城市水源水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及應(yīng)急處理方法研究.pdf

1、供水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分,與城市發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定息息相關(guān)。近年來,受環(huán)境變化、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活的影響,我國水環(huán)境質(zhì)量呈現(xiàn)惡化趨勢,而居民對(duì)于飲用水質(zhì)量的要求卻不斷提高;同時(shí),在持續(xù)性污染尚未得到徹底控制的情況下,以交通事故、生產(chǎn)事故和違規(guī)排放為代表的各類突發(fā)性水污染事件發(fā)生頻率日漸升高,危害日益增大,給城市供水安全帶來了新的隱患。目前,我國許多城市開始有計(jì)劃的進(jìn)行水質(zhì)安全保障研究,分析潛在威脅,研究應(yīng)對(duì)方法,制定應(yīng)急預(yù)案。

2、但是,不同城市、不同水廠的水源情況、水質(zhì)狀況、潛在污染源、可能發(fā)生的污染情景不同,水廠所采用的工藝和所具備的資金、技術(shù)、應(yīng)急設(shè)施也有所差異,因此,需針對(duì)特定研究對(duì)象有針對(duì)性的開展水質(zhì)安全保障研究。本文以西北某市供水系統(tǒng)為研究對(duì)象,針對(duì)系統(tǒng)在水源水質(zhì)、污染風(fēng)險(xiǎn)及凈水能力等方面存在的問題,重點(diǎn)開展水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、水質(zhì)變化趨勢分析與預(yù)測、潛在污染源與污染特征分析及應(yīng)急處理方法等方面的研究。主要研究內(nèi)容包括：
　　⑴建立了基于主成分分析的模

3、糊綜合評(píng)價(jià)模型。針對(duì)傳統(tǒng)評(píng)價(jià)模型存在的評(píng)價(jià)因子選取主觀性強(qiáng),評(píng)價(jià)結(jié)果可比性差及超標(biāo)存在性表述不直觀等問題,以模糊評(píng)價(jià)原理為基礎(chǔ),建立了基于主成分分析的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。利用主成分分析的降維原理篩選評(píng)價(jià)因子,降低主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響;以級(jí)別特征值J作為同級(jí)別水體水質(zhì)狀況比較和超標(biāo)因子存在性判定的依據(jù),提高評(píng)價(jià)模型的實(shí)用性。研究結(jié)果表明,當(dāng)級(jí)別特征值J大于2時(shí),無論最終評(píng)價(jià)結(jié)果如何,均表明評(píng)價(jià)水體存在超標(biāo)因子,且J值越大,水體狀況越差;

4、以篩選后的水質(zhì)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)因子,所得J值能更準(zhǔn)確的反映超標(biāo)因子的存在性,使得最終評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)。
　?、品治隽税咐鞘兴畯S原水主要水質(zhì)指標(biāo)的變化趨勢。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法和季節(jié)性肯達(dá)爾法對(duì)案例城市地表水源水廠和地下水源水廠原水主要水質(zhì)指標(biāo)的變化特征進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:地表水源水廠原水中表征有機(jī)物含量的指標(biāo)高錳酸鹽指數(shù)、化學(xué)需氧量以及表征水體富營養(yǎng)化的指標(biāo)總氮,呈現(xiàn)上升趨勢,水廠有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)、藻類爆發(fā)風(fēng)險(xiǎn)、消毒副產(chǎn)物

5、生成風(fēng)險(xiǎn)升高;地下水源水廠原水天然水化學(xué)特征并未發(fā)生不利變化,微生物類指標(biāo)(細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌群)不斷降低,營養(yǎng)鹽成分穩(wěn)定,有機(jī)污染風(fēng)險(xiǎn)小,但錳、亞硝酸鹽污染風(fēng)險(xiǎn)較高;在所研究水體水質(zhì)季節(jié)性變化特征不明顯,漏測值、奇異值個(gè)數(shù)較少,且僅需對(duì)變化趨勢做定性評(píng)價(jià)時(shí),Spearman秩相關(guān)系數(shù)法與季節(jié)性肯達(dá)爾法評(píng)判結(jié)果基本相同,且Spearman秩相關(guān)系數(shù)法計(jì)算簡便,對(duì)數(shù)據(jù)量要求較小,在實(shí)際應(yīng)用中更便于推廣。
　　⑶建立了基于Lyapun

6、ov指數(shù)的原水水質(zhì)混沌預(yù)測模型。以混沌學(xué)原理為基礎(chǔ),以混沌學(xué)在其它學(xué)科的研究成果為參考,建立了基于Lyapunov指數(shù)的原水水質(zhì)混沌預(yù)測模型,探討了采用混沌學(xué)原理分析原水水質(zhì)序列變化特征的可行性。研究結(jié)果表明,原水水質(zhì)序列可能存在混沌特性,利用文中提出的混沌預(yù)測模型可以實(shí)現(xiàn)短期內(nèi)水質(zhì)變化的預(yù)測,平均預(yù)測誤差低于10％,為周期性水質(zhì)高負(fù)荷風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測提供了一種新的途徑。
　?、却_定了案例城市水源地污染風(fēng)險(xiǎn)源類型及污染方式。通過現(xiàn)場調(diào)查

7、和資料收集的方式,對(duì)案例城市水源保護(hù)區(qū)內(nèi)潛在的污染源種類、可能發(fā)生的污染情景以及可能造成的污染影響進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:地表水源保護(hù)區(qū)潛在污染源以突發(fā)性污染源為主,污染特征表現(xiàn)為短時(shí)間內(nèi)污染物的大量排放,而地下水源保護(hù)區(qū)潛在污染源以常規(guī)污染源為主,污染特征表現(xiàn)為長時(shí)間的持續(xù)性污染積累;案例城市地表水源保護(hù)區(qū)面臨事故源、工業(yè)源、流域源、內(nèi)部源及自然災(zāi)害源五類潛在突發(fā)性污染源的威脅,可能發(fā)生石油類污染、氮磷污染、重金屬污染(鎘、鉻)等多種污

8、染形式;地下水源保護(hù)區(qū)內(nèi)潛在污染源類型可分為工業(yè)源、補(bǔ)給源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)源、居民生活源及固體廢物源,可能引發(fā)有機(jī)污染、氮元素污染等多種污染形式,其中以氨氮污染最為顯著。
　?、稍u(píng)估了水廠常規(guī)工藝對(duì)主要風(fēng)險(xiǎn)污染物的去除效果。以有機(jī)物、總磷、重金屬(鎘、鉻)三類典型風(fēng)險(xiǎn)污染物為研究對(duì)象,分析了混凝+沉淀+過濾+消毒的常規(guī)工藝的凈水效果,研究結(jié)果表明:常規(guī)工藝對(duì)CODMn的平均去除率為38.3%,去除能力有限,但通過強(qiáng)化混凝的方式可滿足當(dāng)前

9、水質(zhì)狀況下凈水安全的需要;常規(guī)工藝對(duì)總磷的去除率約為60%-90%,去除效果較好,出水安全風(fēng)險(xiǎn)較小;常規(guī)工藝可應(yīng)對(duì)六價(jià)鉻和二價(jià)鎘的最大污染強(qiáng)度分別為0.150mg/L和0.025mg/L,不能滿足應(yīng)急處理的需要,安全風(fēng)險(xiǎn)較大。
　?、侍岢隽税咐鞘袘?yīng)急處理系統(tǒng)建設(shè)方案。針對(duì)案例城市地表水源水廠和地下水源水廠面臨的不同水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和具備的不同應(yīng)急條件,以試驗(yàn)結(jié)果為依據(jù),提出了建設(shè)以粉末活性炭投加系統(tǒng)+化學(xué)藥劑投加系統(tǒng)為核心的地表水源水廠

10、應(yīng)急處理系統(tǒng)和以高錳酸鉀氧化+砂濾工藝為核心的地下水源水廠應(yīng)急處理系統(tǒng)。研究結(jié)果表明,粉末活性炭吸附法和化學(xué)沉淀法對(duì)以重金屬污染物為代表的多種突發(fā)性污染物具有較好的去除效果,是目前較為常用的突發(fā)性水污染應(yīng)急處理方法;將地表水源水廠應(yīng)急處理系統(tǒng)建于案例城市地表水引水工程匯流池管理站可實(shí)現(xiàn)應(yīng)急處理的“關(guān)口前移”,降低進(jìn)廠原水污染物負(fù)荷,最大限度的降低污染事件對(duì)水廠常規(guī)工藝的影響,提高水廠出水水質(zhì)安全保障系數(shù);高錳酸鉀氧化+砂濾工藝在進(jìn)水錳≤