8月8日21時19分，四川阿壩藏族羌族自治州九寨溝縣（北緯33.20度，東經103.82度）發生7.0級地震，震源深度20公里。
8月9日7時27分，在新疆博爾塔拉州精河縣（北緯44.27度，東經82.89度）發生 6.6級地震，震源深度11千米。
地震后，有房屋垮塌開裂、集中式供水中斷、供水設施遭受嚴重破壞，分散式給水和農村給水也都受到不同程度的破壞。
本文回顧了2008 年汶川大地震震區城市飲用水源受到的影響和所需要采取的應急處理技術和水廠應急處理工藝以期幫助災區城市應對可能出現的震后次生水源污染, 確保城市飲用水水質安全。
對于飲用水水源和水質, 此次地震災害可能引發的的次生污染風險主要包括以下幾個方面。
1 .1 病原微生物
由于地震重災區存在重大人員傷亡和動物死亡, 醫療廢棄物和臨時安置點糞便可能無法得到及時有效的處理,加上各水庫為降低庫容加大放水量, 會造成下游各城市地表水水源地細菌學指標大幅升高。由于水媒病原微生物將會對居民飲水健康造成重大威脅, 微生物風險是水源水和水廠凈水工藝面臨的首要風險, 保障飲用水的微生物學安全, 防止災后疫情暴發, 是震后供水水質安全工作的重中之重。
1 .2 殺蟲劑
由于上游地震重災區在災后防疫處置中大量使用敵敵畏、馬拉硫磷、溴氰菊酯等殺蟲劑作為消殺藥劑, 這些殺蟲劑可能通過降雨徑流進入下游水源地。
目前四川省及各區市環保部門和當地自來水公司都加強了對水源水中殺蟲劑的監測。成都市水源及其上游紫坪埔水庫出水到2008年5 月29 日為止尚未檢出農藥, 但是尚不能排除今后因上游降雨導致殺蟲劑隨徑流進入水體威脅個別縣市飲用水水源的風險。
目前水廠的常規工藝不具備應對這些殺蟲劑的能力, 所以水源水中一旦檢出敵敵畏等殺蟲劑, 將存在較大的風險, 必須考慮有效應對措施。
1 .3 石油類
目前已知的石油類污染發生在成都水源地———紫坪鋪水庫。由于抗震期間紫坪鋪水庫中大量使用沖鋒舟等運輸船只, 加上原有加油站和車輛的油品泄漏,已經出現局部水體石油類超標問題。根據成都市環保局監測結果, 紫坪鋪水庫下游都江堰寶瓶口斷面2008年5月20 日石油類指標為0.4mg/L , 超過《地表水環境質量標準》(Ⅲ類水體0.05 mg/L)約7倍。同日, 成都市第六水廠取水口監測值為0.029mg/L , 取水口上游大約30km 處的監測結果為0.068 mg/L 。2008年5 月21寶瓶口斷面石油類指標為0.442 mg/L , 超出水環境質量標準7.8 倍。
飲用水對石油類的要求比環境要求松, GB3838 —2002 Ⅱ類和Ⅲ類水體的限值是0 .05 mg/L ,主要考慮對水生生物的影響, 《生活飲用水衛生標準》(GB 5749 —2006)對于石油類指標的限值是0 .3mg/L , 相差6 倍。
根據相關研究結果, 常規凈水工藝可以應對mg/L 以內的柴油污染, 粉末活性炭也對石油類污染物有一定去除效果。因此, 石油類造成的污染對飲用水安全的影響風險不高, 只要維持水廠凈水工藝穩定運行, 并適量投加粉末活性炭, 可以保障對石油類污染物的去除。
1 .4 有機污染物
目前地表水水源水中耗氧量指標比震前有一定的增加, 成都水源水震前一般在2 mg/L , 現濃度范圍在3 ～ 6 mg/L 之間波動, 是震前的2 ～ 3 倍, 原因是震后已有少量污染物進入水體。目前環保部門已接到數起化學品泄漏的報告,但均未影響到飲用水水源。
根據已有的研究成果, 活性炭吸附法對于芳香族化合物(如苯、苯酚)、農藥(包括殺蟲劑、除草劑等)、人工合成有機物(如酞酸酯、石油類)均有不同程度的去除效果。
因此, 目前仍存在發生有機污染的風險, 各自來水公司要及時監控和了解水源水中的有機物種類和濃度, 做好調整工藝的準備。
1 .5 重金屬
由于德陽、綿陽等地區的化工企業較多, 存在一定的重金屬泄漏風險。例如, 5月15日, 成都市自來水公司監測站發現水源水鉛濃度為0 .07mg/L ,超出飲用水水質標準(0.01 mg/L)6 倍, 水源水pH由平時的8.2～8.5 降低到7.6 ～8.0 。不過由于水廠工藝對鉛有一定的去除能力, 加之pH 仍相對較高, 出廠水鉛濃度沒有超標。5月18 日起水源水鉛濃度降低到0.002～0 .003mg/L 。經初步判斷, 可能是上游某化工企業儲存的化學品發生泄漏。
根據已有研究的成果, 化學沉淀法對于大多數重金屬具有很好的去除效果。該應急工藝通過調節適宜的pH , 使重金屬生成碳酸鹽、氫氧化物沉淀,而后通過混凝、沉淀工藝去除。
因此, 目前發生重金屬污染的風險相對較小, 水廠要及時監控和了解水源水中的重金屬種類和濃度, 做好調整工藝的準備。
1 .6 臭味物質
在人類、動物尸體腐敗過程中, 會產生尸胺、腐胺等胺類惡臭物質和甲硫醇、甲硫醚等硫醇硫醚類惡臭物質。這些惡臭物質的嗅閾值很低, 一般為10ng/L左右, 所以即使濃度很低, 仍然會使用戶對自來水的安全產生懷疑。
文獻表明, 胺類惡臭物質可以被次氯酸鈉等強氧化劑去除。根據無錫水危機期間的應對經驗, 硫醇硫醚類惡臭物質可以被高錳酸鉀等強氧化劑去除。加之水源水溶解氧濃度很高, 也可以逐步氧化這些還原性惡臭物質。
因此, 只要水廠做好預氯化或高錳酸鉀預氧化的準備, 即使出現水源水明顯臭味, 也能夠有效去除。臭味物質帶來的供水安全風險不大。
1 .7 泥沙懸浮物
震后上游水庫為保證水庫壩體安全而大量放水, 地震產生的堰塞湖的引流或垮壩也將產生瞬時大流量。大流量沖刷河道, 加上上游的山體滑坡等,都會造成河水中泥沙懸浮物質的大量增加。
因此水廠必須做好應對高濁度原水的應對措施, 如適當增加混凝劑的投加量等。由于該地區地表水源的特征之一就是存在雨季洪水期高濁度, 濁度短時甚至可以達到上千NTU , 水廠的設計和運行都有應對短時高濁度原水的能力,因此此次地震后的原水短期高濁度問題不會對水廠的運行產生較大風險。當然對于堰塞湖的引流和垮壩期除外, 屆時河水的含沙量極高, 但該時段城市人口已疏散, 水廠也會因存在被水淹沒的安全問題而停運關閉, 在此期間只能改用備用水源, 如地下水井等,臨時供水。
1 .8 對飲用水安全影響的風險綜合評價
綜合上述風險評價結果, 確定了在對震后飲用水水質安全保障中必須考慮應對的風險:
(1)水源水中微生物濃度已經明顯增加, 保障飲用水的微生物安全性, 防止災后疫情暴發, 是飲用水安全工作的重中之重, 必須給予高度重視。
(2)存在水源水中出現敵敵畏等殺蟲劑的較高風險, 并且水廠應對敵敵畏的能力極為有限, 必須緊急確定應對措施。
(3)對于石油類、有機物、重金屬、臭味、泥沙等問題, 存在一定的水源污染風險, 對于這些污染物已有一定的應對技術, 但需要細化落實。根據以上風險任務要求, 將首先確定相應的應急處理單項技術, 再結合水廠的具體條件, 確定針對不同水質風險與任務的水廠應急處理工藝。
細菌和病毒可以通過消毒工藝滅活。在水源水微生物濃度明顯增加、出現較高微生物風險時, 必須采取加大消毒劑投加量和延長消毒接觸時間的方法來強化消毒效果。
為確保飲用水微生物安全, 建議采取以下措施:
(1)提高出廠水的余氯濃度, 并相應提高管網水的余氯水平, 以提高消毒效果的保證率, 并抵御管網搶修引起的微生物二次污染。如成都市自來水公司把出廠水余氯由原有的0 .4 ～ 0 .7mg/ L 提高到0 .8 ～ 1 .2 mg/L , 一些使用二氧化氯消毒的縣級水廠也把出廠水二氧化氯余量從0 .10mg/L 提高到0.12mg/L 以上。
(2)地表水廠在處理中采用多點氯化法, 特別是要提高預氯化的加氯強度,通過增加消毒劑的濃度和接觸時間, 提高消毒滅活微生物的Ct 值, 充分滅活水中可能存在的病原微生物。
(3)保持凈水工藝對濁度的有效去除, 盡可能地降低出廠水的濁度, 以降低顆粒物對消毒滅活效果的干擾。
(4)由于有的應急處理技術可能對消毒效果有負面影響, 例如投加的粉末活性炭對水中的氯有一定的消解作用, 應急凈水工藝必須整體考慮, 合理設置, 首先要滿足微生物安全性的要求, 不能對消毒效果產生大的負面影響。
(5)除上述強化消毒技術外, 還要加強管網末梢余氯、細菌總數、大腸菌群、濁度等指標的監測,杜絕管網末梢余氯不合格的現象, 確保用戶用水安全。
為了應對地震災區敵敵畏等殺蟲劑的污染風險, 緊急確定了針對敵敵畏、溴氰菊酯、馬拉硫磷等殺蟲劑的應急處理技術。
3 .1 不同處理技術對敵敵畏的去除效果
《生活飲用水衛生標準》(GB 5749 —2006)對敵敵畏的標準限值為0.001mg/L , 僅為《地表水環境質量標準》Ⅲ類水體標準限值0 .05mg/ L 的1/50 ,即使不超過地表水環境質量標準, 也有可能產生自來水出廠水敵敵畏超標問題, 且自來水廠的應急處理能力有限。
預氯化、混凝沉淀、活性炭吸附以及組合工藝對敵敵畏的去除效果見表1 。盡管預氯化和混凝沉淀過濾對敵敵畏有一定的去除作用, 但如原水敵敵畏濃度達到10μg/L 時, 常規處理出廠水敵敵畏肯定會超標。
3 .2 粉末活性炭對敵敵畏的吸附性能
粉末活性炭對敵敵畏有較好的去除效果。吸附試驗結果見表2 和表3 。
實驗室條件下原水敵敵畏濃度為10μg/L 時, 先投加20mg/L 以上的粉末活性炭, 吸附60 min , 或吸附30 min 再接混凝, 處理后水中的敵敵畏均為0.73μg/L , 可以達標。
因此, 對于水源水出現敵敵畏, 濃度在1～10μg/L時, 應采用強化吸附的應急處理工藝。對于10 μg/L的敵敵畏, 取水口處粉末活性炭的投加量應在40mg/L 左右(考慮到工程因素和水中其他污染物的影響, 工程實際投加量必須大于小試投量), 同時廠內采用預氯化和強化混凝, 出廠水可以達標。
對于實驗室條件原水敵敵畏濃度50μg/L《地表水環境質量標準》Ⅲ類水體限值), 投加50mg/L 粉末活性炭, 吸附30min 后敵敵畏濃度為8μg/L , 吸附60min 后敵敵畏濃度為5μg/L。因此, 即使在取水口處投加大量粉末活性炭,水廠出水敵敵畏仍會超標。根據以上試驗結果, 自來水公司通過采取在取水口大量投加粉末活性炭的應急措施后可以應對的水源水敵敵畏最大濃度為10μg/L 。如水源水敵敵畏濃度大于10μg/L(地表水標準限值的1/5), 即使采取取水口投加粉末活性炭的措施, 自來水出廠水敵敵畏仍會超標。
3 .3 應急處理技術對殺蟲劑的去除效果
對于不同種類的農藥,應急處理的效果也各不相同。根據《城市供水系統應急技術研究》課題中的研究成果, 自來水凈水處理可以應對的農藥種類和最大超標倍數如下, 其中, 地表水標準指《地表水環境質量標準》(GB 3838 —2002)中的Ⅲ類水體, 飲用水標準指《生活飲用水衛生標準》(GB 5749 —2006)。
(1)常規凈水工藝:
溴氰菊酯, 地表水和飲用水標準的5倍以上。
(2)投加粉末活性炭的應急處理工藝(粉末活性炭投加量40mg/L , 接觸時間30min):
敵敵畏, 地表水標準的1/5 , 飲用水標準的10 倍。
樂果, 地表水和飲用水標準的5 倍。
甲基對硫磷, 飲用水標準的10 倍, 地表水標準的100 倍。
對硫磷, 地表水和飲用水標準的25 倍。
馬拉硫磷, 飲用水標準的3 倍, 地表水標準的15 倍。
內吸磷, 地表水標準的4 倍, 飲用水無標準。
根據以上數據, 殺蟲劑中敵敵畏是最難處理的,其他農藥通過應急處理均可有效應對。
根據震區飲用水源水質風險和有關的應急處理技術, 提出以下三種震區自來水應急處理工藝:抗震期間保障性凈水處理工藝、強化吸附的應急處理工藝和強化氧化的應急處理工藝。其中保障性凈水處理工藝可以作為震后期間飲用水處理的主要凈水工藝,如發生水源明顯污染, 將根據主要污染物的性質選擇采用強化吸附的應急處理工藝或強化氧化的應急處理工藝。
如果出現地下水源受到污染的情況, 除了通過強化加氯可以應對的微生物污染和可以氧化去除的污染物(如氰化物等)外, 一般只能停水或者使用未受污染的水井。
4 .1 抗震期間保障性凈水處理工藝
4.1.1 目的
該工藝的重點是通過加強氯化消毒、強化常規處理和設置一定的氧化吸附屏障, 確保微生物安全, 并可以抵御低強度的水體污染物。建議此工藝作為震后期間飲用水處理的主要凈水工藝。
4.1.2 實施要點
在廠內投加5 mg/L 粉末活性炭, 以在混合井加氯為主加氯,濾后水進一步加氯, 保持出廠水余氯在0 .8 mg/ L 以上, 出水濁度在0 .2 NTU 以下。
4.1.3 注意事項
(1)投加粉末活性炭可能會增加氯的消耗, 因此需要在前加氯適當增加加氯量, 以抵消粉末活性炭對氯的消解影響。根據實驗室配水條件的初步試驗, 在與預氯化同時投加5 ～ 10 mg/L 粉末活性炭的條件下, 對氯的消解量約為0 .5～ 1 .0 mg/L , 具體數據需通過實際生產進一步驗證。
(2)濾后加氯量要及時調整, 保障出廠水余氯的水平。
(3)盡可能在混合井和濾前將氯加足, 盡可能不用清水池出水的補氯點補氯。
(4)廠內粉末活性炭的投加量可以用5 mg/ L 作為保障性投加量, 以應對低強度的可吸附有機物的污染。應根據水質情況適當調整投炭量, 現成都市第六水廠投炭設備能力為最大10 mg/ L , 并可以短期內進行更大劑量的人工投加。
(5)通過強化預氯化, 在強化對微生物的消毒效果的同時,對水中污染物起到預氧化作用, 可應對低強度的可氧化污染物、臭味物質的污染, 并起到助凝效果。
(6)要加強對氯化消毒副產物的監測。目前因水源水中有機物含量中等, 且粉末活性炭對水中消毒副產物的前體物有一定去除作用, 出廠水的消毒副產物濃度較低, 均達標, 并留有一定的安全余量。例如成都市第六水廠出廠水三氯甲烷濃度8 ～ 10μg/L(飲用水標準60 μg/L), 四氯化碳<0 .2 μg/ L(未檢出,標準2 μg/L)。
成都市第六水廠自2008年5 月17 日凌晨開始試投加粉末活性炭, 18 日起連續投加。二廠和五廠從20日開始連續投加粉末活性炭。目前成都市自來水公司各水廠均按照此水質保障性工藝運行。
4 .2 強化吸附的應急處理工藝
4.2.1 目的
該工藝的重點是在保障對微生物的消毒效果和去除濁度的基礎上, 通過在取水口大量投加粉末活性炭, 吸附水源水中出現的較高濃度的可吸附性污染物, 以應對敵敵畏等殺蟲劑產生的次生污染。
4.2.2 實施要點
在取水口投加20 ～ 40mg/L 粉末活性炭, 廠內加氯必須保持出廠水余氯在0 .8 mg/L 以上。
4 .3 強化氧化的應急處理工藝
4.3.1 目的
該工藝的重點是在保障對微生物的消毒效果和去除濁度的基礎上,通過在取水口加大氧化劑含量,氧化水源水中出現的臭味物質等污染物, 應對可氧化性污染物產生的次生污染。
4.3.2 實施要點
在取水口投加1～2mg/L 的次氯酸鈉或0 .5～1mg/ L 的高錳酸鉀, 并在混合井、濾后水中兩點加氯, 清水池出水補氯, 保持出廠水余氯在0 .8mg/L以上,在混合井中投加5～10mg/L 的粉末活性炭,出水濁度在0 .2 NTU 以下。
