飲用水應急處理技術研究

近年來，由于化學品和石油泄漏、工業事故排放等造成的突發性水污染事件的發生頻率不斷上升，成為威脅城市飲用水安全的主要來源。而我國的城市供水行業普遍不具備應對突發性水污染的應急處理能力、缺乏系統、全面應對突發性水污染的應急處理技術，供水行業迫切需要進行飲用水應急處理技術的研究。本文選取粉末活性炭吸附、化學沉淀、化學還原和強化消毒四種應急處理技術，采用先小試確定基本控制參數再中試動態模擬的方法，針對不同特性的污染物，選擇其中較為典型的若干種進行研究，并對操作參數進行了優化。主要研究成果和結論如下。通過小試和中試對應急處理技術的研究，建立了粉末活性炭對五種農藥類有機物、一種芳香族化合物和兩種氯代烴類有機污染物的吸附動力學方程、吸附等溫線模型，并確定了粉末活性炭技術可應對的更大污染物濃度；針對金屬類金屬污染物不同性質，采用相應的化學沉淀技術進行去除，確立了混凝劑種類和投加量、硫化鈉投加量、pH等操作參數；按還原劑與污染物反應的化學計量比進行投加，研究了化學還原技術對三種氧化性污染物的去除效果，確定了較佳的化學計量比投加方案。強化消毒應急處理研究表明：隨著pH值的上升，自由氯和一氯胺的滅活率減小，二氧化氯的滅活率則增大；溫度對一氯胺的影響較小，自由氯和二氧化氯的影響較顯著；將滅活速率常數表示為pH和溫度的函數，帶入Chick-Watson模型，擬合出含有pH和溫度兩參數的消毒劑滅活模型，增強了模型的通用性；加入有機物后，三種消毒劑的滅活效果下降；糞腸球菌的滅活率隨著顆粒粒徑的增大而降低，增加消毒劑投加量可減小顆粒對消毒效果的影響。用灰色關聯方法分析粉末活性炭吸附2,4-二氯苯氧基乙酸、化學沉淀法除鎘和氯滅活糞腸球菌過程中各因素的關聯性大小，得出關聯性大小的順序為：活性炭投加量>吸附時間>污染物濃度>CODMn；濾后pH>污染物原始濃度>混凝劑種類>混凝劑投加量；Ct值>消毒接觸時間>溫度>消毒劑濃度>pH。使用BP神經網絡模型對各應急處理工藝的處理效果進行了預測，結果顯示粉末活性炭工藝、化學沉淀工藝和消毒工藝的相關系數分別為0.976、0.996和0.943，均方標準差分別為0.0100、0.0033和0.0050，證明該BP神經網絡模型對三種應急處理工藝的去除效果有較好的預測能力。以BP神經網絡為基礎，采用遺傳算法對所建的BP神經網絡模型進行尋優。結果顯示，粉末活性炭投加量為67mg/L，吸附時間為45min時，即可將初始濃度為0.67mg/L的2,4-二氯苯氧基乙酸去除至0.027mg/L；投加4.3mg/L的三氯化鐵混凝劑，在反應前投加NaOH調節pH，控制反應后pH值為9.0，即可將初始濃度為0.9mg/L的鎳去除到0.018mg/L。對飲用水應急處理技術進行集成，并將課題成果應用到了天津市某水廠的示范工程中。