摘要：介紹了我國(guó)水源地突發(fā)性水污染的現(xiàn)狀，分析了飲用水應(yīng)急處理的必要性及應(yīng)對(duì)措施。對(duì)粉狀活性炭（PAC）在飲用水應(yīng)急處理中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，并提出了粉狀活性炭炭種篩選、投加量、投加方式和位置以對(duì)常規(guī)凈水工藝的影響等粉狀活性炭應(yīng)用注意事項(xiàng)。對(duì)應(yīng)用粉狀活性炭應(yīng)急處理飲用水的實(shí)例進(jìn)行了分析，結(jié)果表明作為一種應(yīng)對(duì)水源水突發(fā)污染的有效措施，粉狀活性炭吸附技術(shù)在飲用水應(yīng)急處理中有著重要作用。
近年來(lái)，我國(guó)突發(fā)性水源水污染造成城市供水事故的事件頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響了人民正常生活和生產(chǎn)，造成了惡劣的社會(huì)影響，典型案例如下所述。2004年2月~3月，沱江氨氮特大水污染事故，造成了數(shù)個(gè)縣市飲用水暫停供應(yīng)的嚴(yán)重后果；2005年11月松花江突發(fā)硝基苯重大水污染，導(dǎo)致哈爾濱市停水事件；同年12月中旬，廣東北江水體鎘超標(biāo)，數(shù)城市飲用水水源受到污染；2006年2月，牡丹江市水源發(fā)生生物污染，對(duì)水廠正常運(yùn)行造成威脅；2007年5月太湖梅梁彎區(qū)域水體污染，導(dǎo)致供水水質(zhì)不合格。對(duì)中國(guó)城市水源地突發(fā)污染事件進(jìn)行了不完全統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明中國(guó)城市水源地突發(fā)污染事件總體上呈數(shù)量逐年增多，危害增加的趨勢(shì)，主要突發(fā)污染物是各種化學(xué)品和污水。突發(fā)性水源污染已成為一個(gè)日益突出的問(wèn)題。
1、飲用水應(yīng)急處理的急迫性
眾多城市水源地突發(fā)性水污染事件已給城市供水健康敲響了警鐘。而水源發(fā)生污染事故、城市供水受到影響的原因是環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻、水污染問(wèn)題嚴(yán)重；工業(yè)事故排放與運(yùn)輸事故泄露時(shí)有發(fā)生；城市供水行業(yè)缺少水源應(yīng)對(duì)突發(fā)污染的能力。由于污染風(fēng)險(xiǎn)難以根除，我國(guó)城市供水行業(yè)在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都將面臨水源遭受重大污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何在城市水源地發(fā)生突發(fā)性水污染的情況下實(shí)現(xiàn)不中斷供水，保證供水水質(zhì)，保障城市供水健康已成為急需解決的問(wèn)題。有專家提出通過(guò)儲(chǔ)備一些藥劑（在此廣義的將吸附劑、氧化劑、酸堿劑統(tǒng)稱為藥劑）及其投加設(shè)施來(lái)提高給水廠水處理工藝系統(tǒng)應(yīng)急強(qiáng)化處理能力是解決此類問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。粉狀活性炭（PAC）作為飲用水處理中一種常用的吸附劑，在飲用水應(yīng)急處理中有著重要的應(yīng)用。
2、粉狀活性炭在飲用水應(yīng)急處理中的應(yīng)用
粉狀活性炭是由無(wú)定性碳和不同數(shù)量灰分共同構(gòu)成的一種吸附劑，其微孔結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，吸附性能優(yōu)良，可有效地吸附去除水中天然有機(jī)物、鹵化有機(jī)物、農(nóng)藥等人工合成有機(jī)物。粉狀活性炭應(yīng)用靈活，設(shè)備投資省，價(jià)格便宜，吸附速度快，對(duì)短期及突發(fā)性水質(zhì)污染適應(yīng)能力強(qiáng)，在飲用水應(yīng)急處理中發(fā)揮了重要作用。
2.1粉狀活性炭對(duì)水源水突發(fā)有機(jī)污染物的吸附去除
在水處理中，粉狀活性炭常其作為一種有效的吸附劑，可以吸附去除水中非離子化、憎水性強(qiáng)、含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有機(jī)物污染物，同時(shí)，投加粉狀活性炭可以明顯改善處理出水的色度、嗅味。
以渾河水為原水，模擬突發(fā)苯胺水污染，通過(guò)投加粉狀活性炭進(jìn)行應(yīng)急處理試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在pH值不小于5時(shí)，粉狀活性炭對(duì)苯胺吸附效果較好，在30min內(nèi)能達(dá)到80%-90%的吸附容量，結(jié)果表明對(duì)突發(fā)的渾河水苯胺污染，投加粉狀活性炭是十分有效的應(yīng)急措施。
中試研究結(jié)果表明：投加粉狀活性炭可有效去除長(zhǎng)江水源水中阿特拉津，當(dāng)粉狀活性炭投量為50mg/L時(shí)，可使初始濃度為200μg/L的阿特拉津降低到2μg/L以下。
粉狀活性炭對(duì)水中藻毒素有著很好的吸附去除效果。在粉狀活性炭吸附去除黃浦江原水中微囊藻毒素的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：10mg/L的粉狀活性炭在40min內(nèi)對(duì)MC-RR、MC-LR的去除率分別達(dá)到55%和45%，表明粉狀活性炭對(duì)水中微囊藻毒素具有較好的去除效果。
進(jìn)行了粉狀活性炭對(duì)廣州珠江水中2-甲基異莰醇（MIB）吸附去除的實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明煤質(zhì)粉狀活性炭對(duì)MIB有較好的去除效果，去除率達(dá)到40%以上。
研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)原水嗅閾值為90時(shí)，40mg/L的粉狀活性炭投量可保證出水無(wú)異味。
2.2粉狀活性炭對(duì)水源水突發(fā)重金屬污染的吸附去除
粉狀活性炭是一種去除水中重金屬離子的優(yōu)良吸附劑。粉狀活性炭吸附重金屬離子的機(jī)理目前尚未弄清，但比較一致的看法是在吸附重金屬離子過(guò)程中，粉狀活性炭既是吸附劑又是催化劑。
在鉛離子和銅離子在活性炭上吸附實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)：水中鉛和銅離子通過(guò)與活性炭表面官能團(tuán)反應(yīng)形成配合物而吸附在活性炭上。
對(duì)飲用水水源地突發(fā)性六價(jià)鉻污染應(yīng)急處理進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明粉狀活性炭對(duì)水中六價(jià)鉻的吸附是一個(gè)物理吸附和化學(xué)吸附相結(jié)合較為復(fù)雜的過(guò)程，在較低pH值（3.5~5.0）條件下，當(dāng)原水中六價(jià)鉻濃度低于0.5mg/L時(shí)，可以通過(guò)粉狀活性炭吸附的方法對(duì)其進(jìn)行有效去除。但是對(duì)于多數(shù)重金屬離子，粉狀活性炭對(duì)其吸附能力有限，且選擇性不是很好，通過(guò)加絡(luò)合劑使金屬離子形成絡(luò)合物增加吸附性和選擇性。
2.3 粉狀活性炭聯(lián)用工藝在飲用水應(yīng)急處理中的應(yīng)用
粉狀活性炭應(yīng)用方式靈活，故可與許多水處理工藝聯(lián)用。相對(duì)單獨(dú)的處理工藝，這些聯(lián)用工藝有時(shí)會(huì)達(dá)到更好的處理效果。
研究結(jié)果表明：高錳酸鉀與粉狀活性炭聯(lián)用工藝的除嗅效果好，當(dāng)高錳酸鉀投加量為0.5mg/L、粉狀活性炭投加量為40mg/L時(shí)，沉后水的嗅閾值僅為5，去除率達(dá)到了98.8%。
研究認(rèn)為：當(dāng)用高錳酸鉀與粉狀活性炭聯(lián)用處理帶土腥味和霉?fàn)�味的原水時(shí)平均去除率可達(dá)92%以上。高錳酸鉀和粉狀活性炭聯(lián)用能去除水中的嗅味，其機(jī)理是通過(guò)氧化和吸附作用去除有機(jī)物。
在進(jìn)行飲用水水源突發(fā)性石油污染的應(yīng)急處理實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，PAC+ClO2組合技術(shù)在ClO2和PAC的投量分別為8和30mg/L，粉狀活性炭吸附時(shí)間為3h的條件下，可將水中0.5mg/L石油類污染物降至0.01mg/L，此組合工藝可作為飲用水水源突發(fā)石油類污染的應(yīng)急處理措施。
粉狀活性炭吸附技術(shù)作為一種應(yīng)急性的措施，在一些水廠己經(jīng)得到了應(yīng)用，并取得了滿意的效果，實(shí)踐表明它是一項(xiàng)非常有前景的技術(shù)。
3、飲用水應(yīng)急處理中粉狀活性炭應(yīng)用的注意事項(xiàng)
3.1粉狀活性炭炭種篩選及投量
根據(jù)給水廠原水的水質(zhì)狀況，特別是突發(fā)有機(jī)污染物及原水背景有機(jī)物分子量的分布狀況，確定適合原水水質(zhì)的對(duì)突發(fā)有機(jī)污染物吸附容量高、吸附速率快的粉狀活性炭炭種。為應(yīng)對(duì)城市水源地突發(fā)水污染，城市給水廠要有針對(duì)性地建立應(yīng)急供水預(yù)案，針對(duì)能夠通過(guò)粉狀活性炭吸附快速去除的突發(fā)有機(jī)污染物，篩選針對(duì)這些有機(jī)污染物吸附容量高的粉狀活性炭，建立有機(jī)污染物初始濃度、活性炭投加量、吸附時(shí)間等與吸附去除率的關(guān)系，以便突發(fā)有機(jī)物污染情況下確定合理、經(jīng)濟(jì)的粉狀活性炭投加量。
3.2粉狀活性炭投加方式
粉狀活性炭投加分干投和濕投兩種方式。歐美等國(guó)家大都應(yīng)用干投裝置投加粉狀活性炭，干投裝置宜用在粉狀活性炭不經(jīng)常使用以及較大投炭量很大時(shí)。但粉狀活性炭干投操作時(shí)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，在裝卸、拆包、配制和投加過(guò)程中粉塵飛揚(yáng)，具有潛在爆炸性，工作環(huán)境差，工人抵觸情緒大。濕投法一般是負(fù)壓投加，粉狀活性炭與水混合成炭漿，可以基本解決炭粉飛揚(yáng)的問(wèn)題。但濕投法也有其弊端，如果粉狀活性炭只是偶爾使用，炭漿池可能時(shí)空時(shí)滿，由于加料和混合炭漿需要較長(zhǎng)時(shí)間，往往等到炭漿系統(tǒng)可以開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，所處理的水可能已發(fā)生突發(fā)污染事故，所以在突發(fā)水污染的情況下，應(yīng)有充分的應(yīng)急準(zhǔn)備，能夠及時(shí)投加炭漿，防止處理出水不達(dá)標(biāo)。另外，粉狀活性炭炭漿若不經(jīng)�；旌匣蜻B續(xù)混合就會(huì)團(tuán)結(jié)，可能會(huì)堵塞輸送管，為避免此問(wèn)題，管內(nèi)流速要求不小于15m/s。粉狀活性炭投加系統(tǒng)應(yīng)盡量靠近投加點(diǎn)，能定期運(yùn)行，即使無(wú)需加炭時(shí)也一樣，這樣可以保證輸炭管道暢通清潔、炭漿混合良好和整個(gè)系統(tǒng)能夠得到經(jīng)常清洗。
3.3 粉狀活性炭投加位置的選擇
根據(jù)國(guó)內(nèi)水廠目前實(shí)際情況，水廠可供選擇的粉狀活性炭投加點(diǎn)主要為三處:
（1）取水口投加
水源水突發(fā)污染時(shí)，應(yīng)首先考慮在取水口投加粉狀活性炭，其優(yōu)點(diǎn)是可以盡量增加粉狀活性炭在水中突發(fā)污染物的吸附時(shí)間，可明顯提高處理效率，達(dá)到控制突發(fā)污染的目的，盡可能地在較早的環(huán)節(jié)控制了污染，有效防止了水廠處理構(gòu)筑物受到突發(fā)污染物污染，同時(shí)后續(xù)的處理環(huán)節(jié)可以起到緩沖和健康余量的作用，復(fù)合飲用水處理多級(jí)健康屏障的理念。事實(shí)上松花江突發(fā)硝基苯污染和無(wú)錫水危機(jī)事件中，飲用水應(yīng)急處理時(shí)，粉狀活性炭都是投加在取水口處，這也是應(yīng)對(duì)突發(fā)污染的重要經(jīng)驗(yàn)之一。
（2）混凝前后投加
若取水口處不具備粉狀活性炭投加條件，可以考慮混凝前與混凝后投加粉狀活性炭，具體應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。在絮凝前后投加粉狀活性炭，影響粉狀活性炭吸附效果的主要因素是粉狀活性炭吸附與混凝的競(jìng)爭(zhēng)和吸附時(shí)間的保證，協(xié)調(diào)這兩方面因素是充分發(fā)揮粉狀活性炭吸附能力的關(guān)鍵。一般只有在有條件采用較高粉狀活性炭投加量場(chǎng)合，混凝前投加才有意義。
以東莞市東江水為原水，進(jìn)行突發(fā)污染飲用水應(yīng)急處理實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明：在混凝劑投加30s后，投加粉狀活性炭對(duì)COD、UV254、濁度、色度的去除效果明顯好于其他投加點(diǎn)。
在進(jìn)行徐州某水廠應(yīng)對(duì)突發(fā)水污染的實(shí)驗(yàn)研究中，發(fā)現(xiàn)粉狀活性炭投加點(diǎn)選擇在混凝劑投加后3min左右，對(duì)濁度、色度、CODMn去除效果較好。
（3）濾前投加
濾前投加，不存在吸附與混凝的競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，但應(yīng)該注意到粉狀活性炭與水的接觸時(shí)間不足，健康保障率不足。此外，粉狀活性炭進(jìn)入濾池后，會(huì)堵塞濾料層，粉狀活性炭易穿透濾層，使濾池的工作周期明顯縮短。因此，不建議濾前投加粉狀活性炭。
3.4粉狀活性炭對(duì)常規(guī)凈水工藝的影響
飲用水應(yīng)急處理中往往需要投加大量粉狀活性炭，相應(yīng)帶來(lái)的問(wèn)題是由于粉狀活性炭相對(duì)密度小、沉降性能差，粉狀活性炭不易通過(guò)排泥排出，較易從沉淀池流出進(jìn)入濾池，增加濾池負(fù)荷，甚至?xí)┩笧V層，影響供水水質(zhì)。為此，就需是要通過(guò)強(qiáng)化混凝，提高沉淀對(duì)水中膠體顆粒及粉狀活性炭的去除率，盡量減少沉淀池表面的浮炭；加強(qiáng)排泥，防止粉狀活性炭在池底大量堆積；同時(shí)要縮短濾池過(guò)濾周期，加強(qiáng)濾層反沖洗。
4、應(yīng)用實(shí)例分析—哈爾濱氣化廠應(yīng)對(duì)松花江突發(fā)硝基苯污染的應(yīng)急處理
4.1哈爾濱氣化廠供水危機(jī)
2005年11月，松花江發(fā)生硝基苯重大水環(huán)境污染事件，沿江城市供水健康帶來(lái)嚴(yán)重威脅，位于下游哈爾濱氣化廠供水同樣面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。哈爾濱氣化廠承擔(dān)著向哈爾濱市供應(yīng)燃?xì)獾娜蝿?wù)。其供水分廠負(fù)責(zé)氣化廠生產(chǎn)用水的供應(yīng)，松花江是氣化廠唯一的供水水源，一旦硝基苯超標(biāo)，將導(dǎo)致水廠停產(chǎn)，供水中斷，造成氣化廠停產(chǎn)，將產(chǎn)生嚴(yán)重的影響和后果。為此，需要確保任何情況下不中斷供水。
4.2應(yīng)急供水技術(shù)方案及分析
現(xiàn)有水廠凈水工藝去除硝基苯的能力有限，難以滿足要求，需要對(duì)供水系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)急改造�？紤]到活性炭對(duì)硝基苯有較好的吸附性能，因此，將活性炭吸附作為優(yōu)先考慮的措施，確定應(yīng)急處理方案如下：在取水口投加粉狀活性炭，由取水泵進(jìn)行充分混合，利用11.9km長(zhǎng)的輸水管在長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多小時(shí)的原水輸送過(guò)程中，粉狀活性炭與水充分接觸吸附硝基苯，在混凝沉淀單元，優(yōu)化混凝劑投加量，投加助凝劑，加強(qiáng)沉淀池排泥；將原有的煤砂濾池改造為炭砂濾池。
在此方案中，粉狀活性炭的吸附作用是關(guān)鍵，水在輸水管中的停留時(shí)間可達(dá)5.7h，粉狀活性炭吸附時(shí)間充分，力求硝基苯在此階段被吸附去除達(dá)標(biāo)。強(qiáng)化混凝沉淀及加強(qiáng)排泥主要目的是為了分離去除水中粉狀活性炭，同時(shí)，此階段硝基苯也有部分被去除。炭砂濾池吸附去除能力有限，主要作為儲(chǔ)備性環(huán)節(jié)。
4.3應(yīng)急供水實(shí)施效果
（1）粉狀活性炭對(duì)硝基苯的吸附效果
在各種原水硝基苯濃度超標(biāo)倍數(shù)下，硝基苯的平均去除率達(dá)95%左右；投加粉狀活性炭之后水中殘留硝基苯濃度均低于0.017mg/L，證明粉狀活性炭對(duì)水中硝基苯的去除具有很好的效果。
（2）應(yīng)急供水技術(shù)硝基苯總體去除效果
在原水硝基苯超標(biāo)高達(dá)14.22倍的情況下，上述工藝組合對(duì)硝基苯的總?cè)コ势骄_(dá)99.4%，過(guò)濾出水中硝基苯的含量均在0.002mg/L以下，效果優(yōu)異。在對(duì)原水中硝基苯去除的貢獻(xiàn)份額中，粉狀活性炭的平均去除率達(dá)到94.81%，是去除硝基苯的主要環(huán)節(jié)；強(qiáng)化混凝沉淀的平均去除率為3.88%，其主要作用是保證粉狀活性炭從水中被有效去除；過(guò)濾對(duì)硝基苯也有0.78%的平均去除率（見(jiàn)圖1）。
4、結(jié)語(yǔ)
粉狀活性炭能夠有效地吸附去除水源水中某些突發(fā)有機(jī)污染物，其應(yīng)用靈活、經(jīng)濟(jì)適用，在飲用水應(yīng)急處理中有著重要的應(yīng)用。應(yīng)對(duì)水源水突發(fā)污染的粉狀活性炭吸附工藝研究及相關(guān)設(shè)備研發(fā)研制工作需要深入開(kāi)展。