劉傳松

(邳州市環(huán)境保護局,江蘇 邳州 221300)

·環(huán)境預警·

活性氧化鋁吸附法在河道砷污染應急處置中的應用

劉傳松

(邳州市環(huán)境保護局,江蘇 邳州 221300)

以江蘇省邳蒼分洪道砷污染事件為例,介紹了活性氧化鋁吸附法在大型砷污染河流中的應急處置,對污染的背景、治污處理工藝水平、處理方案和過程進行探討。結果表明,該方法對大水量、中低濃度的水體砷污染治理有一定的效果,為今后此類事件的應急處置提供了借鑒。

活性氧化鋁;河流;砷污染;應急處置

砷是一種類金屬非金屬元素,單質砷無毒,但每一種砷化合物均有毒,特別是三價砷有劇毒,其對環(huán)境的污染,特別是對水質的污染越來越被人們所關注。自2008年到2009年初,中國先后發(fā)生了貴州獨山縣、湖南辰溪縣、廣西河池、云南陽宗海、河南大沙河和江蘇邳蒼分洪道等6起砷污染事件,砷污染呈集中爆發(fā)態(tài)勢,為人們敲響了警鐘。筆者對2009年初江蘇邳蒼分洪道砷污染事件中受污染水體的處理情況進行了總結,為砷污染應急處置提供了一定的借鑒。

1 事件背景

邳蒼分洪道是一條跨蘇魯交界的流域性河流,素有“洪水走廊”之稱,于1958年為分泄沂河洪水而開辟,上起山東省郯城縣江風口分洪閘,西南流經臨沂、郯城、蒼山等縣(市)境,于江蘇省邳州市注入中運河,全長74 km。邳蒼分洪道兩岸支流眾多,除分泄沂河洪水外,還承泄魯南山區(qū)諸河來水,區(qū)間流域面積2 450 km2,多年汛期平均徑流量5.47億m3。

2009年1月,魯南地區(qū)一家化工企業(yè)排放超標污水,使大量高濃度含砷污水隨支流進入邳蒼分洪道,導致東偏泓、城河、武河、沙溝河、黃泥溝和綱河等多條河流砷超標,邳蒼分洪道河水砷質量濃度分別為1.978 mg/L和0.512 mg/L,超出地表水Ⅲ類標準(0.05 mg/L)38.6倍和9.24倍,嚴重威脅流域50萬群眾生命安全和下游京杭大運河與駱馬湖飲用水源地的安全。環(huán)保部接到淮河水利委員會的通報后,立即通知山東、江蘇兩省,啟動應急預案,攔截超標污水。2009年1月14日,江蘇省邳州市迅速啟動應急處置方案,在邳蒼分洪道、城河等河道建設6處截流水壩,將450萬m3含砷污水團截留在邳州境內,有效阻止了事態(tài)的擴大。

事件發(fā)生后,在環(huán)保部組織下,江蘇和山東兩省多次協(xié)商,確立了上游污染地區(qū)為治污主體、下游全面配合的跨流域污染治理方案。提出了“兩個確?！?一是確保砷超標污水達標下排,二是根據(jù)魯南和蘇北氣象規(guī)律,確保汛期來臨前全部完成污水處理。在兩地政府的密切配合下,450萬m3含砷超標污水全部通過工程措施進行了處置,確保了沿線群眾的生產、生活安全。該事件的處置也成為團結治污、科學治污、開拓創(chuàng)新治污的典范。

2 應急處置方案的設計與實施

目前,國內處置砷污染的主要方法為吸附法和絮凝法兩種。絮凝法在點源污染治理中是比較成熟的技術,但是在河道水體處理中,存在后期河道底泥需要處置和受施工條件限制等問題,特別是處置后期沉淀區(qū)的河道含砷底泥有較大困難,極易造成二次污染。而吸附法能很好地解決這些問題,污染治理專家組經多次分析試驗,最終確定采用吸附過濾法作為處理工藝。這一方案也通過了環(huán)保部組織的專家論證。

2.1 活性氧化鋁吸附法簡介

活性氧化鋁是一種多孔性、高分散度的固體物料,呈白色或微紅色球狀,不溶于水及有機溶劑,但能溶于強酸、強堿,無臭,無味,無毒。在空氣中有吸濕現(xiàn)象,吸水后不脹、不裂、保持原狀,是一種多孔性高分散度的固體物料,有很大的比表面積,其微孔表面具有吸附功能?；钚匝趸X是用氧化鋁的水化物經400～600℃灼燒而成,或用一般的氧化鋁投加堿性金屬離子在400～500℃下灼燒成白色顆粒狀多孔吸附劑。

活性氧化鋁吸附法采用的是一種定形的、晶體狀的氧化鋁,零點電位電荷值為8.2,在近中性溶液中對許多陰離子有親和力,吸附過程包括表面絡合和離子交換。為提高活性氧化鋁的除砷效率及容量,宜先加入酸把p H值調節(jié)成微酸性,p H值為5時砷的吸附性最好,若考慮到絮凝物,p H值調節(jié)至6～6.5之間,再進行過濾最為合適。在中國大多數(shù)高砷地區(qū)的水質條件下,采用此種方法進行處理可以保證水中的砷質量濃度完全符合衛(wèi)生標準(0.05 mg/L以下)。并且每立方米(約830 kg)粒徑為0.4～1.2 mm的活性氧化鋁在處理4 000多m3的水之后,可以進行再生,再生液可選用1%的氫氧化鈉溶液,用量為濾料體積的4倍左右,再生后的活性氧化鋁可以重復使用[1]。

2.2 處理工藝

根據(jù)區(qū)域的條件優(yōu)勢等因素,吸附劑采用活性氧化鋁。其具體工藝路線為:在河流截污壩下游段筑活性氧化鋁高性能吸附壩,通過控制砷超標水體下泄流量,利用活性氧化鋁高吸附性能將水中的砷污染物去除,從而達到去除污染水體中砷的目的。處理后含砷氧化鋁再通過解吸洗砷,然后將砷進行濃縮沉淀與固化,進行無害化處置,氧化鋁可回收利用。該方案處理效率高、成本低、無底泥污染、操作簡單且不會對河流生態(tài)環(huán)境造成二次污染與破壞。

實驗室小試實驗成果:專家組采集城河邳城閘前砷質量濃度為0.4 mg/L的水體,用活性氧化鋁吸附柱對其進行處理,處理后出水砷質量濃度達到0.006～0.010 mg/L,完全可以滿足砷質量濃度<0.05 mg/L的標準。

在工程設計中,按照砷質量濃度<0.05 mg/L進行設計,以滿足排放要求。吸附壩主要采用直接人工堆砌的方法進行建設,將符合粒徑要求的吸附劑裝入一定孔徑的紗網袋中,堆砌筑壩。為減少吸附壩中出現(xiàn)的溝流和短流現(xiàn)象,將紗網袋設計容量按比例放大,在堆砌過程中保證吸附劑能夠在紗網袋中平鋪和流動,從而減少紗網袋之間的空隙,確保吸附壩的效果。此實施方案建設快,對施工條件要求不高,便于臨時增加吸附壩的高度和厚度,同時便于處理后吸附壩的拆卸。

2.3 處置方案

由于多條河流受到砷污染,在接環(huán)保部通知后,邳州市迅速關閉境內各條受污染河流的節(jié)制閘,通過截流控水,使受污染水體全部滯留于節(jié)制閘上。治污專家組針對多條河流分別設計了河流截污區(qū)處置方案。截污區(qū)處置總體方案是以各條河的節(jié)制閘為樞紐,在節(jié)制閘下游建3座壩,分別為一級吸附壩、二級吸附壩和控制壩。

一級吸附壩位于節(jié)制閘下游海漫段,沿河道走向建設成梯形,壩前設置土工布截留懸浮物。運行過程中通過提閘放水控制水流速度,將吸附壩前后水位控制在一定高度,確保過水停留的足夠時間,以保證吸附劑完成對砷的吸附。

當閘上高濃度砷超標區(qū)河水處理完畢后,逐步放開上游截污壩,并開啟上游節(jié)制閘小流量放水,將殘存含砷污水團推動下泄,最終將含砷污水全部推到治污節(jié)制閘下經吸附壩處理。

為防止吸附劑失活、吸附效果變差的可能性,在一級吸附壩下游700 m處建二級吸附壩,壩體邊側開導流明渠。當一級吸附壩出水水質砷質量濃度<0.05 mg/L時,直接由導流明渠排入二級吸附壩下游。當一級吸附壩出水砷質量濃度≥0.05 mg/L時,立即封閉導流明渠,啟用二級吸附壩。

當二級吸附壩出水水質不能滿足設計要求時,立即啟動升流式吸附反應器,來最終保障控制壩出水水質的達標。

在固定吸附壩穩(wěn)定運行的同時,采用移動式吸附處理方式,在污染河段內實施立體拉網式移動吸附,有效降低了污水含砷濃度,最大限度地加快了處置進度。

處置完成后,所有吸附料連同紗袋全部清理運出,進行后續(xù)處置。

2.4 處置過程

由于受污染水體涉及多條河流,以城河截污區(qū)治理為例(圖1)。城河邳城閘截污區(qū)總水量200萬m3,其中高濃度區(qū)120萬 m3,上游砷低濃度超標區(qū)80萬 m3。2009年 2—3月初,完成現(xiàn)場勘測、實驗室小試。3月15日吸附壩體建成、閘壩調控方案確定,開啟邳城閘,開始實施吸附壩吸附治污。初始河水流速約2 m/s,吸附壩體上下河水控制落差約60 cm,以后以約6萬m3/d的流量放水,經1個多月的連續(xù)治理,到4月18日,城河受污染水體全部治理完畢,并經連續(xù)4 d跟蹤監(jiān)測,邳城閘上河水砷質量濃度穩(wěn)定小于0.05 mg/L。4月25日吸附壩拆除,運出進行后續(xù)處理。

圖1 城河截污區(qū)污染治理示意

在污染治理的后期,由于一級吸附壩連續(xù)運轉,吸附效果下降,治污專家組啟動了二級吸附壩同時工作,保證了控制壩上的水質達標排放。

3 水質監(jiān)測結果

3.1 污染前河道例行監(jiān)測水質狀況

邳蒼分洪道國控艾山西大橋斷面2008年例行監(jiān)測結果顯示,斷面水體總砷質量濃度全部低于檢測限。

3.2 砷污染時河道水質情況

以城河邳城閘上水質變化情況為例(圖2)。由于邳城閘落閘較早,砷超標水體的峰頭被有效控制在邳城閘以上2 km河段區(qū)域,砷的平均質量濃度在0.2 mg/L左右。

圖2 城河截污區(qū)治理前(邳城閘上)砷質量濃度變化趨勢

3.3 應急處置跟蹤監(jiān)測水質狀況

自3月15日吸附壩開始運行以來,經跟蹤監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示,城河下游控制壩水質砷質量濃度均低于《地表水環(huán)境質量標準》(GB 3838—2002)Ⅲ類標準(限值0.05 mg/L)。治理期間一級吸附壩出水水質曾出現(xiàn)超標現(xiàn)象,專家組迅速啟用二級吸附壩,確保了控制壩上水質達標排放。在整個治理期間,邳城閘上單樣砷質量濃度范圍在0.097～0.216 mg/L之間,均值為0.159 mg/L;一級吸附壩下單樣砷質量濃度范圍在0.010～0.096 mg/L之間,均值為0.051 mg/L;控制壩單樣砷質量濃度范圍在0.010～0.046 mg/L之間,均值為0.032 mg/L(圖 3)。

圖3 城河截污區(qū)治理期間砷質量濃度變化趨勢

4 結語

砷是劇毒和致癌物質,水體砷污染的治理已成為長期以來困擾環(huán)境領域的難題,尤其對于龐大的河流、湖泊水體砷污染治理,國內外并沒有可以借鑒的成功案例。目前,水中砷污染的去除,主要有物理法、化學法和生化法[2]。以2008年10月河南大沙河砷污染治理為例,該河流的治理方法主要是通過在河水中投加藥劑,使砷氧化、吸附后集中沉入河底,上部清水達標下排,此法對大沙河高濃度砷污染水體(單樣砷質量濃度最高值達8.585 mg/L,超出地表水Ⅲ類標準限值0.05 mg/L的170.6倍)處理效果較好[3],但存在著底泥污染和二次處置問題。與大沙河治污相比,邳蒼分洪道砷濃度最高峰值為1.978 mg/L,超出地表水Ⅲ類標準38.6倍,截污區(qū)整體砷質量濃度均值在0.2 mg/L以下,屬中低濃度污染,適宜用吸附劑吸附過濾進行處理。該法在邳蒼分洪道砷污染水體處理應用過程中,表現(xiàn)出了較高的處理效率,而且處理成本低,操作方法簡便,處理過程中也沒有對底泥產生二次污染,對于今后大水量、中低濃度的河流砷污染處理有較好的借鑒意義。

[1]苑寶玲,李坤林,邢核,等.飲用水砷污染治理研究進展[J].環(huán)境保護科學,2006(1):17-19.

[2]江世強.砷及其化合物的水污染治理研究進展[J].醫(yī)學文選,2004,23(3):364-367.

[3]王玲玲,多克辛,徐廣華,等.一起河流砷污染事故的處置與監(jiān)測分析[J].中國環(huán)境監(jiān)測,2010,26(1):34-37.

Activated Alumina Adsorption Law in River Course Arsenic Pollution Government Application

LIU Chuan-song
(Pizhou Environmental Protection Agency,Pizhou,Jiangsu 221300,China)

Taking the management of arsenic pollution in Picang flood diversion channel in Jiangsu Province as an example,introduces the application of the activated alumina absorbent to the arsenic polluted rivers,and makes a discussion about the pollution background,the technological level of pollution management,the processing plan and the procedure.Consequently,this method is proofed to has effects to the management of arsenic pollution with a large quantity and a low or moderate concentration.It can be adopted under similar circumstances in the future.

activated alumina;rivers;arsenic pollution;emergency response

X832

A

1674-6732(2011)-02-0013-04

10.3969/j.issn.1674-6732.2011.02.004

2010-12-16;

2010-12-28

劉傳松(1972—),男,工程師,本科,從事生態(tài)保護工作。

(本欄目編輯 周立平)