城市水源水質(zhì)風險評價及應急處理方法研究.pdf

1、供水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設施的重要組成部分,與城市發(fā)展和社會穩(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,而居民對于飲用水質(zhì)量的要求卻不斷提高;同時,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劃的進行水質(zhì)安全保障研究,分析潛在威脅,研究應對方法,制定應急預案。

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)、應急設施也有所差異,因此,需針對特定研究對象有針對性的開展水質(zhì)安全保障研究。本文以西北某市供水系統(tǒng)為研究對象,針對系統(tǒng)在水源水質(zhì)、污染風險及凈水能力等方面存在的問題,重點開展水質(zhì)風險評價、水質(zhì)變化趨勢分析與預測、潛在污染源與污染特征分析及應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、糊綜合評價模型。針對傳統(tǒng)評價模型存在的評價因子選取主觀性強,評價結(jié)果可比性差及超標存在性表述不直觀等問題,以模糊評價原理為基礎(chǔ),建立了基于主成分分析的模糊綜合評價模型。利用主成分分析的降維原理篩選評價因子,降低主觀因素對評價結(jié)果的影響;以級別特征值J作為同級別水體水質(zhì)狀況比較和超標因子存在性判定的依據(jù),提高評價模型的實用性。研究結(jié)果表明,當級別特征值J大于2時,無論最終評價結(jié)果如何,均表明評價水體存在超標因子,且J值越大,水體狀況越差;

4、以篩選后的水質(zhì)指標作為評價因子,所得J值能更準確的反映超標因子的存在性,使得最終評價結(jié)果更加科學。
　　⑵分析了案例城市水廠原水主要水質(zhì)指標的變化趨勢。采用Spearman秩相關(guān)系數(shù)法和季節(jié)性肯達爾法對案例城市地表水源水廠和地下水源水廠原水主要水質(zhì)指標的變化特征進行了分析,結(jié)果表明:地表水源水廠原水中表征有機物含量的指標高錳酸鹽指數(shù)、化學需氧量以及表征水體富營養(yǎng)化的指標總氮,呈現(xiàn)上升趨勢,水廠有機污染風險、藻類爆發(fā)風險、消毒副產(chǎn)物

5、生成風險升高;地下水源水廠原水天然水化學特征并未發(fā)生不利變化,微生物類指標(細菌總數(shù)、大腸桿菌群)不斷降低,營養(yǎng)鹽成分穩(wěn)定,有機污染風險小,但錳、亞硝酸鹽污染風險較高;在所研究水體水質(zhì)季節(jié)性變化特征不明顯,漏測值、奇異值個數(shù)較少,且僅需對變化趨勢做定性評價時,Spearman秩相關(guān)系數(shù)法與季節(jié)性肯達爾法評判結(jié)果基本相同,且Spearman秩相關(guān)系數(shù)法計算簡便,對數(shù)據(jù)量要求較小,在實際應用中更便于推廣。
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6、ov指數(shù)的原水水質(zhì)混沌預測模型。以混沌學原理為基礎(chǔ),以混沌學在其它學科的研究成果為參考,建立了基于Lyapunov指數(shù)的原水水質(zhì)混沌預測模型,探討了采用混沌學原理分析原水水質(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測模型可以實現(xiàn)短期內(nèi)水質(zhì)變化的預測,平均預測誤差低于10％,為周期性水質(zhì)高負荷風險的預測提供了一種新的途徑。
　?、却_定了案例城市水源地污染風險源類型及污染方式。通過現(xiàn)場調(diào)查

7、和資料收集的方式,對案例城市水源保護區(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行了分析,結(jié)果表明:地表水源保護區(qū)潛在污染源以突發(fā)性污染源為主,污染特征表現(xiàn)為短時間內(nèi)污染物的大量排放,而地下水源保護區(qū)潛在污染源以常規(guī)污染源為主,污染特征表現(xiàn)為長時間的持續(xù)性污染積累;案例城市地表水源保護區(qū)面臨事故源、工業(yè)源、流域源、內(nèi)部源及自然災害源五類潛在突發(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;地下水源保護區(qū)內(nèi)潛在污染源類型可分為工業(yè)源、補給源、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。
　　⑸評估了水廠常規(guī)工藝對主要風險污染物的去除效果。以有機物、總磷、重金屬(鎘、鉻)三類典型風險污染物為研究對象,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CODMn的平均去除率為38.3%,去除能力有限,但通過強化混凝的方式可滿足當前

9、水質(zhì)狀況下凈水安全的需要;常規(guī)工藝對總磷的去除率約為60%-90%,去除效果較好,出水安全風險較小;常規(guī)工藝可應對六價鉻和二價鎘的最大污染強度分別為0.150mg/L和0.025mg/L,不能滿足應急處理的需要,安全風險較大。
　?、侍岢隽税咐鞘袘碧幚硐到y(tǒng)建設方案。針對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)風險和具備的不同應急條件,以試驗結(jié)果為依據(jù),提出了建設以粉末活性炭投加系統(tǒng)+化學藥劑投加系統(tǒng)為核心的地表水源水廠

10、應急處理系統(tǒng)和以高錳酸鉀氧化+砂濾工藝為核心的地下水源水廠應急處理系統(tǒng)。研究結(jié)果表明,粉末活性炭吸附法和化學沉淀法對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)性水污染應急處理方法;將地表水源水廠應急處理系統(tǒng)建于案例城市地表水引水工程匯流池管理站可實現(xiàn)應急處理的“關(guān)口前移”,降低進廠原水污染物負荷,最大限度的降低污染事件對水廠常規(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+砂濾工藝在進水錳≤