《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）中的Ⅱ和Ⅲ類水體和《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》（衛(wèi)生部，2001）中對鎘的濃度限值均為0.005mg/L。研究顯示，鎘中毒會造成腎小管再吸收障礙，低分子量蛋白質(zhì)和鈣質(zhì)等由尿中流失，長期下去容易形成骨質(zhì)軟化，關(guān)節(jié)疼痛、骨折及骨骼變形等。另外，鎘毒進(jìn)入人體后極難排泄，極易干擾腎功能、生殖功能，該病以疼痛為特點(diǎn)，始于腰、背，逐漸擴(kuò)至全身。

廣東省境內(nèi)的北江，它由北向南流經(jīng)韶關(guān)、英德、清遠(yuǎn)、廣州、佛山等地區(qū)，之后匯入珠江口。12月15號，環(huán)境監(jiān)測人員在北江孟洲壩斷面進(jìn)行日常監(jiān)測時，發(fā)現(xiàn)鎘濃度嚴(yán)重超標(biāo)，其中孟洲壩斷面鎘濃度最高約0.06mg/L，超標(biāo)12倍。經(jīng)環(huán)保部門調(diào)查確認(rèn)，這次嚴(yán)重的水污染事件是由于廣東韶關(guān)冶煉廠在12月5日～14日在設(shè)備檢修期間超標(biāo)排放含鎘廢水所致。北江上中游的韶關(guān)、英德等城市的飲用水水源受到污染，下游多個城市（清遠(yuǎn)、佛山、廣州等）的水源也受到了嚴(yán)重威脅。

《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838－2002）中的Ⅱ和Ⅲ類水體和《生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范》（衛(wèi)生部，2001）中對鎘的濃度限值均為0.005mg/L。研究顯示，鎘中毒會造成腎小管再吸收障礙，低分子量蛋白質(zhì)和鈣質(zhì)等由尿中流失，長期下去容易形成骨質(zhì)軟化，關(guān)節(jié)疼痛、骨折及骨骼變形等。另外，鎘毒進(jìn)入人體后極難排泄，極易干擾腎功能、生殖功能，該病以疼痛為特點(diǎn)，始于腰、背，逐漸擴(kuò)至全身。

22日8時，鎘污染帶峰值移至英德市上游的白石窯水電站，離大壩僅4.3公里，鎘濃度最高值為0.042毫克/升，當(dāng)時北江水流速度為4.5公里/天，6天時間，長約70公里的污染帶將全部流過白石窯水電站，此后，除調(diào)水沖污外，再無法實(shí)施其它工程措施。根據(jù)省領(lǐng)導(dǎo)的指示精神，深圳水務(wù)集團(tuán)承擔(dān)了白石窯水電站混凝除鎘重大應(yīng)急工程的技術(shù)指導(dǎo)和工程實(shí)施。本文對北江白石窯水電站混凝除鎘應(yīng)急工程及效果進(jìn)行了回顧與總結(jié)；對水廠內(nèi)各種投藥除鎘技術(shù)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)對比與效果分析。

二、白石窯混凝除鎘應(yīng)急工程

北江鎘污染事故發(fā)生后，中共中央政治局委員、廣東省委書記張德江就北江鎘污染事故應(yīng)急處置先后作出五道批示。19日上午，廣東省省長黃華華主持召開省政府常務(wù)會議，專題研究事故處置方案，成立以副省長許徳立為組長，有關(guān)單位領(lǐng)導(dǎo)為成員的北江水域污染事故調(diào)查處理小組，前往清遠(yuǎn)、韶關(guān)市現(xiàn)場指揮應(yīng)急處置工作。與此同時，北江鎘污染也得到了國家環(huán)?？偩值母叨戎匾暫完P(guān)心。20日晚，國家環(huán)?？偩指本珠L張力軍飛抵廣州，晚上12時到達(dá)英德。

12月22日下午，在事故處理最關(guān)鍵時刻，黃華華省長主持召開北江鎘污染事故工作會議。與會專家經(jīng)反復(fù)研究論證，認(rèn)為白石窯水電站有非常有利的工程治理?xiàng)l件，可以在此投加混凝劑，利用水電站大壩水輪機(jī)的混合作用，攪拌形成反流。江水加藥后，形成絮體，在相對開闊平緩的江面上逐漸沉淀至江底。北江水呈弱堿性，在此過程中，鎘可以通過凝聚吸附、網(wǎng)捕沉淀等機(jī)理得到部分去除。采取這個措施的目的就是要把鎘污染范圍控制在白石窯水域上游，以保證飛來峽下游到三水達(dá)到Ⅱ類水體標(biāo)準(zhǔn)。在充分聽取專家論證意見后，黃華華省長果斷決策：立即啟動白石窯水電站混凝除鎘工程。通過該工程措施和流域聯(lián)合調(diào)水等手段，降低水體中的鎘濃度，減少隨水遷移的鎘通量，實(shí)現(xiàn)在飛來峽水庫出水鎘濃度降至0.01毫克/升的控制目標(biāo)。

深水集團(tuán)應(yīng)急處理專家組在接到上級指示后，于22日當(dāng)晚11時抵達(dá)現(xiàn)場，進(jìn)行投藥的各種準(zhǔn)備工作。發(fā)生污染事故期間，北江水流量高達(dá)200立方米/秒，在這樣巨大的流量下，進(jìn)行投藥混凝，國內(nèi)外還沒有報道，是河流應(yīng)急治污的一次大膽實(shí)踐。深水集團(tuán)技術(shù)專家在當(dāng)?shù)厥┕ぐ惭b力量配合下，勘察現(xiàn)場，迅速確定了液體藥劑和固體藥劑的現(xiàn)場投加方案。為實(shí)現(xiàn)固體藥劑的有效投加，還現(xiàn)場設(shè)計了溶藥池，連夜施工，23日凌晨3時完成土方挖掘，早7時池內(nèi)防滲材料、水泵及相應(yīng)管路安裝就緒，23日早8時按預(yù)定要求開始向北江投加混凝劑，為整個治污會戰(zhàn)贏得了寶貴的時間。

從省政府下達(dá)治污指示到開始投藥只有不到20個小時的施工準(zhǔn)備時間，大量的藥劑需要緊急調(diào)運(yùn)、各種材料需要緊急購置，工程實(shí)施過程中，各種突發(fā)事件時有發(fā)生，都需要第一時間緊急處置。由于處理流量巨大，在北江干流治污過程中，1小時的投藥量就相當(dāng)10個特大城市1天藥劑用量，為保證每天不中斷投加，不得不多方求援，來自不同廠家的藥劑多達(dá)8種，10多個不同品牌。巨大的處理水量、繁多的藥劑品種、再加上工程本身的應(yīng)急性質(zhì)，都加大了現(xiàn)場指揮調(diào)度的工作量和工作難度。

作為一項(xiàng)臨時性的應(yīng)急工程，現(xiàn)場條件差、準(zhǔn)備時間短、情況掌握少，工作難度非常大，特別是頭一天，由于藥劑供應(yīng)問題，藥劑的種類一天曾高達(dá)10幾種，濃度、有效含量都不一樣，再加上當(dāng)時現(xiàn)場沒有任何分析化驗(yàn)條件，藥劑投量的控制難度很大，另外，固體藥劑的溶解與準(zhǔn)確投加也是一大難題，開始是靠民工，但因無法保證準(zhǔn)確、及時與足量，后來不得不動用武警?，F(xiàn)場存在各種不安全因素，酸性藥劑使現(xiàn)場人員的皮膚受到不同程度的損傷，固體藥劑所產(chǎn)生的粉塵刺眼難耐，臨時用電設(shè)施曾幾次短路甚至起火。由于單位時間處理的水量世界罕見，藥劑用量和投藥設(shè)備的負(fù)荷及數(shù)量非常大，再加上各種混凝劑都是強(qiáng)酸性的，設(shè)備與管道腐蝕十分嚴(yán)重，搶修工作量極大。溶解后的絮凝劑腐蝕性極強(qiáng)，一臺新的潛水泵工作不到一天出現(xiàn)故障，有的僅數(shù)小時就要更換，在6天治污過程中，前后使用和更換的水泵多達(dá)30臺，26臺損壞。固體藥劑投加現(xiàn)場強(qiáng)酸性粉塵彌漫，空氣攪拌、高壓水槍激起陣陣酸霧、現(xiàn)場工作環(huán)境極其惡劣。

在投藥治污過程中，深水集團(tuán)現(xiàn)場技術(shù)人員全權(quán)負(fù)責(zé)各種投加設(shè)備和管道的選型、現(xiàn)場指導(dǎo)安裝，有效地保證了整個應(yīng)急投藥工作的順利進(jìn)行。在連續(xù)投藥的6個日日夜夜里，由于現(xiàn)場條件簡陋、藥劑來源復(fù)雜、設(shè)備故障頻繁、作業(yè)環(huán)境惡劣等多方因素影響，為藥劑投加帶來了諸多困難。

為監(jiān)控藥劑質(zhì)量、及時優(yōu)化投藥效果，治污工程伊始，深水集團(tuán)現(xiàn)場技術(shù)人員就緊急調(diào)配六聯(lián)混凝攪拌儀、pH計、取樣器、濁度儀等實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器進(jìn)駐現(xiàn)場，并建立現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)室和研究小組，為取得最佳的凈水效果提供科學(xué)依據(jù)。在整個投藥治污過程中，這些看似一般的常規(guī)儀器與設(shè)備發(fā)揮了十分重要的作用。深水集團(tuán)現(xiàn)場技術(shù)人員靠對pH的檢測，及時發(fā)現(xiàn)了兩家不合格的聚合氯化鐵供貨商，并停止了這種藥劑的使用，保障了藥劑的有效性。深水集團(tuán)現(xiàn)場技術(shù)人員通過六聯(lián)混凝攪拌儀的現(xiàn)場混凝實(shí)驗(yàn)，及時驗(yàn)核各藥劑的功效，確定不同的混凝劑的最佳投加量，及時修正專家組事先確定的投加方案，比如將固體聚合硫酸鐵由36噸/小時降低為30噸/小時，將液體聚合硫酸鐵投加量由7.2噸/小時提高到20噸/小時，獲得專家們的一致首肯。

為了確保除鎘效果，深水集團(tuán)實(shí)驗(yàn)人員每一個小時就對投藥前后，壩上壩下的pH值和礬花進(jìn)行取樣檢測與觀察，并反復(fù)論證分析處理效果，根據(jù)現(xiàn)場混凝攪拌實(shí)驗(yàn)結(jié)果，及時修正藥劑投加量和投加種類。檢測過程中發(fā)現(xiàn)上游水pH值在7.87左右，壩下pH值在7.62左右，此時對鎘的消減效果最佳，成為現(xiàn)場投藥控制的重要依據(jù)。

省環(huán)保監(jiān)測部門在北江韶關(guān)治煉廠排污口上游至英德飛來峽共設(shè)置了12個監(jiān)測斷面，每兩小時進(jìn)行一次鎘濃度的同步監(jiān)測。圖2是12月23日16時至30日16時各斷面鎘濃度的變化情況?？梢钥闯?，由于白石窯投藥除鎘工程的實(shí)施，白石窯下游云山水廠斷面的鎘濃度明顯降低。

根據(jù)省環(huán)保局在事故處理后公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由于白石窯投藥除鎘應(yīng)急工程的實(shí)施，再加上聯(lián)合流域水利調(diào)度，使鎘濃度峰值削減27％，減少隨了水體中約800公斤的鎘通量，極大地緩解了下游降鎘壓力。到2月29日早上8時，白石窯削污降鎘工程按計劃勝利結(jié)束。從23日早上8時第一車藥劑投放算起，7天來共投放藥劑約3000噸。

作為北江白石窯除鎘治污重大應(yīng)急工程的實(shí)施單位，從22日治污應(yīng)急工程開始實(shí)施至29日圓滿完成任務(wù)，深水集團(tuán)緊急動員，抽調(diào)精兵強(qiáng)將，全力投入到這一場世界罕見的干流投藥治污會戰(zhàn)之中，累積投入16名技術(shù)專家、專業(yè)工程師和高級技工，其中共有3名博士，5名高工，涉及水技術(shù)研究所、梅林水廠、筆架山水廠、大涌水廠和沙頭角水廠等多個部門和單位，為圓滿完成治污任務(wù)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)和人力保障。

三、幾種除鎘技術(shù)的對比研究

在順利完成白石窯混凝除鎘應(yīng)急工程之后，根據(jù)省建設(shè)廳的要求，深水集團(tuán)水技術(shù)研究所針對水廠工藝，對幾種除鎘技術(shù)進(jìn)行了較為系統(tǒng)的試驗(yàn)研究，為北江下游水廠提供除鎘技術(shù)指引。

1.提高混凝反應(yīng)前的pH值

用NaOH調(diào)整原水至不同的pH值，1分鐘后加入４mg/L聚鐵絮凝劑，結(jié)果見表1。

表1                            提高pH對鎘去除的作用 

可見，當(dāng)原水pH值提高到9左右時，對鎘的去除率達(dá)到了50%，能夠使沉后出水鎘達(dá)標(biāo)，pH值提高到10時，鎘的含量低于檢出限，達(dá)到100%去除，但出水pH值超標(biāo)，需要再用酸調(diào)節(jié)pH值。同時，出水的鐵超標(biāo)。

通過三種方式進(jìn)一步提高鎘的去除并降低鐵的含量：維持pH值9，降低鐵的投加量；沉后水過砂濾(20cm)；濾前采用PAC微絮凝。改進(jìn)后的結(jié)果見表2。

表2                            原水pH值9時優(yōu)化工藝的出水水質(zhì) 

方案建議：用Na(OH)調(diào)節(jié)原水pH值在9.0-9.5之間，控制液體聚鐵的有效投加濃度為2-3mg/L，保證濾池濾砂的有效高度20cm 以上，即可使出廠水的鎘達(dá)標(biāo)，同時出水的pH值和濁度都達(dá)到飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。如果出水的鐵超標(biāo),可以在濾前加0.05mg/L的PAC進(jìn)行微絮凝沉淀提高對鐵的去除。

2.投加碳酸鈉

碳酸根能與鎘形成碳酸鎘沉淀，同時，由于碳酸鈉溶液呈堿性，水解產(chǎn)生OH-，與鎘形成氫氧化鎘沉淀，可以提高水廠混凝沉淀工藝對鎘的去除效果。

采用Na2CO3除鎘的試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3                            混凝前加Na2CO3對鎘的去除效果   

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用20mg/L 碳酸鈉投加濃度，沉后水的鎘能得到有效去除，去除率達(dá)80%。并且沉后水中未被沉降的鐵在砂濾后能夠被進(jìn)一步去除。

方案建議：在原水中投加20mg/L的碳酸鈉，反應(yīng)約1分鐘后，加入2-3mg/L的液體聚鐵，經(jīng)過砂濾后能夠有效去除鎘，出水的鐵也能夠達(dá)標(biāo)。應(yīng)該注意的是，碳酸鈉最好每天現(xiàn)配現(xiàn)用，以免變質(zhì)，影響對鎘的去除效果。

3.投加硫化鈉

在加入絮凝劑前，加入不同濃度的硫離子（硫化鈉配置），出水的檢測結(jié)果見表4。

表4                            硫化物對鎘的去除作用 

沉后水的鎘和硫離子濃度都能滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求,鐵離子超標(biāo)，經(jīng)過濾后，各項(xiàng)指標(biāo)均能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

方案建議：在原水中投加0.6-0.9mg/L的硫化鈉(相當(dāng)于硫離子濃度0.2-0.3mg/L),反應(yīng)1分鐘后,加入2mg/L的聚鐵,能夠有效去除原水中低濃度的鎘,各相關(guān)水質(zhì)指標(biāo)在濾后都能達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較

針對以上可行除鎘方案進(jìn)行了可供選擇了技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，結(jié)果如表5所示。

表5                              幾種除鎘方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 

注：經(jīng)濟(jì)成本是以萬維化工網(wǎng)上公布的最新化工產(chǎn)品價格為依據(jù)，固體氫氧化鈉2500元/噸，碳酸鈉1500元/噸，高純硫化鈉7000元/噸。根據(jù)投加量計算得到。

綜合以上比較結(jié)果，作為短時間應(yīng)急處理，從水質(zhì)安全角度出發(fā)，推薦采用加堿調(diào)高pH的方式作為水廠強(qiáng)化除鎘的首選方案。

四、結(jié)論

2005年12月發(fā)生在廣東北江流域的鎘污染，是繼松花江硝基苯污染之后的又一起受到全國關(guān)注的水質(zhì)污染事件。深水集團(tuán)在流量200立方米/秒的河流上開展的北江白石窯混凝除鎘應(yīng)急工程，是河流治污史上一次成功實(shí)踐，由于白石窯投藥除鎘工程的實(shí)施，白石窯下游云山水廠斷面的鎘濃度明顯降低。根據(jù)省環(huán)保局在事故處理后公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，由于白石窯投藥除鎘工程的實(shí)施，再加上聯(lián)合流域水利調(diào)度，使鎘濃度峰值削減27％，減少水體中約800公斤的鎘通量，極大地緩解了下游除鎘壓力。對水廠除鎘技術(shù)所進(jìn)行的研究表明，提高pH、投加碳酸鈉或硫化鈉，都可以有效提高水廠常規(guī)凈水工藝對鎘的去除效果，作為短時間應(yīng)急處理，從水質(zhì)安全角度出發(fā)，推薦采用加堿調(diào)高pH的方式作為水廠強(qiáng)化除鎘的首選方案。

作者簡介：黃曉東，1965年11月生，高級工程師，1999年畢業(yè)于清華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系獲市政工程博士學(xué)位，長期從事水處理技術(shù)研究?，F(xiàn)任深水集團(tuán)水技術(shù)研究所副所長。

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