黃石城市飲用水應(yīng)急處理技術(shù)研究*——以花馬湖水源為例

肖文勝 郭建林 羅 欣

(黃石理工學院環(huán)境科學與工程學院，湖北黃石435003)

黃石處于長江中游南岸的丘陵地區(qū)，主要飲水來源就是長江水和富水水系。由長江上游沿線及水源地周圍企業(yè)和長江航運產(chǎn)生的水污染使得黃石市的供水安全面臨嚴峻挑戰(zhàn)。而隨著《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)的出臺，對水質(zhì)要求大幅度提高，給供水企業(yè)帶來了新的挑戰(zhàn)。發(fā)生突發(fā)性水污染時如何保障城市飲用水水質(zhì)安全，成為供水行業(yè)所面臨的新課題。加強黃石市供水備用水源建設(shè)已刻不容緩。研究并構(gòu)建突發(fā)性水污染時水處理應(yīng)急技術(shù)及方案，對保障黃石城市供水水質(zhì)安全具有重要意義。

花馬湖緊鄰黃石市花湖水廠，與黃石市花湖水廠的距離約為3 km，該湖水質(zhì)各項指標都達到國家地表水Ⅲ類標準，大部分區(qū)域的水質(zhì)達到國家地表水Ⅱ類標準。為確保市民基本生活用水需求和城市供水安全，從2009年開始黃石市就積極組織調(diào)查評估，為黃石市應(yīng)急水源工程的展開作鋪墊，2010年4月初步確定花馬湖為黃石市應(yīng)急水源。

通過對花馬湖水部分水質(zhì)指標 pH、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、重金屬元素(銅、鉛、鋅)、總磷、總氮、總大腸菌群等進行測定，并通過室內(nèi)模擬的方法，研究當緊急情況發(fā)生時，將花馬湖水應(yīng)急處理為飲用水的技術(shù)，處理方案為混凝-沉淀-過濾-消毒。研究結(jié)果可為《黃石市應(yīng)急水源工程的可行性研究》提供基礎(chǔ)理論研究依據(jù)，為花馬湖水應(yīng)急處理為飲用水的工程提供參考。

1 花馬湖流域現(xiàn)狀

花馬湖位于湖北省鄂州市東部，北緯30°15＇～ 30°18＇、東經(jīng) 114°58＇～ 115°1＇，面積約27.5 km2，為鄂州市第2大湖。該湖地域為河積、湖積小平原地區(qū)，最低高程14.5 m，一般水深2～3 m，最大水深4.5 m，湖面現(xiàn)有面積1 599公頃，湖容0.16億立方米，淺水期湖水經(jīng)花馬港自黃石市上崗閘流入長江，豐水期自花馬湖泵站排入長江。

根據(jù)鄂州市環(huán)境保護局水環(huán)境監(jiān)測報表，2010年4月監(jiān)測各項指標均達到Ⅲ類標準，營養(yǎng)平均指數(shù) 30.9，營養(yǎng)狀態(tài)中營養(yǎng)。與2009年同期相比，氟化物、總氮濃度在升高，CODcr、高錳酸鹽指數(shù)、石油類、糞大腸菌群濃度在好轉(zhuǎn)，其他指標變化不大，水質(zhì)營養(yǎng)指數(shù)指標上升 3.1。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集與處理

利用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)定位，分別在花馬湖布點采樣，采樣時間為2010年4月18日上午11∶00～13∶00，各采樣點經(jīng)緯度見表1。依次用簡易采水器采集采樣點的水樣(5 L左右)，將采得的水樣分裝在白色不透明塑料水壺中，為每個水壺按照取樣點的點位號作上相應(yīng)的編號后帶回實驗室，放入普通冰箱中密封、蔽光、低溫(4℃左右)保存。

表1 采樣點的經(jīng)緯度

2.2 主要儀器設(shè)備

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

2)PHS-3型實驗室pH計(上海今邁儀器儀表有限公司);

3)GDS-3A型濁度儀(產(chǎn)品標準號 Q/320206NNHD05);

4)便攜式電導率儀 DDBJ-350型(上海秦邁儀器有限公司);

5)multi N C 2100專家型總有機碳/總氮分析儀(長沙科美分析儀器有限公司);

6)SP-3803AA火焰、石墨爐自動切換型原子吸收光譜儀(杭州普惠科技有限公司);

7)SPX-250B-Z型生化培養(yǎng)箱(上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠)。

2.3 分析測試方法

將3個采樣點的水樣分別做2次平行測定，為各個水樣標號為 1a，1b，2a，2b，3a，3b，水質(zhì)參數(shù)測定按文獻[1]及國家《生活飲用水標準檢驗方法 水質(zhì)分析質(zhì)量控制》(GB/T 5750.3-2006)進行。

3 飲用水應(yīng)急處理技術(shù)工藝選擇

飲用水常規(guī)處理技術(shù)是指傳統(tǒng)的混凝-沉淀-過濾 -消毒技術(shù)[2]?；炷?、沉淀、過濾、消毒等常規(guī)飲用水處理工藝對未受污染水源水中的膠體、懸浮物、微生物等污染物具有良好的去除控制效果，但對污染較為嚴重的水源及要求較為嚴格的出水水質(zhì)，常規(guī)飲用水處理技術(shù)存在一定的局限性。作為應(yīng)急水源飲用水處理，當緊急情況發(fā)生時，水的應(yīng)急處理，必須做到處理及時、耗時最短、水質(zhì)達標和經(jīng)濟安全[3]。根據(jù)鄂州市環(huán)保局提供的水質(zhì)動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)及對3個監(jiān)測點主要水質(zhì)指標的監(jiān)測結(jié)果(見表2)，花馬湖水質(zhì)整體達到地表水Ⅲ類，部分為地表水Ⅱ類，因此采用飲用水常規(guī)處理技術(shù)就可使出水的各項指標都能達到生活飲用水水質(zhì)標準。本研究在實驗室條件下，模擬水廠中的混凝、沉淀、過濾、消毒等工藝流程，選取最優(yōu)投藥量和實驗條件，可以對日后緊急用水時水廠的工藝選擇起到參考作用。

表2 花馬湖原水的部分水質(zhì)指標

4 實驗結(jié)果與討論

4.1 混凝劑的選用及最佳投加量的確定

混凝實驗的工藝為:啟動攪拌機，快速攪拌30 s，轉(zhuǎn)速為 300 r/min;中速攪拌6 min，轉(zhuǎn)速為100 r/min;慢速攪拌6 min，轉(zhuǎn)速為50 r/min。關(guān)閉攪拌機，靜止沉淀5 min，用注射器抽取上清液測定水質(zhì)指標?；炷龑嶒灄l件為:原水濁度13.20 NTU，溫度 20.8℃，pH值6.65，投加硫酸鋁混凝實驗結(jié)果見表3，投加聚合氯化鋁混凝實驗結(jié)果見表4，投加聚合氯化鐵混凝實驗結(jié)果見表5，投加聚丙烯酰胺混凝實驗結(jié)果見表6;聚合氯化鋁的最佳混凝投藥量曲線見圖1，硫酸鋁的最佳混凝投藥量曲線見圖2，聚合氯化鐵的最佳混凝投藥量曲線見圖3，聚丙烯酰胺的最佳混凝投藥量曲線見圖4。

表3 投加硫酸鋁混凝實驗結(jié)果

表4 投加聚合氯化鋁混凝實驗結(jié)果

表5 投加聚合氯化鐵混凝實驗結(jié)果

表6 投加聚丙烯酰胺混凝實驗結(jié)果

圖1 聚合氯化鋁的最佳混凝投藥量曲線

圖2 硫酸鋁的最佳混凝投藥量曲線

圖3 聚合氯化鐵的最佳混凝投藥量曲線

圖4 聚丙烯酰胺的最佳混凝投藥量曲線

由以上各個表格中的數(shù)據(jù)可看出，在相同的實驗條件(即原水水溫為20.8℃，原水pH為6.65)下，聚合氯化鋁的混凝效果相對其余幾種實驗室常用混凝劑來說是最好的，因此選用聚合氯化鋁作為混凝劑。

4.2 應(yīng)急處理中混凝的最佳pH確定

實驗條件同前，另取5個1 000 mL水樣，向水樣中加酸或堿調(diào)節(jié)pH值，依次為4 mL、2 mL(10%HCl)、0 mL、2 mL、4 mL(10%NaOH)快速攪30 s(500 r/min)，用pH計測pH值，結(jié)果如表7所示。

每種絮凝劑都存在一個最佳的pH范圍，較低或較高的pH都會影響作為絮凝劑的聚合物的水解過程或絮凝效果，同樣，溫度也會影響絮凝效果，由于實驗時間內(nèi)溫度的變化并不大，難以實現(xiàn)控制溫度以研究溫度對絮凝效果的影響，故本實驗對溫度的影響暫時不做討論，由實驗可知，使用聚合氯化鋁做混凝劑時，其最佳使用 pH值為4.5～5.5。

表7 混凝的最佳pH確定

4.3 應(yīng)急處理中的消毒實驗結(jié)果

根據(jù)文獻[4-5]，對于一般小型水廠，或者應(yīng)急飲用水處理，常采用漂白粉作為消毒劑。本實驗采用的消毒劑為漂白粉，通過實驗確定漂白粉的最佳投加量，使用漂白粉的消毒實驗結(jié)果如表8所示。

表8 漂白粉最佳投加量的確定

由表8可知，漂白粉的最佳投加量為每1 L水中投加漂白粉21 mg。消毒水中沒有不容的消毒物質(zhì)，而且處理后的水沒有特殊的消毒物質(zhì)的氣味。

4.4 經(jīng)模擬處理后的花馬湖各項水質(zhì)指標

應(yīng)急處理后水的部分水質(zhì)指標見表9。

表9 應(yīng)急處理后水的部分水質(zhì)指標

5 結(jié)論

將花馬湖水應(yīng)急處理為飲用水，采用混凝-沉淀-過濾-消毒工藝，最佳的混凝劑是聚合氯化鋁，其最佳投加量為1 L水中投加70 mg，控制 pH 值為 4.5 ～5.5，確定用漂白粉消毒時，漂白粉的最佳投加量為每1 L水中投加21 mg。經(jīng)此工藝應(yīng)急處理的水完全達到《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB 5749—2006)，且處理工藝簡單，成本低廉。

[1]仇雁翎，陳玲，趙建夫.飲用水水質(zhì)監(jiān)測與分析[M].北京:化學工業(yè)出版社，2006:227-237

[2]于海紅，王怡然，孟濤.飲用水處理技術(shù)最新進展[J].成都石油大報，2008，10(2):46-49

[3]王亞宜，嚴敏.城市供水突發(fā)事件的應(yīng)急預(yù)案[J].浙江工業(yè)大學學報，2005，33(6):660-664

[4]劉文君，張麗萍.城鎮(zhèn)供水應(yīng)急技術(shù)手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2007:56-59

[5]何文杰.安全飲用水保障技術(shù)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006:125-129