太湖水源保護(hù)區(qū)污染事故快速診斷、處置技術(shù)與應(yīng)急預(yù)案

趙士彬 張布偉

摘 要：太湖是富營養(yǎng)化的淺水型湖泊，也是重要的水源地，如何提高其供水的安全性是一個 重要的研究課題。由于藍(lán)藻暴發(fā)導(dǎo)致突發(fā)性水污染事件發(fā)生的可能性是由富營養(yǎng)化引起的，本文針對突發(fā)性污染事故的快速診斷、應(yīng)急處置技術(shù)，闡述了適合太湖水源保護(hù)區(qū)污染事故快速診斷技術(shù)和應(yīng)急處置技術(shù)，并指出應(yīng)從快速檢測技術(shù)和應(yīng)急處理技術(shù)出發(fā)建立藻類爆發(fā)的應(yīng)急預(yù)案。

關(guān)鍵詞：太湖 突發(fā)性污染 快速診斷 應(yīng)急處理 應(yīng)急預(yù)案

中圖分類號：X52 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0121-02

太湖流域面積36895 km2，人口密度達(dá)每平方公里1000人左右，是世界上人口高密度地區(qū)之一，也是我國經(jīng)濟(jì)社會最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，GDP占全國總量的11.6%[1]。太湖水源保護(hù)區(qū)的水體質(zhì)量狀況直接關(guān)系到以上海為龍頭的長江三角洲和長江經(jīng)濟(jì)開發(fā)帶的經(jīng)濟(jì)發(fā)展建設(shè)和居民的日常生活。因此對太湖水源保護(hù)區(qū)污染事故進(jìn)行快速診斷、處理技術(shù)與應(yīng)急預(yù)案的研究很有意義。

1 太湖污染現(xiàn)狀

太湖目前最突出的環(huán)境問題是水體富營養(yǎng)化和局部水域的有機(jī)污染問題。太湖流域處于中等富營養(yǎng)狀態(tài)，101個水質(zhì)監(jiān)測點中，V類和劣V類水質(zhì)斷面比例為65.4%，太湖Ⅲ類水面積僅67.5%，且92.3%的水體為富營養(yǎng)水平。沈建軍等[2]從2007年的6月到2008年的2月，選取了五里湖、梅梁湖、西部沿岸區(qū)、湖心區(qū)和東部沿岸區(qū)5個湖區(qū)作為水質(zhì)狀況檢測的區(qū)域，結(jié)果表明：全湖CODMn平均濃度為Ⅲ類，TP平均濃度為Ⅳ類，TN平均濃度為V類。太湖藍(lán)藻爆發(fā)的頻率和規(guī)模在不斷增長，藻類產(chǎn)生的微囊藻毒素（MC）會直接降低了飲用水的安全性。

2 太湖水源地突發(fā)性污染來源分析

水源地突發(fā)性污染事件是指在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)由于安全性的污染物泄露、排放，造成水質(zhì)瞬間嚴(yán)重惡化，嚴(yán)重威脅水廠取水安全的污染事故，這些事件多是由于事故、常規(guī)污染源違法排放、城市或農(nóng)村的非點源污染受暴雨沖刷等進(jìn)入水體、船舶等的污染物泄露、環(huán)境因素導(dǎo)致的水質(zhì)突變、氣候突變等自然災(zāi)害帶來的突發(fā)性污染和人為投毒等[3]。根據(jù)太湖目前污染現(xiàn)狀，以及太湖以往發(fā)生的突發(fā)性水源污染進(jìn)行分析，可以推斷造成太湖水源地突發(fā)性污染的來源為化工企業(yè)突發(fā)性事故、污水排放和湖泊富營養(yǎng)化。其中由于湖泊富營養(yǎng)化導(dǎo)致的突發(fā)性藻類爆發(fā)帶來的污染尤為嚴(yán)重，本文選擇只對藻類爆發(fā)的突發(fā)性污染的預(yù)警系統(tǒng)、快速檢測、應(yīng)急處理技術(shù)等進(jìn)行闡述。

2.1 化工企業(yè)突發(fā)性事故污水排放等對水源地的污染

太湖流域經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)，擁有大量的能耗高、重污染的化工企業(yè)，使得太湖流域水污染風(fēng)險和安全壓力日益增大，這些企業(yè)若發(fā)生工廠泄露、爆炸等事故或者污水排放控制不當(dāng)，隨時都有可能發(fā)生突發(fā)性水污染事故，流入太湖的有毒有害物質(zhì)，化工原料就很容易對太湖飲用水源造成污染。

2.2 湖泊富營養(yǎng)化對水源地的污染

太湖營養(yǎng)化面積占全湖的70%以上， 近些年來，藻類大量繁殖，每年夏、秋季節(jié)都伴有藍(lán)藻爆發(fā)。2007年5月底，太湖區(qū)域藍(lán)藻提前爆發(fā)，水源地的水質(zhì)惡化嚴(yán)重，自來水廠無法處理源水，水質(zhì)發(fā)臭，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)、生活，至6月3日才恢復(fù)飲用水正常供應(yīng)。

3 太湖水源地藻類爆發(fā)突發(fā)污染應(yīng)急處理方案

大量無機(jī)或有機(jī)的氮、磷進(jìn)入湖泊、水庫，在微生物的作用下形成磷酸鹽和硝酸鹽，引起藻類大量繁殖，藻類具有高穩(wěn)定性，比重小，難于下沉，同時藻類繁殖會釋放惡臭物質(zhì)，引起飲用水感官性能下降，這些水質(zhì)特征造成含藻水處理的難度增大，藻類的繁殖還對水源地的用水安全性造成威脅，釋放的藻毒素會引起人畜患病甚至死亡。

3.1 建立藻類預(yù)警系統(tǒng)

以太湖歷年來的連續(xù)監(jiān)測資料為基礎(chǔ)，運用多元逐步回歸統(tǒng)計方法，選擇水溫、N/P等多項環(huán)境理化因素與葉綠素a，藻類生物量、藍(lán)藻生物量等生因素進(jìn)行逐步回歸分析，找出與藍(lán)藻因素顯著相關(guān)的環(huán)境因子，建立多元逐步回歸方程并用環(huán)境因子的實測值進(jìn)行檢驗，利用預(yù)測方程太湖藻類生物量的變化情況，進(jìn)行太湖藻類水華的預(yù)測預(yù)報，把監(jiān)測數(shù)據(jù)和相關(guān)的氣象水文數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，再通過預(yù)警模型計算，將預(yù)警結(jié)果存儲，GIS平臺將結(jié)果與采樣點空間分布的空間數(shù)據(jù)相連，就可以提取預(yù)警信息，并得出預(yù)警結(jié)果[1]。

3.2 藻類爆發(fā)監(jiān)測技術(shù)

對取水口水質(zhì)進(jìn)行日常監(jiān)測， 實施動態(tài)監(jiān)測，除對常規(guī)的指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測以外，應(yīng)特別注意的是，原水和處理出水中的微囊藻素濃度是對藻類爆發(fā)很具有代表性的一個指標(biāo)。當(dāng)原水中微囊藻素>1.0Mg/L時，應(yīng)把檢測結(jié)果及時通知取樣單位和水源水體管理單位[1]。藻類爆發(fā)監(jiān)測技術(shù)可以提高對藻類爆發(fā)引起水污染事故的快速反應(yīng)和應(yīng)急處理能力，為污染事故處理提供科學(xué)依據(jù)。

3.3 快速檢測技術(shù)

突發(fā)性環(huán)境污染事故快速檢測（應(yīng)急監(jiān)測）是環(huán)境監(jiān)測人員在事故現(xiàn)場，使用小型、便攜、簡易、快速檢測儀器或裝置，在盡可能短的時間內(nèi)對污染物質(zhì)的種類、污染物質(zhì)的濃度和污染范圍，以及可能的危害等做出判斷的過程，為污染事故及時、正確地進(jìn)行處理、處置和制定恢復(fù)措施提供科學(xué)的決策依據(jù)[4]。藻類爆發(fā)時，表現(xiàn)為水體中有機(jī)物濃度升高，而水體中有機(jī)物的種類和濃度可以通過監(jiān)測車上配備的一些高檔儀器在現(xiàn)場進(jìn)行快速的檢測。但關(guān)于藻類的鑒定和濃度的測量由于缺少快速測定儀類的檢測工具，需要送交實驗室進(jìn)行檢測。不過，隨著藻類爆發(fā)的頻率和危害程度的不斷增加，市場上已經(jīng)出現(xiàn)了關(guān)于藻類測量的一些快速測定儀。

3.3.1 有機(jī)物的快速檢測技術(shù)

通過配置應(yīng)急監(jiān)測的儀器和設(shè)備，如水和氣體檢測試管（直接檢測管和吸附檢測管）、反射式分光光度計、便攜式陽極掃描伏安計（ASV）、單項目或多項目氣體檢測器、便攜式傅立葉變換紅外光譜儀、便攜式離子計、便攜式紫外-可見分光光度計、單項目或多項目水質(zhì)檢測器、車載式GC-MS儀、便攜式（車載）氣相色譜儀、便攜式（車載） 離子色譜儀、多普勒流量儀、免疫分析儀等、等比例水質(zhì)采樣器，可以在事故現(xiàn)場實現(xiàn)對有機(jī)物的快速檢測。

3.3.2 藻類濃度的快速測量技術(shù)

傳統(tǒng)的藻類檢測方法采用碘液固定沉降藻類計數(shù)法，因檢測用時在24小時以上，而不能及時地提供水體中藻類生長信息，用于指導(dǎo)后續(xù)應(yīng)急處理技術(shù)的采用。高建峰[5]等使用離心沉降的方法檢測水中藻類，在1小時內(nèi)便獲得藻類的濃度，通過跟采用碘液固定沉降法檢測藻類的結(jié)果進(jìn)行比較，兩種方法的結(jié)果沒有顯著差異，符合生物檢測的質(zhì)量要求。該法首先運用離心沉降的方法收集水中藻細(xì)胞，震蕩洗脫后定容，然后使用浮游生物技術(shù)框在顯微鏡下技術(shù)，最后將結(jié)果換算成原水樣品中藻細(xì)胞數(shù)目。

3.3.3 其它藻類檢測技術(shù)

陳麗芬[6]等對德國“WALZ”葉綠素?zé)晒鉁y定系統(tǒng)系列中的PHYTO-PAM葉綠素?zé)晒鈨x快速測定藻類生物量技術(shù)進(jìn)行了研究，通過建立優(yōu)勢藻類特征圖譜來矯正葉綠素?zé)晒鈨x，測量結(jié)果顯示快速熒光測定和傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑提取法測定相關(guān)性達(dá)到了0.91。藻類和其他光合生物的光合反應(yīng)中心都含有葉綠素a和其它一些光合色素，這些色素被可見光激發(fā)可產(chǎn)生熒光。同一個門的藻類含有的光合色素的數(shù)量和性質(zhì)是相似的，對于不同門的藻類來說，其光合色素的組成有所區(qū)別，其熒光激發(fā)光譜（固定的發(fā)射波長在680 nm）具有一定的特異性。因此熒光儀能夠通過熒光激發(fā)光譜來區(qū)分不同門的藻類，并測定主要門類（綠藻、藍(lán)藻、硅藻）的藻類生物量。

目前，西方的一些國家在線的葉綠素?zé)晒鈨x已有產(chǎn)品面世，但價格昂貴。如果在水源處配置在線葉綠素?zé)晒鈨x，則可藻類生物量以及主要種類的變化情況進(jìn)行實時監(jiān)測，為應(yīng)急處理技術(shù)提供指導(dǎo)依據(jù)，對癥下藥，將污染控制在最小危害范圍內(nèi)。

3.4 應(yīng)急處理技術(shù)

突發(fā)性水源污染發(fā)生以后，應(yīng)根據(jù)污染物的濃度和污染性質(zhì)在水源地和水廠這兩個系統(tǒng)中分別采取相應(yīng)的應(yīng)急處理技術(shù)進(jìn)行處理。

3.4.1 水源地應(yīng)急處理技術(shù)

突發(fā)性藻類超標(biāo)時，在水源地采用人工機(jī)械除藻和曝氣等物理方法能夠取得一定除藻效果。在水華堆積的地方，采用相對安全的改性粘土絮凝方法，沉降藍(lán)藻，消除藍(lán)藻在水面堆積、死亡與發(fā)臭，改善水質(zhì)與湖泊景觀。而在取水口處采用高錳酸鉀氧化則可有效去除原水中的藻類，馬軍[7]等研究表明高錳酸鉀具有良好的殺藻效果，在高含藻量情況下，藥劑投量在0.2～0.4 mg/L范圍內(nèi)時，藻類去除率維持在40%左右，當(dāng)投藥量增加到0.4～0.8 mg/L時，藻類去除率急劇升高到92.7%。高錳酸鹽雖然具有良好的除藻效果，但是其給水體帶來的二次污染也是一個值得關(guān)注的地方。其它常用的氧化劑還有氯和臭氧。

3.4.2 水廠應(yīng)急處理技術(shù)

在水廠中，常采用的應(yīng)急處理措施是強(qiáng)化混凝和活性炭吸附。強(qiáng)化混凝不需要增加新的設(shè)備和藥劑，是較為經(jīng)濟(jì)實用的方法，強(qiáng)化混凝對原水中的藻類去除作用較強(qiáng)。飲用水處理中大量使用活性炭來吸附去除臭味、藻毒素、合成有機(jī)物、內(nèi)分泌干擾物、消毒副產(chǎn)物以及其前驅(qū)物，因此可以通過投加大量的活性炭去除水體中藻毒素等有害組分。

也有人指出，當(dāng)水體中檢測到藻類中硅藻占主要優(yōu)勢，生物量比較高時可采取適當(dāng)增加反沖洗次數(shù)、增加絮凝劑投加量等措施，而水體中藍(lán)綠藻占主要優(yōu)勢時，可采取增加投氯量等措施[6]。在2007年太湖藍(lán)藻爆發(fā)突發(fā)性水污染事件中，自來水中有濃烈的爛圓白菜味，經(jīng)分析產(chǎn)生臭味的物質(zhì)是硫醇、硫醚類化合物，所確定的除臭應(yīng)急處理工藝是：在取水口處投加高錳酸鉀（3～5mg/L），在輸水過程中氧化可氧化的致臭物質(zhì)和污染物，再在凈水廠絮凝池前投加粉末活性炭（30～50mg/L），吸附水中可吸附的其他臭味物質(zhì)和污染物，并分解可能殘余的高錳酸鉀，經(jīng)過應(yīng)急處理，自來水恢復(fù)到藍(lán)藻爆發(fā)之前的正常水平[8]。

3.4.3 "引江濟(jì)太"

2007年在太湖藍(lán)藻爆發(fā)后，無錫市政府在自來水事件第一次新聞發(fā)布會上宣布，立即加大引江濟(jì)太的調(diào)水容量，以盡快促進(jìn)太湖水體流動，改善太湖水質(zhì)。實施“引江濟(jì)太”工程調(diào)水以提高太湖水體自凈能力，改善太湖和流域水體水質(zhì)，并增加向太湖周邊地區(qū)供水，讓太湖流動起來。長江引水量從每秒160 m3增加到每秒220 m3，至6月4日上午8時，已調(diào)引長江清水4.54億m3，入湖2.61億m3，直接受水的太湖貢湖水域水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，無錫錫東水廠水質(zhì)穩(wěn)定，一定程度上緩解了供水危機(jī)。

3.5 應(yīng)急預(yù)案

水源地藻類爆發(fā)后，根據(jù)先前制定的應(yīng)急預(yù)案方可快速的做出應(yīng)急反應(yīng)，使污染造成的危害能夠高效的得到控制。成立專門的應(yīng)對水源地水藻爆發(fā)的處置應(yīng)急隊伍，包括一般的工作人員和相關(guān)領(lǐng)域的專家，形成有效的應(yīng)急措施，建立反應(yīng)迅速、組織科學(xué)、高效運轉(zhuǎn)的應(yīng)急機(jī)制；成立專門的突然性水污染應(yīng)急處理專家小組，遇到突發(fā)事件才能有條不紊的進(jìn)行處置[9]。同時也要建立聯(lián)動機(jī)制，使各個部門能夠在短時間內(nèi)信息共享。

應(yīng)急預(yù)案應(yīng)從快速檢測和應(yīng)急處理這兩方面入手。大體思路是：藻類爆發(fā)后，將監(jiān)測車開赴現(xiàn)場，對藻類爆發(fā)帶來的污染進(jìn)行應(yīng)急監(jiān)測，并將檢測結(jié)果進(jìn)行及時的通報；應(yīng)急處理小組根檢測結(jié)果對污染進(jìn)行分析，采取相應(yīng)的應(yīng)急措施并著手準(zhǔn)備替代方案或更佳方案；根據(jù)處理效果對應(yīng)急措施進(jìn)行評估，選擇是否要采取其它的應(yīng)急處理措施。

4 結(jié)語

太湖的藍(lán)藻爆發(fā)危機(jī)的解決不是一個簡單的問題，對污染事故的快速檢測、應(yīng)急處理以及應(yīng)急預(yù)案的建立并不能保證能解決遇到的所有突發(fā)性污染事件，但是增加這方面的研究可以快速、高效的啟動相關(guān)的救治工作，使突發(fā)性污染事件的應(yīng)急處理得以成功的可能性增大。因此，建立太湖水源地突發(fā)藍(lán)藻爆發(fā)污染的應(yīng)急預(yù)案很有必要。

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