水受到影响或威胁。突发水污染事件中污染物随水体流动，具有污染源形态多样、污染物扩散迅速、影响范围广、危害较大、处置难度高等特点[2-3]，且经常出现事件持续时间长、需多地协同联动处置的情况。如2021 年资江湖南娄底段锑污染事件持续长达4 个月；2021 年嘉陵江甘陕川交界断面铊污染事件涉及陕西汉中、甘肃陇南、四川广元三省市[4]；2021 年河南省三门峡市五里川河锑污染事件中，由于强降雨导致多处采矿老硐口、废石堆场渗滤作用加强，五里川河17 条支流中半数以上锑浓度超标，受污染河长度达170 多km，水量6 500 多万m3的石门水库呈整体超标状态，应急处置难度大。这些事件对我国环境应急管理工作提出了更高的要求。

近30 年来，美国等发达国家在应急监测技术、应急评估技术、应急预警技术、应急处置技术、突发环境事件组织管理等方面投入的资金和人员越来越多，在环境应急机制方面处于国际领先地位，这些机制涵盖了包括预防、应急监测和处置以及环境污染事件后恢复的整个应急响应过程[5]。很多发达国家和地区如美国、欧盟、英国、日本等均已建立环境应急响应机构和系统，为突发环境事件提供丰富的技术和后勤援助[6-7]。美国国家环境保护局将水体特定污染物和一些不受监管污染物对人体健康潜在的影响、对水处理设施的影响及其潜在的去除方法收录在“水污染物信息工具”数据库，饮用水中污染物控制相关信息收录在“饮用水可处理性数据库”，在突发环境事件时可从数据库中查询检索目标污染物的特性并筛选相应的应急处置技术。自1988 年以来，联合国环境规划署一直在推进地方级应急意识与准备(APELL)计划，我国是积极响应APELL 计划的国家之一。该计划改善了社区层面的应急准备工作，并支持政府和社区（特别是发展中国家）的相关举措，以尽量减少突发环境事件的发生和可能带来的有害影响[5]。

近年来，党和国家统筹发展与安全两件大事，把安全摆到了前所未有的高度。中共中央、国务院《关于深入打好污染防治攻坚战的意见》提出，要严密防控环境风险，完成重点河流突发水污染事件“一河一策一图”全覆盖，完善环境应急管理体系。“切实维护生态环境安全”也是深入打好污染防治攻坚战的重要目标之一。应急处置技术作为应对突发水污染事件的“硬核心”，其研发和应用对于提高事件的应急处置效率与效果具有决定性作用[8]。笔者结合参与2018 年张家口“11.28”盛华化工事故、2019 年江苏响水“3.21”特别重大爆炸事故、2020 年黑龙江伊春“3.28”鹿鸣矿业尾矿库泄漏事故、2021 年嘉陵江甘陕川交界断面铊污染事件、2021 年辽宁省铁岭市铁岭县华电铁岭发电有限公司灰场溢流事故等现场应急与事故调查经历，就应急处置技术在突发水污染事件中的支撑作用及未来的研究方向，提出一些观点和想法。

1 国家环境应急管理体系和能力现代化建设当前存在的不足

《“十四五”国家应急体系规划》指出，到2035年，建立与基本实现现代化相适应的中国特色大国应急体系，全面实现依法应急、科学应急、智慧应急，形成共建共治共享的应急管理新格局[9]。这对应急管理法治水平，技术水平，信息化、现代化、智能化水平等提出了更高的要求，也为突发环境事件应急处置提供了发展方向。近年来，我国在突发环境事件的应急预案编制、应急监测、生态环境损害鉴定评估等方面发布了一系列标准，但是在应急处置方面相关依据与标准还比较欠缺。2018 年以来，我国环境应急专家库、环境应急技术库、环境应急物资信息库建设逐步加强，应急物资储备与在线监测设备逐步完善，但用于事件应急现场的处置与试验设施、装备等的研发与配备相对滞后。随着质谱走航车、红外无人机、多指标实时监测无人船、便携式X 射线荧光光谱仪、水质自动检测站等仪器的配备和使用，环境应急监测正在向信息化与现代化发展，但对风险隐患的早期感知、早期识别、早期预警、早期发布能力仍有欠缺，充分利用大数据分析和人工智能算法等，提高风险溯源、预警预报和决策支撑能力，是提高应急管理智能化水平的具体方式之一。综上，加强应急处置过程中应急标准的研究制定、加快应急处置技术研发验证平台的建设和推广、提高环境风险智能溯源、预警预报及辅助决策能力，是提高我国突发环境事件应急处置能力建设，逐步实现国家环境应急管理体系和能力现代化建设的重要途径。

2 我国突发水污染事件应急处置技术的发展方向

2.1 加强应急控制相关标准研究，提升应急目标的科学性

部分突发水污染事件容易被直接观察检测到，例如安全生产事故、交通运输事故等人为因素引发的污染事件，以及与石油类、藻类及有色有味污染物等相关的污染事件。但更多的突发水污染事件，往往很难通过直接观测发现，例如由洪涝、地震等自然灾害引发的污染事件，尾矿库累积型污染事件，以及违法偷排等人为型污染引起的重金属、无机物及一些其他无色无味物质的水污染事件。这类污染事件通常是通过自动监测数据异常而被发现的，例如国控、省控等监测断面的监测数据异常，或饮用水源地取水口上游的自动监测站数据异常。在这类水污染事件中，一般是以检测指标的数据结果超过GB 3838—2002《地表水环境质量标准》和/或GB 5749—2006《生活饮用水卫生标准》中对应的限值来定义超标倍数[10]。由于缺乏应急状态下的控制标准[10-12]，在选择应急处置技术、确定药剂投量及应急目标时，会优先参考GB 3838—2002 的限值要求；而对其中未涵盖的异常项目，多会参考GB 5749—2006。由此带来的问题是，忽略了目标水体的背景值和汇入支流的稀释能力，导致应急目标设定过高、后期投入过大等“过度”应急现象发生。

2021 年河南省三门峡市五里川河锑污染事件处置过程中，由于缺少主要污染物锑的应急控制标准，只能采取GB 3838—2002 作为应急处置目标，导致应急处置要求偏高，应急处置难度增加。2021 年嘉陵江甘陕川交界断面铊污染事件处置过程中，甘肃、陕西境内的涉铊污染河流（青泥河、东渡河）仅为嘉陵江支流，流量远小于嘉陵江主流量，并且也并非饮用水水源；但由于缺乏主要污染物铊的应急控制标准，为实现出省控断面达标，同样选取了GB 3838—2002 作为应急处置目标，加大了青泥河、东渡河的应急处置投入。此外，2021 年资江湖南娄底段锑污染事件、2021 年内蒙古乌拉特前旗西沙德盖钼业有限责任公司尾矿库泄漏事故次生突发环境事件等在处置过程中同样面临类似困境。

针对突发水污染事件应急状态下控制标准缺失的现状，综合考虑地域背景值、河流水文特征、水域环境功能划分、物种敏感度分布以及现行标准限值等，开展污染物应急控制标准建立路径及方法研究，制定污染物应急控制、应急响应终止等有关标准，提升应急目标的科学性与合法性，是我国环境应急工作亟待研究的方向。

2.2 加强技术验证平台研发，为应急处置决策提供支撑

在突发水污染事件应急处置过程中，快速试验并优选出效果好、针对性强、操作性高的应急处置工艺，是精准快速去除受污染水体中污染物的关键，也是应急处置决策可靠性和科学性的保障。应急处置工艺的选择以及投药方式、投药量等受被污染水体的水质、水量和流速，以及现场的气候条件、物资储备、试验条件和仪器设施等影响较大，往往需要多次试验和参数优化后才能筛选出合适的去除工艺。然而，突发水污染事件多发生在偏远地区，交通不畅、试验条件简陋、研发设施差、缺乏检测仪器设备和专业人员等是现场应急处置工艺研发过程中经常遇到困难[13]。

在历年突发水污染事件的应急处置过程中，由于针对镉、锑、钼、铊等典型重金属污染物及一些消毒副产物、人工合成有机物的降污工艺研究不足，且现场试验条件差，导致事件发生后，只能在处置现场用简易装置进行多次试验探索来确定降污工艺和药剂投量，用时长、效率低。2015 年天津港瑞海公司危险品仓库“8.12”特别重大火灾爆炸事故次生突发环境事件中，由于多种化学品泄漏导致废水水质情况变化复杂，现场难以提供应急处置工艺研发所必需的理化试验、分析测试与工艺测试条件，因此无法快速地为当地污水厂提供切实可行的应急改造方案。2020 年黑龙江伊春“3.28”鹿鸣矿业尾矿库泄漏事故次生突发环境事件中，主要通过投加絮凝剂对污染物进行絮凝沉淀处置，通过多级削峰的方式逐级降低污水团钼浓度，但由于针对寒冷天气条件下絮凝剂降污工艺的研究不充足，现场只能通过反复试验验证来确定工艺参数，不利于及时有效地降低污染物浓度。2021 年资江湖南娄底段锑污染事件中，因当地针对锑污染的降污工艺研究不充分，事件处置初期采取的措施对锑的去除效果不明显，直到生态环境部工作组到达现场后，通过现场反复试验，调整优化工艺参数，才最终实现锑浓度大幅降低。

因此，有必要研发易于组装的移动式应急装备，将应急处理常用的化学沉淀法、吸附法、微生物法、芬顿氧化法、臭氧氧化法、高锰酸钾氧化法、氯氧化法和中和法等作为移动式应急装备的模块单元，同时配备必要的便携式检测仪器，在发生突发环境事件时，可将移动式应急装备直接运到现场，克服应急现场位置偏僻、交通不畅、试验条件差、检测能力不够等不利条件，缩短现场探索有效处置方法所需的时间，提高效率，打赢与污染团的时间争夺战，减小突发环境事件的影响范围。目前，国外的应急设备研发多侧重于应急情况下的饮水保障，如苏伊士公司开发了包含移动去离子系统、移动脱氧系统、移动碳过滤器等的应急服务水处理移动车队，可以满足应急条件下饮用水和废水处理需求；美国开发了一种可在紧急情况下提供安全用水的模块化水处理系统，可在应急事件发生后为社区提供清洁水。我国在移动应急供水车等方面专利也较多侧重供水保障功能，但实际应用于突发环境污染事件的案例较少，清华大学研发的移动式药剂投加系统以及中国环境科学研究院研发的移动式水污染应急处置工艺集成平台有望在突发环境事件的应急处置和技术验证中发挥重要作用。

2.3 加强技术与装备的研发储备，提升应急处置能力

突发水污染事件应急处置技术主要包括截流引流技术、污染物应急削减技术和水厂应急处理技术。

2.3.1 截流引流技术

截流引流技术要求能充分、正确利用“南阳实践”中提到的水库、湿地、坑塘、闸坝、引水式电站、坝式水电站、干枯河道、江心洲型河道、桥梁、临时筑坝点及其他设施共计11 种类型的环境应急空间与设施，对污水进行拦截降污、引流分离降污，以空间换时间，有效管控环境风险，并对清水进行拦截引流，减少受污染水体总量。突发水污染事件发生时，若能在第一时间精准溯源并及时封堵切断污染源，可以最大限度减少污染物进入外环境，防止污染态势进一步扩大。这就要求政府相关部门按照《中华人民共和国突发事件应对法》对本行政区域内的危险源和危险区域进行调查、登记与风险评估，定期进行检查、监控，并责令有关单位采取安全防范措施；切实落实好“南阳实践”经验，对重点河流流域内“一废一库一品”等重点环境风险企业、危险化学品运输路线（道路、管道、航线）等重点环境风险源资料做好收集整理。这样在涉事企事业单位或其他生产经营者不明时，可根据污染类型、事件发生地点等情况，结合重点环境风险源清单，缩小调查范围，更快地锁定污染源。2021 年底，全国所有省份均编制完成“十四五”时期“南阳实践”实施方案，明确了“十四五”编制“一河一策一图”环境应急响应方案的河流清单及时间安排，这将对突发水污染事件截流引流技术的高效实施起到指导性作用。

由工业企业生产排放引起的突发环境事件，可按《国家突发环境事件应急预案》规定，要求涉事企事业单位或其他生产经营者立即采取关闭、停产、封堵、围挡、喷淋、转移等措施，切断和控制污染源，防止污染蔓延扩散，同时根据污染发生事件及现场条件，对受污染水进行截流削污，对清水进行引流。由交通事故、危险物质泄漏或者化工园区爆炸等引发的突发环境事件，在采取筑坝等防止污染扩散措施的同时，还应做好有毒有害物质和消防废水、废液等的收集、清理和安全处置工作。

尾矿库引发的水污染事件往往影响范围广、处置难度大、危害程度高[14]，近年发生较为频繁[15]。生态环境部近2 年先后发布了《尾矿库环境监管分类分级技术规程（试行）》《尾矿库污染隐患排查治理工作指南（试行）》和《尾矿污染环境防治管理办法》，加强对尾矿库的监管、隐患排查和污染防治能力。然而，在实际尾矿库引发的突发环境事件处置过程中，针对泄漏点和涌水点封堵截断技术的研究目前还比较少。2021 年辽宁省铁岭市铁岭县华电铁岭发电有限公司灰场溢流事故次生环境事件应急处置过程中，由于泄漏排水井直径大且整体坍塌，尾砂量大，现场多次调整封堵方案后才最终通过“填塘铺路、围堰截流”方案完成封堵。矿井涌水与尾矿库泄漏一般都具有泄漏面积大、泄漏点多、泄漏位置偏僻，交通不畅，易受降水、地震影响等特点[14,16]，故引发突发环境事件时，源头封堵截断技术实施难度较大。因此进一步总结国内外尾矿库泄漏、矿井涌水等事件的封堵经验，研发基于遥感识别、流态模拟、结构力学、水利工程、土木工程等技术学科的封堵截断技术，是有效应对由尾矿库泄漏和矿井涌水引发的突发水污染事件的重要措施。

2.3.2 污染物应急削减技术与装备

污染物削减技术是在应急过程中将污染物从水体分离去除的关键。目前我国水处理技术研发基础较好，常规水处理技术储备较多，在水厂应急处置中由于空间流向、水力条件等可控，可以发挥较好的作用。但在河流、湖泊、海洋等自然水体的应急处置中，常规水处理技术的适用性较差，受限于事件处置的紧迫性、复杂性等特点，往往存在“水土不服”的情况[8,17]。2021 年辽宁省铁岭市铁岭县华电铁岭发电有限公司灰场溢流事故次生环境事件中，主要污染物氨氮泄漏量大，若采用传统的氯氧化法，通过投加大量次氯酸钠削污，则反应产生的氯氨和剩余的次氯酸盐相比于氨氮毒性更高，对水生态环境影响更大，因此最终只能通过调水稀释的方法降低污染物浓度。2018 年2 月河南省义马市发现南涧河倾倒煤焦油问题后，由于未及时找到科学的应急处置方法，前期采用了在涧河下游修筑拦截坝，直接投放次氯酸钠的方案，导致过程中生成毒性更大的氯代烃和氯代芳烃，增大了环境风险。因此对突发环境事件特征污染物应急处置技术，尤其是适用于自然水体污染物的应急处置技术的研究有待加强。

突发水污染事件应急过程中，有机污染物一般通过吸附、吹脱等方法从水体中分离，而重金属等则是通过化学沉淀等方式将溶解在水中的污染物通过沉淀固定在底泥中。为了达到应急效果，氢氧化钠、硫化钠、液氯等药剂往往投加过量，这样不可避免地会对河流中的动植物和底栖动物等产生影响，危害生态安全[18]。沉降在河道底泥中的污染物，通常会因为清淤困难，或者受河流地形条件限制而不予处置，对河流生态的长期安全是潜在的威胁[19]。如果结合截流引流技术，将受污染水体引入到反应条件好且配备精准加药系统、沉淀收集处理、尾气收集处理等设施的现场移动装备中异位处理，达标后再排入水体或者做其他用途，可以避免直接在河道大量投加药剂等粗放式应急手段对受污染河流、湖泊生态的二次破坏。因此开发水处理模块齐全的移动式应急处置装备也是今后应急技术发展的方向之一。

此外，在应急处置过程中，尤其是跨界突发环境事件上下游的联动应急处置过程中，对目标污染物削减方法的适配性或一致性同样需要引起重视。以跨省铊污染事件为例，目前已成功应用的铊污染应急削减工艺有硫化物沉淀法和预氧化铁盐混凝沉淀法[20-21]，若上游省份选用高锰酸钾预氧化铁盐混凝法，将被氧化后的三价铊通过铁盐沉降到底泥中实现降污，受水体流速和絮体沉降性能影响，会有部分三价铊絮体随水流迁移到下游省份；而下游省份若选用硫化物沉淀法削污，则会导致三价铊絮体被还原[22]，铊重新释放到水体，同时三价铊还会被还原为一价铊而消耗部分负二价硫[23]，造成药剂浪费。

2.3.3 水厂应急处理技术与装备

供水是城市生命线工程之一，饮用水水质直接影响城镇居民的身体健康，保障饮用水安全是关系民生和社会稳定的大事[24]。《国家突发环境事件应急预案》中因环境污染造成乡镇集中式饮用水水源地取水中断的突发环境事件直接被划分为较大突出环境事件及以上。在突发水污染事件，尤其是威胁集中式饮用水水源地事件频发的背景下，水厂应急处理技术与装备的研发显得更加重要。2005 年松花江水污染事件发生后，国家提高了对突发性污染事故和城市安全供水工作的重视程度，推动了应急供水等一系列相关研究工作的开展。根据污染物性质和浓度，综合考虑突发环境事件的特点及水厂处理工艺，国内学者已开展了包括粉末活性炭吸附、化学沉淀、氧化/还原、强化消毒、曝气吹脱和综合处理等6 类水厂关键应急净水技术的研究，可基本实现各种类型污染物的应急去除[25]。但是在水源水水质受到突发环境事件威胁时，针对不同类型污染物，确定在无需停止取水供水的情况下，可在水厂开展应急处置的污染物浓度范围和污染持续时间界限，开展应急处置成本、应急处理工程建设成本、应急物资的储备管理成本、供水安全风险与经济效益、环境效益、社会效益等成本效益分析，研发涵盖水厂处理工艺与常见污染物去除工艺的移动、可组合式的应急净水设备等，应是水厂应急处理下一步重点研究方向。

2.4 加强智能化风险溯源、预警及指挥决策系统研究

突发环境事件应急处置是一场与时间的“赛跑”，发现越早，处置越及时，产生的风险就越小。要坚持从源头上防范化解重大风险，真正把问题解决在萌芽之时、成灾之前，就需要健全风险防范化解机制，做好应对任何形式生态环境风险的准备，实施精准治理。《国家突发环境事件应急预案》规定，各级生态环境主管部门及其他有关部门要加强日常环境监测，并加强对可能导致突发环境事件的风险信息的收集、分析和研判，强调了监测数据和人为分析研判的重要性。目前我国水环境应急监测预警网络建设工作已在重点省份和区域陆续开展，选择跨省界河流、尾矿库下游、重点工业园区下游及其他关键断面建设水环境应急预警自动监测站，提升对重金属、有机物等污染物的实时监控能力。但是目前的应急预警监测站（网）大多围绕单起事件或者已发环境事件建设，未充分评估区域整体风险特征，且尚未覆盖石油类、有毒有害有机物等指标，应急预警主要仍依靠数据异常报警和人工分析研判。

综上，水环境风险预警应该更向前走一步，推进“智慧应急”建设，加强基于大数据和人工智能的水环境风险溯源、预警及指挥决策系统研究。构建基于污染源、风险源、水文气象、地质地形、交通物流、环境应急空间与设施等大数据的水环境风险预警体系，结合人工智能算法，实现“精准溯源”“提前预警”“优化决策”。在污染事件尚未发生前，通过对气候条件、污染源排放情况、水文水质监测数据的变化趋势、历史变化规律等进行综合性深度分析，提前进行潜在突发环境事件预警和污染态势变化趋势预测，提前预警预报。当突发环境事件发生后，可以通过“智慧应急”系统预演污染团迁移变化规律，并结合地形地质条件给出截流引流的实施方案；结合水文气象条件、物资储备情况、交通运输情况、风险受体类别等，从技术储备库快速筛选匹配应急处置技术，指导精准投药降污。同时结合行业和领域应急处置专业人员的判断与反馈，构建智能决策技术与专家现场支持相辅相成的水环境风险预警及指挥决策系统，大幅提升我国突发水污染事件的预警和应急处置能力。

3 结语

突发水污染事件应急处置技术的研究和完善仍然是我国下一步环境应急工作的重点。应急状态下相关标准的制定可以填补我国应急处置无标准可依的空白，提升应急目标的科学性与合法性；应急处置技术研发验证平台的研发可大幅提高应急决策的科学性和实效性；应急技术与装备的研究可以为复杂条件下截流引流、污染物削减、水厂应急供水等应急处置提供更精准、科学、高效的技术储备；“智慧应急”可以为提前预警、优化决策提供科技支持。因此，建议着重从上述4 个方面加强我国突发水污染事件应急处置技术研发，加快环境应急处置能力现代化建设，完善国家环境应急管理体系，保障我国生态环境安全。