典型水污染事故应急处置实用技术

当前水污染事故频发多发态势仍未改变，且突发水污染事故处置有预案、缺技术、少装备的问题依然突出。为满足我国水污染事故应急处置需求，综合考虑应急处置技术的去除、稳定性、设备化、机动化、可操作性和适应性等关键因素，重点探讨了水体藻华、重金属和有机物以及水面油类等污染的实用处置技术，优选出移动式藻华高效打捞脱水一体化处置船、化学絮凝耦合超磁分离技术、集约式一体化快速生化污水处理技术、异相催化氧化等高效处置技术，研究成果可为今后突发水污染事故应急处置提供有效支撑。

引用本文：张统,倪贺伟,王守中，等. 典型水污染事故应急处置实用技术探究［J］. 给水排水，2024，50（6）：92-98.

一、水体藻华应急处置技术

水体富营养化易导致藻华暴发，可改变水体理化环境，降低水体自净功能，引起水质恶化，导致水生生物大量死亡。因此，根据藻类的生长特性，在其预暴发期和暴发期分别采取针对性的防控措施。

1. 藻华预暴发期应急处置

藻华暴发是由水体物理、化学和生物等多种因素共同作用的结果。通过对藻华暴发时机和强度进行预测预警，及时采取调控措施，避免藻华发生或将藻华的危害降至最低。水体中叶绿素a的含量可作为藻华暴发的指示指标，该指标与水体水温、总磷、总氮、氨氮以及来水量密切相关。研究发现，当叶绿素a浓度超过30 μg/L和60 μg/L时，分别代表藻华已有出现和问题严重两种情形，据此可作为藻华暴发早期预警的重要参考。2021年江苏省公开发布了修订后的《江苏省太湖蓝藻暴发应急预案》，其中选取藻华面积大于湖面面积的20%，且水体平均叶绿素a浓度达到20 μg/L时，立即启动Ⅲ级响应。此外，可采用卫星遥感监测技术开展水体藻华的监测和预报预警。遥感技术具有大尺度、连续性、长时序等特点，并且还能发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征。通过加强藻华生长状况的预测，对藻华暴发的前期，采用生物性藻华抑制剂，如环保酵素，可显著抑制藻类生长。环保酵素制备方法简单，成本低廉，可避免二次污染。

2.蓝藻暴发期应急处置

藻华暴发期间蓝藻生命力旺盛，会大面积出现，水面呈鲜绿色，水透明度极低。此时化学除藻手段效果较差，而机械打捞除藻不但能去除大量蓝藻，还能带走水体中的营养盐，是一种绿色高效处置方式。按照藻水收集、絮凝分离、浓缩、脱水等作业流程及与之配套的专用设备形成移动式藻华打捞压缩一体化高效处置船（以下简称移动式一体化处置船），可实施蓝藻快速打捞和有效处理，其工艺流程如图1所示。

 

 

图1 蓝藻打捞压缩一体处置船处理工艺路线

移动式一体化处置船的船首采用水平刮板，行进中在不扰动漂浮藻华的同时，可收集水面表层30～50 mm厚度的蓝藻；在藻水进入浓缩舱后，先停留片刻，降低藻水扰动，使蓝藻恢复漂浮状态，之后不断排出下层清水，实现蓝藻浓缩。

蓝藻提升装置是利用专门设计的吸藻头只吸进被浓缩的蓝藻，而避免其他固体物质的进入。之后采用混凝剂和助凝剂将蓝藻转变为絮体钒花，增加蓝藻的几何尺寸和上浮能力；利用藻水分离装置将蓝藻絮体钒花与清水分离，排出部分清水，减轻压滤机负荷；最后，经压滤将蓝藻絮体钒花进一步脱水成滤饼，减少蓝藻体积。

某型号移动式一体化处置船已应用于太湖蓝藻应急处置，性能表现良好。该船长21 m、宽6 m，具有如下特点：①适应能力强、灵活机动。在水深0.6 m以上、藻水体积浓度为5.46%～80.0%以及风速在3.8 m/s以下均可以作业。当有定向风时，藻华会到下风向聚集，更能发挥其灵活机动高效除藻功能；②处置效率高，可同时去除水中氮磷。该船每小时可处理6000 m?受污染水体，产出藻泥4 t，蓝藻脱水后的藻泥含水量低于88%，每天打捞出蓝藻干物质中氮磷含量相当于7万t/d的污水处理厂的处理能力；③低能耗、低成本。藻华打捞脱水一体化，在原位就地进行藻水分离脱水，减少了岸基藻水分离脱水建设用地和建设成本，同时也减少了运输量，成本显著降低；④回收可利用性好。处理过程未对蓝藻藻细胞造成破损，不会产生二次污染，压缩后藻饼性状好，易包装运输，后续可用于堆肥或沼气池，实现蓝藻无害化、资源化利用。

二、水体重金属污染应急处置技术

水体重金属污染应急处置现场，需要考虑重金属类型、浓度，以及水量和水流速度对其扩散的影响等因素，选择操作便捷、去除效率高、环境适应性强的处置技术。根据具体情况，结合截流引流技术，将受镉、汞、镊、铜、锌、银、铊等重金属污染水体引入到化学沉淀耦合超磁分离装置中，通过添加磁粉、絮凝剂后迅速进行超磁分离处置，在几分钟内即可完成重金属的去除和污泥分离；对于无法产生絮凝沉淀的重金属或大流量浓度低的重金属污染，可采用吸附法处理。

1.化学沉淀耦合超磁分离净化技术

化学沉淀耦合超磁分离处理工艺如图2所示。

①在磁絮凝反应器中污水首先与磁粉混匀；重金属在化学沉淀剂和混凝剂的作用下与磁粉结合，形成以磁粉为“核”的磁絮体；

②磁絮体进入磁盘分离机，在磁盘迅速被吸附；磁盘在旋出水面时，经刮渣条将磁絮体脱离磁盘；

③磁絮体在解絮机的作用下破坏磁絮体结构释放出磁粉，经回收机实现循环利用，而分离的污泥进入污泥池处理。

 

 图2 化学沉淀耦合超磁分离处理工艺

 

该过程中，重金属与化学沉淀剂和混凝剂首先与水中胶体、颗粒物等形成带负电的微絮体，并与外加带正电荷的磁粉异性相吸，形成了以磁粉为核心的磁絮体，其Zeta电位显著降低，相互间斥力减小，促进了磁絮体的快速聚合。当其粒径为175 μm左右时，磁分离效果和磁粉利用率综合最优，且絮凝时间较短。超高速稀土磁盘固液分离技术与设备的磁盘表面进行了改性及优化控制，实现“柔性吸附”，有效防止絮凝体的解絮；利用断面为梯形的弹性刨条，解决难契合、刮不匀、磨损大的问题，实现磁絮体高速吸附、连续解絮和磁粉高效回收。

该工艺设备中，超高速稀土磁盘分离机表面场强高达4 300 Gs，盘间距20 mm，最大过流速度1600 m/h；有效分离时间小于5 s，解絮率达99.5%，磁粉回收率达99%；污泥排放率小于1‰，污泥含水率小于96%。该磁分离工艺设备（处理能力为2万m?/d）已成功应用于2017年洛阳市栾川县某钼业公司尾矿库坍塌导致的河道钼水污染应急处置，设备自动化程度高、占地面积少、可快速部署、操作简单、稳定性强，现场处理高效；对于事故现场实施条件，该工艺设备比常规混凝沉淀工艺更为合理、适应性更强。

2.吸附法

对于量大而浓度低的重金属或不能使用化学沉淀法去除的重金属，可采用吸附法进行应急处置。吸附法因其吸附效率高、操作方便、易回收、应用范围广、环境友好，广泛用于水体污染应急处置。

目前常用的吸附材料有碳类吸附剂、矿物吸附剂和高分子吸附剂。碳类吸附剂中，利用农业废弃物、生物残骸、藻类等加工生产的生物质吸附剂，具有相对较高的吸附容量、且易生产、低成本等优势；矿物吸附剂中的沸石，作为一种天然、环保的多孔硅铝酸盐矿物，内部含有许多的空穴和通道，具有吸附、离子交换和截留水中悬浮物等多功能，可用于应急处置水中的Zn²⁺、Fe²⁺、Ca²⁺、Pb²⁺、Mg²⁺、Cu²⁺等重金属离子，具有处理时间短、去除率高、耐负荷冲击等优点；高分子吸附剂如吸附树脂和离子交换纤维，具有吸附容量大、高吸附效率、适应性强和可重复利用等优点，吸附效率达到普通吸附剂的15倍以上。

三、水体有机污染物应急处置技术

水污染事故中溶解性有机污染物，可根据其生物降解难易程度，分别采用生物降解处置技术和高级氧化处置技术。

1. 生物降解有机污染物应急处置技术

对于易生物降解有机污染物，可采用集成度高的一体化快速生化污水处理技术（RPIR）。RPIR是通过优化反应装置结构，将曝气供氧、气升环流、生化作用、沉淀分离功能集于一体，提高废水中氧浓度，促使活性污泥与水中污染物充分接触，加速有机物的降解。

该装置外形设计为圆筒形，具体工作原理为：

①污水首先进入生物膜反应器，内部有大量的生物膜，可以吸附和分解污水中的有机物；

②生物膜反应器内部设置有气升装置，通过向下喷射气体，形成气升流，使水体上升；

③气升流将水体带到沉淀池中，形成环流；

④沉淀池中水体经过沉淀作用，污泥沉淀到池底，清水从上部流出。

该设备特点为：

①启动快，设备运输至现场后，只需简单拼接组装和连通电路即可。

②处理快，反应器内污泥浓度高，可达5500 ～6000 mg/L，有效水力停留时间为6.6 h。

③处置效率高，在高效去除COD的同时，还可去除氨氮、总氮及总磷。

④运行稳定、抗冲击能力强，污泥浓度是传统污泥法的2倍，较高的微生物量保证其具有强抗环境冲击能力。

⑤建设运营成本低，占地面积小，污泥无动力全回流，节能效果明显，运行费用低。

2. 难生物降解有机污染物应急处置技术

难生物降解有机污染物是突发性水环境事故中的典型污染物类型。2005年吉化双苯厂、2015年天津港和2019年江苏响水等爆炸事故的特征污染物分别为硝基苯、氰化物和苯胺，均为有毒有害的难生物降解有机污染物。且事故状态下的污染物浓度往往较高，如2005年松花江水污染事故中，硝基苯浓度最高超过集中式生活饮用水地表水源地特定标准限值（0.017 mg/L）数百倍。对于高浓度难生物降解有机污染物的去除，采用传统的废水处理工艺通常难以获得理想的去除效率，而以自由基氧化为基础的高级氧化技术，如异相催化氧化、非均相催化臭氧氧化、电化学氧化技术等具有良好的效果。可高效去除难生物降解有机物。

（1） 异相催化H2O2氧化技术

异相催化H2O2氧化属于高级氧化方法，将催化活性成分复合到固相载体中，控制体系pH值，催化H2O2分解产生羟基自由基（·OH），该自由基在常温常压下浓度为1 mol/L时氧化还原电位可达2.8 Ｖ ，能将吸附在催化剂表面难降解有机污染物转化为二氧化碳和水，其流程如图3所示。

 

图3 异相催化氧化技术工艺流程

其特点为：

①缓释型固体催化剂一次投加能反复多次使用；

②处置效率高，可在0.5～2 h 内有效处理难降解有机物；

③适应能力强，既可直接用于难降解有机物处理，实现达标排放，又可生化处理的前处理，起到降低毒性，提高可生化性的目的；

④催化剂密度大，易分离；

⑤污泥产量低；

⑥处理费用适当，占地省。

异相催化H2O2氧化技术处理盐城“3.21”事故废水，投加H2O2浓度为15.8 g/L，经过2 h处理后，事故原水COD浓度由2860 mg/L降至76 mg/L，去除率达97%。

3.2.2 非均相催化臭氧氧化技术

臭氧催化氧化是指通过加入过渡金属离子作为催化剂，改善臭氧在液相中的传质和分解速率，促进臭氧在水中自分解，产生羟基自由基(·OH)，迅速分解有机物，另外，臭氧本身具有氧化能力，添加的催化剂以其大比表面积吸附有机污染物，增大了臭氧与有机污染物的碰撞概率，提高了反应速率。

非均相臭氧催化氧化法采用的是固态催化剂，常用的有MnO2、FeOOH、CeO2、TiO2、Al2O3以及带电的金属氧化物等。Mn及其氧化物可提供多变的晶体结构，Fe及其氧化物有利于催化剂的回收和循环利用，Ce及其氧化物可提供丰富的酸碱点位，Cu及其氧化物可提供活性反应中心。

非均相催化臭氧氧化技术特点：

①反应速度快、处理效率高；

②反应温和，催化剂易分离和回收，处理成本低；

③工艺简单、易操作，可实现自动化控制；

④绿色环保，无二次污染。

该技术的特点，决定了其可有效地处理事故废水难以降解的有机污染物，提高废水处理的效率和质量；同时，在实际场景还需要根据废水的具体成分和特性，注意催化剂的选择和投加量、反应体系pH 的回调等细节，以达到最佳的处理效果。

（3） 电化学氧化技术

电化学氧化是一种清洁绿色技术，其有两种途径氧化有机污染物，一是直接氧化，即废水中的有机物直接在阳极失去电子而被直接氧化；二是间接氧化，即通过阳极反应生产具有强氧化作用的中间产物如(·OH)自由基，进一步氧化难降解有机物。

电化学氧化技术具有如下特点：

①处理过程不产生污泥；

②不需调节废水pH即可达到理想处理效果；

③反应一般在常温下进行，温度升高，反应会加速，温度超过60℃则会影响阳极寿命；

④有机物降解率高；

⑤占地面积小，设备可车载化，便于运输和现场安装；

⑥工艺简单、操作便捷，无需投加其他药剂。

同时，对于一般的阳极材料，电化学氧化技术使用中可能存在电极材料活性低及反应过程传质速率慢，选择电导率好、析氧电位高、氧化性强的阳极是关键，不仅决定电极反应的发生，还显著影响反应动力学过程和阳极使用寿命以及装置反应的可持续性。PbO2电极电阻率低、化学性质稳定、耐蚀性好，充放电可逆、价格低廉，且可通过大电流、氧化能力强，是用于制备阳极材料的优选。MOC电极是新一代电极，由钛基材和石墨烯经特殊技术处理制成，核心在涂层为石墨烯，该物质是已知的最薄、最坚硬、电阻率最小材料。MOC电极具有超大比表面积，极强的导电性，电子在石墨烯中的传输速度比硅快10多倍；超高强度，其硬度高于金刚石，同时韧性优良；电阻小，能耗低、寿命长；电流大，电流密度达300～1 000 A/m?；结垢后可自动倒极除垢；产生的气体，通过配套负压抽吸罩以及气体吸收塔进行处置。因此，PbO2电极和MOC电极构成的成套设备具有用于电化学氧化事故现场水体中难降解有机物的巨大潜力。

四、油类污染应急处置技术

溢油事故导致的油类污染可采用围油栏、吸附材料等物理法以及溢油分散剂、凝油剂等化学法应急处置。物理吸附法操作简单、成本较低，较为常用。溢油应急处置中涉及的围油栏、收油机、船用吸油毡、吸油托栏、溢油分散剂等设备或产品，国家或行业相关标准已明确了其技术指标要求，在使用时须严格遵守。

1. 物理法应急处置技术

溢油发生时应迅速用围油栏将其控制，防止溢油扩散；然后识别溢油源，及时采取控制措施，防止继续发生溢油。

（1） 溢油围控

溢油围控是采用围油栏的方式，按照污染类型和范围选择合适的款式，有效控制油污。汽油、石脑油等易燃油品溢油时，内侧第一层优先使用阻燃防火围油栏；对于风大、浪高、流急水域的溢油，可优先选择双体围油栏或充气式围油栏。双体围油栏较为轻便灵活、免动力免充气，易操作、强度高、布放快、滞油能力强。充气式围油栏强度高，浮力大、本体柔软，耐油且耐磨，使用寿命长，存储运输方便。海湾型充气式围油栏适用于河、湖、浅海水域，海洋型充气式围油栏适用于风大、浪高、流急的水域。

（2） 溢油回收：溢油的回收是在设置围油栏后，在尽量避免扰动情况下，使用撇油器等专用机械设备或吸油材料将油从水面分离回收。

吸式撇油器通过泵或空吸系统直接从溢油水面或通过围油堰吸油，适合回收不同粘度的溢油；粘式撇油器由亲油材料做成带、桶、盘或由合成亲油纤维绳组成，适合回收中等粘度溢油；高粘度油可选择螺杆泵式撇油器。对于难以回收的轻质油，可采用电磁流体海洋溢油回收技术，该技术根据海水与油导电性不同，在磁场和电场作用下，油和水“分道扬镳”，实现分离。

当清除围油栏以外未扩散的油或围油栏内较薄油层时，或者溢油达到岸边不易处理时，可采用溢油吸附材料处置。熔喷聚丙烯吸油材料具有重量轻、吸油量大、能吸收不同粘度溢油，且价格低，用于溢油回收和污油清除等。

2.化学法应急处置技术

化学法应急处置主要涉及溢油分散剂和凝油剂。溢油分散剂可直接将水面溢油分散到水体中。国家出台的相关标准已明确了油分散剂的产品性能指标、使用准则和适用范围。因此，须使用合格的分散剂，且溢油分散剂喷洒量应严格按照规定的比例来合理使用。溢油分散剂是在不适宜回收或者易产生火灾风险时，且溢油类型和水温符合时使用，而水温度高、风浪大、溢油未完全乳化是最佳使用时机。

凝油剂可使溢油凝结，形成便于回收的凝结物。对于轻质原油，由于其挥发性组分较多，溢油区充满了油气，使用凝油剂可降低其蒸气压，使之凝结，避免或降低火灾发生的风险。

五、结语与建议

基于国内水污染事故发生类型，作者结合在水污染处置技术的应用实践，对藻华暴发处置、水体中重金属和有机物以及水面溢油油污污染的应急处置实用技术进行探究，梳理出快速、高效、操作便捷且适宜水污染事故场景的系列应急处置方法（见图4），为应急决策提供有效技术支持。

 

图4 典型水污染事故应急处置整体技术框架

今后应加强水污染应急处置技术与自来水厂水净化技术协同研究，确保饮用水源受事故污染时仍能保障供水需求；尽早研编事故状态应急处置技术和排放要求的指导性标准，统筹考虑事故场景的复杂性、多变性条件，构建引导性、指南性、可调节性综合指标体系，保障事故状态下水处理工作有章可循；加强新污染物事故和核化生等恐怖袭击造成的污染事故应急处置技术研究；增强多污染物共存条件下协同控制高效一体化处置技术及装置研究；加强事故指纹溯源等预报预警技术研究，为保障我国水生态环境安全提供技术支持。

微信对原文有修改。原文标题：典型水污染事故应急处置实用技术探究；作者：张统、倪贺伟、王守中、魏峨尊、李志颖；作者单位：北京特种工程设计研究院、华夏安健物联科技（青岛）有限公司、北京博源安环科技有限公司。刊登在《给水排水》2024年第7期。