活性氧化鋁吸附法在河道砷污染應(yīng)急處置中的應(yīng)用

劉傳松

(邳州市環(huán)境保護(hù)局,江蘇 邳州 221300)

·環(huán)境預(yù)警·

活性氧化鋁吸附法在河道砷污染應(yīng)急處置中的應(yīng)用

劉傳松

(邳州市環(huán)境保護(hù)局,江蘇 邳州 221300)

以江蘇省邳蒼分洪道砷污染事件為例,介紹了活性氧化鋁吸附法在大型砷污染河流中的應(yīng)急處置,對(duì)污染的背景、治污處理工藝水平、處理方案和過(guò)程進(jìn)行探討。結(jié)果表明,該方法對(duì)大水量、中低濃度的水體砷污染治理有一定的效果,為今后此類(lèi)事件的應(yīng)急處置提供了借鑒。

活性氧化鋁;河流;砷污染;應(yīng)急處置

砷是一種類(lèi)金屬非金屬元素,單質(zhì)砷無(wú)毒,但每一種砷化合物均有毒,特別是三價(jià)砷有劇毒,其對(duì)環(huán)境的污染,特別是對(duì)水質(zhì)的污染越來(lái)越被人們所關(guān)注。自2008年到2009年初,中國(guó)先后發(fā)生了貴州獨(dú)山縣、湖南辰溪縣、廣西河池、云南陽(yáng)宗海、河南大沙河和江蘇邳蒼分洪道等6起砷污染事件,砷污染呈集中爆發(fā)態(tài)勢(shì),為人們敲響了警鐘。筆者對(duì)2009年初江蘇邳蒼分洪道砷污染事件中受污染水體的處理情況進(jìn)行了總結(jié),為砷污染應(yīng)急處置提供了一定的借鑒。

1 事件背景

邳蒼分洪道是一條跨蘇魯交界的流域性河流,素有“洪水走廊”之稱,于1958年為分泄沂河洪水而開(kāi)辟,上起山東省郯城縣江風(fēng)口分洪閘,西南流經(jīng)臨沂、郯城、蒼山等縣(市)境,于江蘇省邳州市注入中運(yùn)河,全長(zhǎng)74 km。邳蒼分洪道兩岸支流眾多,除分泄沂河洪水外,還承泄魯南山區(qū)諸河來(lái)水,區(qū)間流域面積2 450 km2,多年汛期平均徑流量5.47億m3。

2009年1月,魯南地區(qū)一家化工企業(yè)排放超標(biāo)污水,使大量高濃度含砷污水隨支流進(jìn)入邳蒼分洪道,導(dǎo)致東偏泓、城河、武河、沙溝河、黃泥溝和綱河等多條河流砷超標(biāo),邳蒼分洪道河水砷質(zhì)量濃度分別為1.978 mg/L和0.512 mg/L,超出地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L)38.6倍和9.24倍,嚴(yán)重威脅流域50萬(wàn)群眾生命安全和下游京杭大運(yùn)河與駱馬湖飲用水源地的安全。環(huán)保部接到淮河水利委員會(huì)的通報(bào)后,立即通知山東、江蘇兩省,啟動(dòng)應(yīng)急預(yù)案,攔截超標(biāo)污水。2009年1月14日,江蘇省邳州市迅速啟動(dòng)應(yīng)急處置方案,在邳蒼分洪道、城河等河道建設(shè)6處截流水壩,將450萬(wàn)m3含砷污水團(tuán)截留在邳州境內(nèi),有效阻止了事態(tài)的擴(kuò)大。

事件發(fā)生后,在環(huán)保部組織下,江蘇和山東兩省多次協(xié)商,確立了上游污染地區(qū)為治污主體、下游全面配合的跨流域污染治理方案。提出了“兩個(gè)確?！?一是確保砷超標(biāo)污水達(dá)標(biāo)下排,二是根據(jù)魯南和蘇北氣象規(guī)律,確保汛期來(lái)臨前全部完成污水處理。在兩地政府的密切配合下,450萬(wàn)m3含砷超標(biāo)污水全部通過(guò)工程措施進(jìn)行了處置,確保了沿線群眾的生產(chǎn)、生活安全。該事件的處置也成為團(tuán)結(jié)治污、科學(xué)治污、開(kāi)拓創(chuàng)新治污的典范。

2 應(yīng)急處置方案的設(shè)計(jì)與實(shí)施

目前,國(guó)內(nèi)處置砷污染的主要方法為吸附法和絮凝法兩種。絮凝法在點(diǎn)源污染治理中是比較成熟的技術(shù),但是在河道水體處理中,存在后期河道底泥需要處置和受施工條件限制等問(wèn)題,特別是處置后期沉淀區(qū)的河道含砷底泥有較大困難,極易造成二次污染。而吸附法能很好地解決這些問(wèn)題,污染治理專家組經(jīng)多次分析試驗(yàn),最終確定采用吸附過(guò)濾法作為處理工藝。這一方案也通過(guò)了環(huán)保部組織的專家論證。

2.1 活性氧化鋁吸附法簡(jiǎn)介

活性氧化鋁是一種多孔性、高分散度的固體物料,呈白色或微紅色球狀,不溶于水及有機(jī)溶劑,但能溶于強(qiáng)酸、強(qiáng)堿,無(wú)臭,無(wú)味,無(wú)毒。在空氣中有吸濕現(xiàn)象,吸水后不脹、不裂、保持原狀,是一種多孔性高分散度的固體物料,有很大的比表面積,其微孔表面具有吸附功能?；钚匝趸X是用氧化鋁的水化物經(jīng)400～600℃灼燒而成,或用一般的氧化鋁投加堿性金屬離子在400～500℃下灼燒成白色顆粒狀多孔吸附劑。

活性氧化鋁吸附法采用的是一種定形的、晶體狀的氧化鋁,零點(diǎn)電位電荷值為8.2,在近中性溶液中對(duì)許多陰離子有親和力,吸附過(guò)程包括表面絡(luò)合和離子交換。為提高活性氧化鋁的除砷效率及容量,宜先加入酸把p H值調(diào)節(jié)成微酸性,p H值為5時(shí)砷的吸附性最好,若考慮到絮凝物,p H值調(diào)節(jié)至6～6.5之間,再進(jìn)行過(guò)濾最為合適。在中國(guó)大多數(shù)高砷地區(qū)的水質(zhì)條件下,采用此種方法進(jìn)行處理可以保證水中的砷質(zhì)量濃度完全符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(0.05 mg/L以下)。并且每立方米(約830 kg)粒徑為0.4～1.2 mm的活性氧化鋁在處理4 000多m3的水之后,可以進(jìn)行再生,再生液可選用1%的氫氧化鈉溶液,用量為濾料體積的4倍左右,再生后的活性氧化鋁可以重復(fù)使用[1]。

2.2 處理工藝

根據(jù)區(qū)域的條件優(yōu)勢(shì)等因素,吸附劑采用活性氧化鋁。其具體工藝路線為:在河流截污壩下游段筑活性氧化鋁高性能吸附壩,通過(guò)控制砷超標(biāo)水體下泄流量,利用活性氧化鋁高吸附性能將水中的砷污染物去除,從而達(dá)到去除污染水體中砷的目的。處理后含砷氧化鋁再通過(guò)解吸洗砷,然后將砷進(jìn)行濃縮沉淀與固化,進(jìn)行無(wú)害化處置,氧化鋁可回收利用。該方案處理效率高、成本低、無(wú)底泥污染、操作簡(jiǎn)單且不會(huì)對(duì)河流生態(tài)環(huán)境造成二次污染與破壞。

實(shí)驗(yàn)室小試實(shí)驗(yàn)成果:專家組采集城河邳城閘前砷質(zhì)量濃度為0.4 mg/L的水體,用活性氧化鋁吸附柱對(duì)其進(jìn)行處理,處理后出水砷質(zhì)量濃度達(dá)到0.006～0.010 mg/L,完全可以滿足砷質(zhì)量濃度<0.05 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)。

在工程設(shè)計(jì)中,按照砷質(zhì)量濃度<0.05 mg/L進(jìn)行設(shè)計(jì),以滿足排放要求。吸附壩主要采用直接人工堆砌的方法進(jìn)行建設(shè),將符合粒徑要求的吸附劑裝入一定孔徑的紗網(wǎng)袋中,堆砌筑壩。為減少吸附壩中出現(xiàn)的溝流和短流現(xiàn)象,將紗網(wǎng)袋設(shè)計(jì)容量按比例放大,在堆砌過(guò)程中保證吸附劑能夠在紗網(wǎng)袋中平鋪和流動(dòng),從而減少紗網(wǎng)袋之間的空隙,確保吸附壩的效果。此實(shí)施方案建設(shè)快,對(duì)施工條件要求不高,便于臨時(shí)增加吸附壩的高度和厚度,同時(shí)便于處理后吸附壩的拆卸。

2.3 處置方案

由于多條河流受到砷污染,在接環(huán)保部通知后,邳州市迅速關(guān)閉境內(nèi)各條受污染河流的節(jié)制閘,通過(guò)截流控水,使受污染水體全部滯留于節(jié)制閘上。治污專家組針對(duì)多條河流分別設(shè)計(jì)了河流截污區(qū)處置方案。截污區(qū)處置總體方案是以各條河的節(jié)制閘為樞紐,在節(jié)制閘下游建3座壩,分別為一級(jí)吸附壩、二級(jí)吸附壩和控制壩。

一級(jí)吸附壩位于節(jié)制閘下游海漫段,沿河道走向建設(shè)成梯形,壩前設(shè)置土工布截留懸浮物。運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)提閘放水控制水流速度,將吸附壩前后水位控制在一定高度,確保過(guò)水停留的足夠時(shí)間,以保證吸附劑完成對(duì)砷的吸附。

當(dāng)閘上高濃度砷超標(biāo)區(qū)河水處理完畢后,逐步放開(kāi)上游截污壩,并開(kāi)啟上游節(jié)制閘小流量放水,將殘存含砷污水團(tuán)推動(dòng)下泄,最終將含砷污水全部推到治污節(jié)制閘下經(jīng)吸附壩處理。

為防止吸附劑失活、吸附效果變差的可能性,在一級(jí)吸附壩下游700 m處建二級(jí)吸附壩,壩體邊側(cè)開(kāi)導(dǎo)流明渠。當(dāng)一級(jí)吸附壩出水水質(zhì)砷質(zhì)量濃度<0.05 mg/L時(shí),直接由導(dǎo)流明渠排入二級(jí)吸附壩下游。當(dāng)一級(jí)吸附壩出水砷質(zhì)量濃度≥0.05 mg/L時(shí),立即封閉導(dǎo)流明渠,啟用二級(jí)吸附壩。

當(dāng)二級(jí)吸附壩出水水質(zhì)不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí),立即啟動(dòng)升流式吸附反應(yīng)器,來(lái)最終保障控制壩出水水質(zhì)的達(dá)標(biāo)。

在固定吸附壩穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí),采用移動(dòng)式吸附處理方式,在污染河段內(nèi)實(shí)施立體拉網(wǎng)式移動(dòng)吸附,有效降低了污水含砷濃度,最大限度地加快了處置進(jìn)度。

處置完成后,所有吸附料連同紗袋全部清理運(yùn)出,進(jìn)行后續(xù)處置。

2.4 處置過(guò)程

由于受污染水體涉及多條河流,以城河截污區(qū)治理為例(圖1)。城河邳城閘截污區(qū)總水量200萬(wàn)m3,其中高濃度區(qū)120萬(wàn) m3,上游砷低濃度超標(biāo)區(qū)80萬(wàn) m3。2009年 2—3月初,完成現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)、實(shí)驗(yàn)室小試。3月15日吸附壩體建成、閘壩調(diào)控方案確定,開(kāi)啟邳城閘,開(kāi)始實(shí)施吸附壩吸附治污。初始河水流速約2 m/s,吸附壩體上下河水控制落差約60 cm,以后以約6萬(wàn)m3/d的流量放水,經(jīng)1個(gè)多月的連續(xù)治理,到4月18日,城河受污染水體全部治理完畢,并經(jīng)連續(xù)4 d跟蹤監(jiān)測(cè),邳城閘上河水砷質(zhì)量濃度穩(wěn)定小于0.05 mg/L。4月25日吸附壩拆除,運(yùn)出進(jìn)行后續(xù)處理。

圖1 城河截污區(qū)污染治理示意

在污染治理的后期,由于一級(jí)吸附壩連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),吸附效果下降,治污專家組啟動(dòng)了二級(jí)吸附壩同時(shí)工作,保證了控制壩上的水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果

3.1 污染前河道例行監(jiān)測(cè)水質(zhì)狀況

邳蒼分洪道國(guó)控艾山西大橋斷面2008年例行監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示,斷面水體總砷質(zhì)量濃度全部低于檢測(cè)限。

3.2 砷污染時(shí)河道水質(zhì)情況

以城河邳城閘上水質(zhì)變化情況為例(圖2)。由于邳城閘落閘較早,砷超標(biāo)水體的峰頭被有效控制在邳城閘以上2 km河段區(qū)域,砷的平均質(zhì)量濃度在0.2 mg/L左右。

圖2 城河截污區(qū)治理前(邳城閘上)砷質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

3.3 應(yīng)急處置跟蹤監(jiān)測(cè)水質(zhì)狀況

自3月15日吸附壩開(kāi)始運(yùn)行以來(lái),經(jīng)跟蹤監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示,城河下游控制壩水質(zhì)砷質(zhì)量濃度均低于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(限值0.05 mg/L)。治理期間一級(jí)吸附壩出水水質(zhì)曾出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象,專家組迅速啟用二級(jí)吸附壩,確保了控制壩上水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。在整個(gè)治理期間,邳城閘上單樣砷質(zhì)量濃度范圍在0.097～0.216 mg/L之間,均值為0.159 mg/L;一級(jí)吸附壩下單樣砷質(zhì)量濃度范圍在0.010～0.096 mg/L之間,均值為0.051 mg/L;控制壩單樣砷質(zhì)量濃度范圍在0.010～0.046 mg/L之間,均值為0.032 mg/L(圖 3)。

圖3 城河截污區(qū)治理期間砷質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)

4 結(jié)語(yǔ)

砷是劇毒和致癌物質(zhì),水體砷污染的治理已成為長(zhǎng)期以來(lái)困擾環(huán)境領(lǐng)域的難題,尤其對(duì)于龐大的河流、湖泊水體砷污染治理,國(guó)內(nèi)外并沒(méi)有可以借鑒的成功案例。目前,水中砷污染的去除,主要有物理法、化學(xué)法和生化法[2]。以2008年10月河南大沙河砷污染治理為例,該河流的治理方法主要是通過(guò)在河水中投加藥劑,使砷氧化、吸附后集中沉入河底,上部清水達(dá)標(biāo)下排,此法對(duì)大沙河高濃度砷污染水體(單樣砷質(zhì)量濃度最高值達(dá)8.585 mg/L,超出地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值0.05 mg/L的170.6倍)處理效果較好[3],但存在著底泥污染和二次處置問(wèn)題。與大沙河治污相比,邳蒼分洪道砷濃度最高峰值為1.978 mg/L,超出地表水Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)38.6倍,截污區(qū)整體砷質(zhì)量濃度均值在0.2 mg/L以下,屬中低濃度污染,適宜用吸附劑吸附過(guò)濾進(jìn)行處理。該法在邳蒼分洪道砷污染水體處理應(yīng)用過(guò)程中,表現(xiàn)出了較高的處理效率,而且處理成本低,操作方法簡(jiǎn)便,處理過(guò)程中也沒(méi)有對(duì)底泥產(chǎn)生二次污染,對(duì)于今后大水量、中低濃度的河流砷污染處理有較好的借鑒意義。

[1]苑寶玲,李坤林,邢核,等.飲用水砷污染治理研究進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué),2006(1):17-19.

[2]江世強(qiáng).砷及其化合物的水污染治理研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)文選,2004,23(3):364-367.

[3]王玲玲,多克辛,徐廣華,等.一起河流砷污染事故的處置與監(jiān)測(cè)分析[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè),2010,26(1):34-37.

Activated Alumina Adsorption Law in River Course Arsenic Pollution Government Application

LIU Chuan-song
(Pizhou Environmental Protection Agency,Pizhou,Jiangsu 221300,China)

Taking the management of arsenic pollution in Picang flood diversion channel in Jiangsu Province as an example,introduces the application of the activated alumina absorbent to the arsenic polluted rivers,and makes a discussion about the pollution background,the technological level of pollution management,the processing plan and the procedure.Consequently,this method is proofed to has effects to the management of arsenic pollution with a large quantity and a low or moderate concentration.It can be adopted under similar circumstances in the future.

activated alumina;rivers;arsenic pollution;emergency response

X832

A

1674-6732(2011)-02-0013-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.02.004

2010-12-16;

2010-12-28

劉傳松(1972—),男,工程師,本科,從事生態(tài)保護(hù)工作。

(本欄目編輯 周立平)