一、管道分質(zhì)供水的工藝
　　⒈凈水處理工藝
　　(1)活性炭吸附與超濾 利用活性炭吸附市政自來水中的氯化副產(chǎn)物和有機物;微濾去除懸浮物、膠體、有機大分子、細菌等微生物;超濾去除大分子化合物、膠體、熱原和微生物等;管道凈水應有臭氧等消毒設施，保證過濾后的水質(zhì)安全，又可殺滅管道內(nèi)可能出現(xiàn)的微生物。凈水水質(zhì)保留了水質(zhì)中礦物質(zhì)成分。其工藝流程如下。
　　市供自來水→微濾→活性炭吸附→超濾→臭氧或二氧化氯消毒→優(yōu)質(zhì)管道→飲用凈水
　　(2)分子篩吸附與過濾 采用由硅基等多種活性非金屬礦物和離子態(tài)高純金屬微粒的復合技術(shù)，制成具有抑菌及對0.02～1000nm之間的微粒有吸附作用的復合吸附材料。處理后的水經(jīng)過優(yōu)質(zhì)管道和紫
    外線消毒處理，即可成為優(yōu)質(zhì)飲水。工藝流程如下。
　　市供自來水→微濾→選擇性吸附材料的吸附→具有抑菌作用的精濾裝置→臭氧消毒→優(yōu)質(zhì)管道→飲用凈水
　　(3)臭氧與活性炭 向設備中通人臭氧化空氣，提高水體中的含氧量。在好氧的環(huán)境中，微生物以有機物為養(yǎng)料進行生命活動，將復雜的有機物大分子分解為簡單的小分子，再進一步分解成水和二氧化碳。微生物在活性炭表面生長形成生物膜，產(chǎn)生生物活性炭過濾效果。它能有效地分解水中的氨和有機物，并借助于濾床中微生物的作用，加速過濾水中溶解性有機物的吸附和分解。
　　(4)微濾與納濾 利用炭濾、聚丙烯濾芯、納濾膜的過濾去除市政自來水中的鈣鎂硬度、有機物、膠體、微生物。通過聚丙烯軟管直接與飲水機相連，供應集團飲水的管道分質(zhì)供水設備。
　�、布兯�處理工藝
　　(1)微濾與反滲透 經(jīng)過微濾、反滲透，去除自來水中的鈣、鎂等礦物質(zhì)成分。主要優(yōu)點是水質(zhì)純凈，既可去除水中礦物質(zhì)和重金屬，又可去除水中有機物、微生物、膠體等。工藝流程如下。
　　市供自來水一砂濾→活性炭吸附→微濾→反滲透→臭氧消毒→優(yōu)質(zhì)管道→飲用純水
  　(2)砂濾與離子交換樹脂 利用砂濾、精密過濾和離子交換樹脂去除水中鈣鎂和有機膠體物質(zhì)，并定期反沖洗，濾后水再經(jīng)過消毒處理。目前常采用大孔樹脂，這樣多數(shù)無機化合物能被離子交換除去。常用的工藝流程如下。
　　市供自來水→粗砂濾一精濾→粗樹脂柱→精樹脂柱→消毒→飲用純水
　　⒊ 特殊處理 在個別生活區(qū)或村鎮(zhèn)使用的自建集中式供水中，濁度、氟、砷、鐵、錳等指標超過生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范的要求，因而應采用特殊的處理工藝和設備。
　　二、管道分質(zhì)供水的水質(zhì)要求
　�、� 原水水質(zhì)要求
　　市政集中式供水為管道分質(zhì)供水原水時，其水質(zhì)必須符合《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》(2001年)的要求。在個別生活區(qū)或村鎮(zhèn)使用的自建集中式供水為管道分質(zhì)供水的原水時，其毒理學指標和放射性指標應符合《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》的要求。
　�、� 出水水質(zhì)要求
　�、� 特殊處理的管道分質(zhì)供水水質(zhì)要求 在某些自建集中式供水單位，為了改善其水質(zhì)達到生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范的要求，采用特殊處理方式，其管道分質(zhì)供應飲用水時，用戶龍頭水質(zhì)必須符合《
    生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》(2001年)的要求。
　�、采疃忍幚淼墓艿婪仲|(zhì)供水水質(zhì)要求 深度處理的管道分質(zhì)供水中不應有病原微生物，凈水中化學物質(zhì)不應危害人體健康，純水中不應存在有毒元素，而且應幾乎檢不出有機物和氯化副產(chǎn)物，有良好的口感，pH值適中(6.8～7.8)。管道分質(zhì)供應飲用凈水或純水時，用戶龍頭水質(zhì)應達到要求，其他項目均不得超過《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》(2001年)中所列的限值。
    2005年年底發(fā)生的松花江水污染事件，是對我國城市供水行業(yè)應對水源突發(fā)污染事件能力的極大考驗。本人作為應對水污染事件赴哈爾濱市的建設部專家組技術(shù)負責人，參加了這次水源污染事件中緊急恢復城市供水的戰(zhàn)斗�，F(xiàn)把水污染事件的有關(guān)情況和所采用的城市供水應急處理技術(shù)總結(jié)如下。
    1 松花江水污染事件和哈爾濱市自來水停水過程
    2005年11月13日13：36，中石油吉林化學工業(yè)公司雙苯廠發(fā)生爆炸，約100噸化學品泄漏進松花江，其中主要化學品為硝基苯，造成了松花江流域重大水污染事件，給流域沿岸的居民生活、工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴重的影響，引起了社會極大關(guān)注。
    我國《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB8383－2002）中硝基苯的限值為0.017mg/L，適用于集中式生活飲用水地表水源地。該濃度限值的主要參考依據(jù)源自美國環(huán)保局的保護人體健康的水質(zhì)基準，是以飲水健康影響為制定依據(jù)的。目前我國有關(guān)飲用水水質(zhì)的有關(guān)標準（《生活飲用水衛(wèi)生規(guī)范》（衛(wèi)生部，2001）、國標《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749－85）、《城市供水水質(zhì)標準》（建設部，CJ/T206-2005））均沒有硝基苯項目。但是，根據(jù)我國地表水環(huán)境質(zhì)量標準中飲用水水源地項目的制定依據(jù)，對于生活飲用水常規(guī)水處理工藝基本上無去除作用的污染物，應從水源水進行源頭控制，因此該硝基苯的水源水標準的濃度限值即等同于飲用水水質(zhì)標準。
    在此次污染事件中，松花江污染團中硝基苯的濃度極高，到達吉林省松原市時硝基苯濃度超標約一百倍，松原市自來水廠被迫停水。松花江發(fā)生嚴重硝基苯污染、松原市自來水已經(jīng)停水的消息11月19日傳到了哈爾濱市。根據(jù)當時預測，污染團到達哈爾濱市時的硝基苯濃度大超標約為30倍。由于哈爾濱市各自來水廠以松花江為水源，水廠現(xiàn)有常規(guī)凈水工藝無法應對如此高濃度的硝基苯，11月21日上午和22日上午哈爾濱市政府發(fā)出全市自來水供水將停水四天的公告。從11月23日23時起，哈爾濱全市正式停止市政自來水供水。根據(jù)哈爾濱市政府的要求，自來水供水企業(yè)將避開污染團高峰區(qū)段，然后在松花江水源水中硝基苯濃度尚超出標準的條件下，采取應急凈化措施，及早恢復供水，要求停水時間不超過四天。
    2 松花江水污染事件中的應對措施與效果
    城市自來水廠的常規(guī)處理工藝對硝基苯基本上無去除作用，混凝沉淀對硝基苯的去除率在2％～5％，增大混凝劑的投量對硝基苯的去除無改善作用。硝基苯的化學穩(wěn)定性強，水處理常用的氧化劑，如高錳酸鉀、臭氧等不能將其氧化。硝基苯的生物分解速度較慢，特別是在當時的低溫條件下。但是，硝基苯容易被活性炭吸附，采用活性炭吸附是城市供水應對硝基苯污染的首選應急處理技術(shù)。
    在本次松花江水污染事件中，沿江城市供水企業(yè)迅速采取應急措施，初步確定了增加顆�；钚蕴窟^濾吸附的水廠改造應對方案，并緊急組織實施。該方案要求對現(xiàn)有水廠中的砂濾池進行應急改造，挖出部分砂濾料，新增顆�；钚蕴繛V層。為了保持濾池去除濁度的過濾功能，濾池中剩余砂層厚度要求不小于0.4m，受濾池現(xiàn)有結(jié)構(gòu)所限，新增的顆�；钚蕴繉拥暮穸燃s在0.4～0.5m。當時哈爾濱市緊急調(diào)入大量顆�；钚蕴浚瑥�24日起在制水三廠和紹和水廠突擊進行炭砂濾池改造，于27日基本完成換炭工作，實際共使用顆粒炭800余噸。
    在初期的應急處理方案試驗中也進行了投加粉末活性炭的試驗，但是由于粉末炭投加量較小，并且是按照在凈水廠內(nèi)與混凝劑共同投加的方式進行的試驗，粉末炭的吸附時間不足，試驗結(jié)果對硝基苯的去除率僅30％～50％，不能滿足處理要求。
    11月23日建設部組成專家組，當晚趕赴哈爾濱市，協(xié)助當?shù)毓ぷ�。建設部專家組到達后，根據(jù)哈爾濱市取水口與凈水廠的布局情況，提出了增加在取水口處投加粉末活性炭的措施。哈爾濱市供排水集團的各凈水廠（制水三廠、紹和水廠、制水四廠）以松花江水為水源，取水口集中設置（制水二廠、制水一廠），從取水口到各凈水廠有約6km的輸水管道，源水在輸水管道中的流經(jīng)時間約1～2小時，可以滿足粉末炭對吸附時間的要求。經(jīng)過緊急試驗，確定了應對水源水硝基苯數(shù)倍超標條件下粉末炭的投加量為40mg/L，吸附后硝基苯濃度滿足水質(zhì)標準，并留有充分的安全余量。11月24日中午形成了實施方案，并于當日下午和晚上向省、市領(lǐng)導匯報，獲批準并組織實施。實施方案包括：25日在取水口處緊急建立粉末炭的投加設施和繼續(xù)進行粉末炭投加參數(shù)試驗，26日起率先在哈爾濱制水四廠進行生產(chǎn)性驗證運行，27日按時全面恢復城市供水。
    由此，在松花江水污染事件城市供水應急處理中，形成了由粉末活性炭和顆�；钚蕴繕�(gòu)成的多重安全屏障的應急處理工藝，即在取水口處投加粉末活性炭，在源水從取水口流到凈水廠的輸水管道中，用粉末炭去除水中絕大部分硝基苯，再利用凈水廠內(nèi)改造的炭砂濾池，進一步去除剩余的硝基苯，確保供水水質(zhì)。以上措施在實際應用中取得了成功。
    哈爾濱市制水四廠的凈水設施分為兩個系統(tǒng)，應急凈水工藝生產(chǎn)性驗證運行在其中的一個系統(tǒng)（87系統(tǒng)）進行，處理規(guī)模3萬m3/d，凈水工藝為：網(wǎng)格反應池→斜管沉淀池→無閥濾池→清水池。受無閥濾池的構(gòu)造條件所限，制水四廠的石英砂濾料無閥濾池未做炭砂濾池改造。11月26日12時，在水源水硝基苯尚超標5.3倍的條件下，應急凈水工藝生產(chǎn)性驗證運行開始啟動。經(jīng)過按處理流程的逐級分步調(diào)試（在前面的處理構(gòu)筑物出水穩(wěn)定達標之后，水再進入下一構(gòu)筑物，以防止構(gòu)筑物被污染），從26日22時制水四廠87系統(tǒng)進入了全流程滿負荷運行階段。27日凌晨2時由當?shù)匦l(wèi)生監(jiān)測部門對水廠濾后水取樣進行水質(zhì)全面檢驗，到早8時得出檢測結(jié)果，所有檢測項目都達到生活飲用水水質(zhì)標準。其中硝基苯的情況是：在水源水硝基苯濃度尚超標2.61倍的情況下(0.061mg/L)，通過在取水口處投加粉末炭40mg/L，經(jīng)過5.3km源水輸水管道，到哈爾濱市制水四廠進廠水處的硝基苯濃度已降至0.0034mg/L，已經(jīng)遠低于水質(zhì)標準的0.017mg/L，再結(jié)合水廠內(nèi)的混凝沉淀過濾的常規(guī)處理，濾池出水硝基苯濃度降至0.00081mg/L，不到水質(zhì)標準限值的5％。27日早4時以后，制水四廠進廠水中硝基苯已基本上檢不出。經(jīng)市政府批準，哈爾濱市制水四廠于27日11：30恢復向市政管網(wǎng)供水。根據(jù)制水四廠的運行經(jīng)驗，哈爾濱市的其他凈水廠（哈爾濱市制水四廠另一系統(tǒng)、制水三廠和紹和水廠）也采取了在取水口處投加粉末炭的相同措施，于27日中午開始恢復生產(chǎn)，晚上陸續(xù)恢復供水。從11月23日23時全市停止供水到27日恢復供水，全市停水時間不到四整天，完成了市政府下達的緊急恢復供水任務。
    哈爾濱市各水廠取水口處粉末炭的投加量情況如下：在水源水中硝基苯濃度嚴重超標的情況下，粉末炭的投加量為40mg/L（11月26日12時－27日11時）；在水源水少量超標和基本達標的條件下，粉末炭的投加量降為20mg/L（約一周時間）；在污染事件過后，為防止后續(xù)水中可能存在的少量污染物（來自底泥和冰中），確保供水水質(zhì)安全，粉末炭的投加量保持在5～7mg/L（其中，制水三廠和紹和水廠因廠內(nèi)已改造有炭砂濾池，取水口粉末炭的投加量為5mg/L；制水四廠因未做炭砂濾池改造，取水口處粉末炭投加量為7mg/L）。
    哈爾濱市緊急供水的經(jīng)驗為下游城市提供了寶貴的經(jīng)驗。位于下游依蘭縣達連河鎮(zhèn)的哈爾濱氣化廠負責為哈爾濱市提供水煤氣，煤氣生產(chǎn)要求不能停水。哈爾濱氣化廠所屬水廠為6萬m3/d規(guī)模，從取水口到凈水廠的距離約11km，輸水流經(jīng)時間5～6小時。在專家指導下，該水廠采取了與哈爾濱市相同的應急處理措施，在取水口處投加粉末炭，投加量50mg/L（隨著水源污染峰的到達，投加量從20mg/L依次增至50mg/L），再結(jié)合水廠內(nèi)應急改造的炭砂濾池（顆粒活性炭炭層厚度1.4m），依靠粉末炭和顆粒炭的雙重屏障，有效截留了水中的硝基苯。在水源水硝基苯濃度超標大十余倍的情況下，該廠勝利實現(xiàn)了不停水運行，以安全供水確保了哈爾濱市煤氣的正常供應。
    達連河鎮(zhèn)哈爾濱氣化廠應對硝基苯污染事故中硝基苯的去除情況見圖1和圖2。實際運行情況表明，對硝基苯的去除以粉末炭的去除作用為主，炭砂濾池則主要起到保險作用。對水源水中硝基苯的去除數(shù)據(jù)為：粉末炭平均去除率以進廠水計為94.6％，進廠水硝基苯平均濃度0.0056mg/L；加上混凝沉淀對細小炭粉顆粒的去除作用，粉末炭的總平均去除率為98.5%（以炭砂濾池前水計），炭砂濾池前硝基苯平均濃度0.0019mg/L；粉末炭加上顆粒炭的總?cè)コ�率平均�?9.4%（以濾后水計），濾后出水硝基苯平均濃度為0.0009mg/L。
3 粉末活性炭應急處理技術(shù)要點
    總結(jié)松花江水污染事件城市供水應急處理效果和后續(xù)的深入試驗研究成果，在取水口處投加粉末活性炭，利用水源水從取水口到凈水廠的輸送距離，在輸水管道中完成吸附過程，把應對硝基苯污染的安全屏障前移，是應急處理取得成功的關(guān)鍵措施。
    3.1 粉末炭應急處理的特點
    粉末活性炭的顆粒很細，顆粒的直徑為幾十微米，可以象藥劑一樣直接投入水中使用，吸附后再在混凝沉淀過程中與水中顆粒物一起分離沉淀。應急處理時粉末炭的投加量一般采用十至幾十mg/L，所需投加量由試驗確定。
    粉末活性炭的優(yōu)點是使用靈活方便，可根據(jù)水質(zhì)情況改變活性炭的投加量，在應對突發(fā)污染時可以采用大的投加劑量。不足之處是在混凝沉淀中粉末炭的去除效果較差，使用粉末炭時水廠后續(xù)濾池的過濾周期將會縮短。對于采用粉末炭應急處理的水廠，必須采取強化混凝的措施，如適當增加混凝劑的投加量和采用助凝劑等。此外，已吸附有污染物的廢棄炭將隨水廠沉淀池污泥排出，對水廠污泥必須妥善處置，防止發(fā)生二次污染。
    粉末炭的投加方法有濕投法和干投法兩種。粉末炭的包裝多為25kg或20kg袋裝，投加時粉塵很大，必須采取防塵措施。
    粉末活性炭的價格為3000～4000元/t。如按4000元/t計，每10mg/L粉末炭投加量的藥劑成本為0.04元/m3/（10mg/L投加量），應急處理中粉末炭的藥劑成本哈爾濱市為0.08~0.16元/m3，哈爾濱氣化廠為0.20元/m3。對于應急處理，此成本是完全可以接受的。
    3.2 粉末炭吸附所需時間和投加點
    粉末炭吸附需要一定的吸附時間，吸附過程可分為：快速吸附、基本平衡和完全平衡三個階段。粉末炭對硝基苯吸附過程的試驗表明，快速吸附階段大約需要30分鐘，可以達到約70％～80％的吸附容量；2小時可以基本達到吸附平衡，達到大吸附容量的95％以上。再繼續(xù)延長吸附時間，吸附容量的增加很少。在松花江水污染事件之后所進行的補充試驗中，詳細測定了粉末活性炭的吸附速度，見圖3。
    因此，對于取水口與凈水廠有一定距離的水廠，粉末炭應在取水口處提前投加，利用從取水口到凈水廠的管道輸送時間完成吸附過程，在水源水到達凈水廠前實現(xiàn)對污染物的主要去除。哈爾濱市取水口至凈水廠的輸水時間有1～2小時，達連河的哈爾濱氣化廠有5～6小時，粉末炭可以充分吸附，收到了很好的去除效果。
    對于取水口距凈水廠距離很近，只能在水廠內(nèi)混凝前投加粉末炭的情況，由于粉末炭的吸附時間短，并且與混凝劑形成礬花絮體后影響了粉末炭與水中污染物的接觸，造成粉末炭的吸附能力發(fā)揮不足，因此在凈水廠內(nèi)投加粉末炭時必須加大投加量。
    3.3 粉末炭的投加量
    應急事故中粉末炭的投加量可以用燒杯試驗確定。數(shù)據(jù)試驗用水樣應采用實際河水再配上目標污染物進行，由于水源水中存在多種有機物質(zhì)，存在相互間的競爭吸附現(xiàn)象，對實際水樣所需的粉末炭投加量要大于純水配水所得的試驗結(jié)果。圖4為污染事件后詳細補充試驗所得到的松花江原水和純水硝基苯配水的吸附等溫線。
    由于受后續(xù)的沉淀過濾對粉末炭去除能力的影響，粉末炭的投加量也不能無限大，實際中大投加量不宜大于80mg/L。對應于此投加量，可以計算出在進水硝基苯濃度超標40倍的條件下（C0=0.017×（40+1）＝0.697mg/L），吸附后的平衡濃度為0.010mg/L（對應的吸附容量為q=(0.697-0.01)/80=0.0086mg/L），距離水質(zhì)標準尚有一定的安全余量。即，對于80mg/L的大粉末炭投加量，可以承受的原水硝基苯大超標倍數(shù)約為40倍。對于超標倍數(shù)再高的原水，單純投加粉末炭的方法將無法應對。例如，對于超標65倍的原水，80mg/L粉末炭投加量吸附后的硝基苯平衡濃度為0.0175mg/L，超過水質(zhì)標準。
    對試驗數(shù)據(jù)得到的粉末炭投加量，在實際應用中還要考慮其他因素，包括：吸附時間長短、水處理設備（沉淀池、濾池）對粉末炭的分離效率、投炭設備的計量與運行的穩(wěn)定性、水源水質(zhì)波動、處理后水質(zhì)的安全余量等，因此必須采用充足的安全系數(shù)。根據(jù)以上所述的后期詳細補充試驗結(jié)果，在松花江水污染事件的城市供水應急處理中，哈爾濱和達連河當時所采用的粉末炭投加量留有了充分的余量，安全系數(shù)很大，在緊急條件下確保了應急處理的成功運行。
    4 結(jié)語
    在認真總結(jié)近期水污染事件城市供水應急處理技術(shù)的基礎上，在建設部的領(lǐng)導下，我們正在開展更為廣泛的系統(tǒng)研究，以建立可以應對各類污染物的城市供水應急處理技術(shù)。根據(jù)污染物及其應急處理的技術(shù)特性，我們把有關(guān)應急處理技術(shù)分為以下四類：
   （1）應對可吸附有機污染物的活性炭吸附技術(shù)；
   （2）應對金屬非金屬污染物的化學沉淀技術(shù)；
   （3）應對可氧化污染物的化學氧化技術(shù)；
   （4）應對微生物污染的強化消毒技術(shù)。
    目前我們正在編制《應對水源突發(fā)性污染事故的城市供水應急處理技術(shù)導則》，包括對各種污染物的建議應急處理技術(shù)和基本控制參數(shù)，以及所需的主要應急處理設施，希望能夠為我國的城市供水應急系統(tǒng)建設提供技術(shù)支持。

    《市供自來水經(jīng)粉狀活性炭吸附消毒優(yōu)質(zhì)管道制得飲用純水》源自：http://www.elan-themark.com