鄱陽湖水質突發性污染應急處理系統的研究和設計
摘要：針對水質突發性污染頻發的現狀，研究和設計了鄱陽湖水質突發性污染應急處理系統。在對鄱陽湖及鄱陽湖流域進行調查分析并確定目標污染物的基礎上，研究了目標污染物的應急去除技術，研究和設計了鄱陽湖水質突發性污染預警子系統、鄱陽湖及鄱陽湖流域危險源調查數據庫支持子系統、各類化學品基本特性數據庫支持子系統、鄱陽湖及鄱陽湖流域水質突發性污染應急專家支持子系統。項目將采用粉末活性炭投加、其它藥劑的選擇性投加等強化應急處理設備，降解水污染對水質的影響，提高鄱陽湖及鄱陽湖流域應對突發性污染的能力。
關鍵詞：水質突發性污染；應急去除技術；預警；危險源；數據庫；專家系統
一、前言
江西省鄱湖低碳環保股份有限公司是由江西省發改委與上海贛商集團聯合組建，由上海贛商科技股份有限公司與江西省城鎮建設投資有限公司投資成立，是江西全省工業園區BOT特許運營商，集工業園區工業污水治理技術研發、污水廠建設、運營，以及生產環保產品生產為一體，致力工業污水治理的低碳環保企業。 公司致力于在吸收國外先進技術的基礎上培養自己的研發團隊，目前已經擁有國內一流的專家顧問團隊，以及一批優秀的中青年科技骨干，在水質研究、供水處理、污水處理等方面有著較強的技術優勢。
國務院近日正式批復《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》(下稱《規劃》)，這是中國第一個“十二五”專項規劃。《規劃》涉及5大重點防控行業的砷、鉛、汞、鉻、鎘等重金屬污染。我公司肩負江西全省的工業園區近百家工業污水處理廠的建設和對重金屬污染綜合防治的重任，我公司在百家工業園工業污水處理廠的建設和營運中，將加大對重金屬污染綜合防治的研究，為科學地建立起比較完善的重金屬污染防治體系、事故應急體系和環境與健康風險評估體系奠定基礎。
中國第一大淡水湖——鄱陽湖。位于江西省北部，距南昌市東北部50km。鄱陽湖具吞吐型通江湖泊和季節性湖泊特點，在長江流域中發揮著巨大的調蓄洪水和保護生物多樣性等特殊生態功能，是我國十大生態功能保護區之一。也是江西重要的飲用水源地之一。
近年來,國內接連發生多起重大突發性水污染事故：2002年12月發生了珠江流域柳江支流上的20噸砒霜入河事件；2004年1月發生了左江越南入境河流的跨國境水污染事件;2004 年3月和5月沱江接連發生兩起特大水污染事件;2005年11月13日, 中石油吉化雙苯廠發生爆炸,苯類污染物流入松花江, 造成重大水污染事件；2006年9月，湖南岳陽飲用水源遭污染事件，排污單位超標排放含砷廢水，導致岳陽縣八萬居民飲水困難；2010年，位于福建上杭縣的紫金礦業集團紫金山銅礦濕法廠發生污水滲漏事故，引發福建汀江流域局部污染，造成沿江上杭、永定出現魚類死亡和水質污染現象。許多重大的突發性水污染事故給生態環境及人類的生存帶來了極大的災難,并且已經成為中國用水安全和水環境質量的一個潛在威脅。
針對這一問題，公司決定開展對鄱陽湖水質突發性污染應急處理的研究設計，立項題為《鄱陽湖水質突發性污染應急處理系統的研究和設計》。項目主要包括六方面內容：
1.對鄱陽湖及鄱陽湖流域存在污染物進行調查分析，確定目標污染物；
2.研究目標污染物的應急去除技術；
3.鄱陽湖水質突發性污染應急預警子系統設計；
4.鄱陽湖及鄱陽湖流域危險源調查數據庫支持子系統研究；
5.各類化學品基本特性數據庫支持子系統研究；
6.鄱陽湖及鄱陽湖流域水質突發性污染應急專家支持子系統研究。
二、對鄱陽湖及鄱陽湖流域存在污染物進行調查分析，確定目標污染物
以往發生的突發性水源污染事故，工業生產活動是主要風險源，紫金礦業集團紫金山銅礦發生污水滲漏事故就是一個慘痛的教訓，而且事故具有發生的突然性、危害的嚴重性、處理的艱巨性、風險的時變性等特點，針對這些特點，從鄱陽湖及鄱陽湖流域的主要工業、礦業入手，通過調查分析工業、礦業的生產工藝、排污特點，找出可能發生的污染，確定可能導致突發性污染的主要污染物。
根據最近一次鄱陽湖湖濱污染源調查數據分析，主要排入點源為九江地區石化、廬山區化纖、化工企業。鄱陽湖承納江西省境內的贛江、撫河、信江、饒河、修河來水，調蓄后經湖口流入長江。鄱陽湖流域內礦產資源豐富，包括樂安河中下游的我國最大的銅礦、信江中游的銅基地、贛南稀土和鎢采礦區、九江地區的幾個銅礦及撫河上游的鈾礦某礦開采，伴隨著大量的重金屬酸性廢水的排放，重金屬酸性廢水的排放已造成流域內部分地區的環境污染。調查表明：鄱陽湖水體重金屬污染中Cu、Zn、Pb、Cd比較突出。
通過對鄱陽湖及鄱陽湖流域沿岸工業企業的調查，將這些企業分為冶煉、礦山、水泥、發電、造紙、釀酒、制藥、化纖、化工、石化十大類。鄱陽湖及鄱陽湖流域水質監測站歷年的水質檢測發現Cu、Zn、Pb、Cr6+、石油類、揮發酚、高錳酸鹽指數、溶解氧、陰離子合成洗滌劑、糞大腸菌群、硝酸鹽、總磷、氯化物、等指標偏高，因此，確立該項目研究的目標污染物為：Cu、Zn、Pb、Cr6+、石油類、揮發性酚、苯類等。
三、研究目標污染物的應急去除技術
通過實驗室試驗和中試，研究各種預設污染物的去除技術：
1、用氧化還原法技術去除含Cu污染物
通過藥劑與污染物的氧化還原反應，把被污染水中的含Cu污染物可通過還原法去除。被污染水處理中最常采用的氧化劑是空氣、臭氧、氯氣、次氯酸鈉及漂白粉；常用的還原劑有硫酸亞鐵、亞硫酸氫鈉、硼氫化鈉。
2.在堿性條件下，用強化混凝去除技術去除Pb、Zn、石油類污染物。
PH是影響Pb、Zn去除率的主要因素，通過調節PH值，強化混凝過程，從而達到去除Pb、Zn污染的目的。油難溶于水，會漂浮在水面，石灰破乳后，用強化混凝的方法去除。
3、用化學沉淀去除技術去除含Cr6+污染物
化學沉淀法是指向被污染水中投加某些化學藥劑(沉淀劑)，使之與被污染水中溶解態的污染物直接發生化學反應，形成難溶的固體生成物，然后進行固液分離，從而除去水中污染物的一種處理方法。被污染水中Cr6+可溶于水，但是Cr3+難溶于水。FeSO4 與Cr6+還原反應，生成Cr3+，然后把PH值調節至堿性，Cr3+以氫氧化物沉淀析出。再投加混凝劑對沉淀物進行凝聚，然后進行固液分離，從而去除水中Cr6+。
4、粉末活性炭吸附去除技術去除揮發酚、苯及苯系污染物
我國近年來給水廠在預處理中采用粉末活性炭提高出水水質，并己在水源突發性污染應急處理中作為一種主要的應對技術。
活性炭吸附法活性炭是一種多孔性物質，對水量、水質、水溫變化適應性強，可有效地去除臭、重金屬、揮發酚、氯化有機物、農藥、放射性有機物、苯及苯系污染物。
5、臭氧、臭氧-光催化技術對被污染水中重金屬去除技術研究。
6、金剛石薄膜電極技術對被污染水中重金屬去除技術研究。
5、6二項主要針對高危排污口的出水進行初級處理。
四 、鄱陽湖水質突發性污染應急預警子系統設計
水質預警包括水質現狀調查、水質監測、水質評價及變化趨勢的預測，確定預警指標、預警模型及預警級別和建立預警信息系統。在西方發達國家，自20世紀70年代以來，隨著突發性水污染事故的增加，水質預警預報方法的研究得到了廣泛的重視，并且發揮了巨大的社會、經濟效益。
鄱陽湖水質監測與污染預警系統，主要針對鄱陽湖及鄱陽湖流域水質特點，構建面向流域的水質監測與預警系統，建立監測信息平臺和數學模型。在全面掌握整個鄱陽湖及鄱陽湖流域水質情況下，同時預測發生突發性水質污染后，實時發出預警，采用GIS技術模擬計算污染物分布、擴散及其濃度等對鄱陽湖及鄱陽湖流域影響，使之能夠及時采取應急措施。
江西省水文局已建立江西五河與鄱陽湖水情、雨情、地下水監測站網，制定飲用水水源地保護、重要污染源區、以及流域水質水量監測規劃。實施江西五河與鄱陽湖“河湖監測百大哨口工程”，在重要水質水量監測斷面水質自動監測子系統，引進了一些國外先進監測設備和技術，使監測站點具備多功能性，監測信息具有代表性、科學性、可靠性。在江西省水文局的監測站的基礎上，增加幾個監測站，并設立移動監測站點，增加遙控遙測設備，形成一個功能強大的水質監測網。
結合考慮預設突發性污染物，參考已建成的在線監測系統的數據信息和當地工農漁業發展水平，基本確立了15項在線監測水質指標：Cu、Zn、Pb、Cr6+、水溫、PH、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、揮發酚、總氰化物、砷化物、氟化物。
根據確立的監測指標，在一些重要監測站點，安裝的儀器有：在線重金屬（Cu、Zn、Pb、Cr6+）測定儀、總氮/總磷分析儀、電導率分析儀、在線高錳酸鉀鹽指數分析儀、總砷分析儀、酚分析儀、氟化物分析儀、氰化物分析儀等。
五 、鄱陽湖及鄱陽湖流域污染水質的危險源調查數據庫支持子系統研究
鄱陽湖及鄱陽湖流域沿岸工業企業有冶煉、礦山、水泥、發電、造紙、釀酒、制藥、化纖、化工、石化企業十大類。針對這十大類企業進行污染水質的危險源調查，重點對冶煉、礦山的尾礦庫、污水處理池、對化纖、化工、石化企業的污水處理及排放的調查，建立危險源調查數據庫，數據庫包括：企業名稱、企業類別、企業法人、地點、電話、污水處理、污水排放監測點編號、監測點類別、危險源等級等等。
六 、各類化學品基本特性數據庫支持子系統研究
中科院計算機網絡信息中心承擔建設的化學物質毒性數據庫 ，是綜合科技信息數據庫的重要組成部分。化學品已經深入到人類生活，深入到社會經濟活動中各個環節。化學物質毒性數據庫涵括的是關于化學物質的安全管理、化學事故的預防和化學災害的緊急響應等物理、化學的特性數據。
本項目可使用這個數據庫。
七 、鄱陽湖及鄱陽湖流域水質突發性污染應急專家支持子系統研究
專家系統是一個智能計算機程序系統，其內部含有大量的某個領域專家水平的知識與經驗，能夠利用人類專家的知識和解決問題的方法來處理該領域問題。
水質突發性污染事件發生時，相關部門將根據事生安排好的處理流程（即預案），結合實際情況進行決策、指揮、調度。這個過程實際涉及多方面內容：預案、事件相關信息的快速準確獲取，指揮調動，上傳下達。鄱陽湖及鄱陽湖流域水質突發性污染應急專家支持子系統包括以下三個方面：
1.建立相關的預案處理模式庫
根據突發性水污染事件和處理程序，分別建立相關的預案處理模式庫。通過分析各種預案的處理模式，把已存有的預案資料處理成具有計算機語義的信息，從而快速提取出事件發生地點、性質，案情簡要等重要關鍵信息，供輔助決策系統進行快速查詢及調用。將已發生過、處理完畢的歷史事件存檔，可待將來處理類似事件時參考。
2. GIS技術的應用
鄱陽湖及鄱陽湖流域地域廣闊，GIS技術的應用，為建立鄱陽湖及鄱陽湖流域數字化專家系統提供了一個很好的工具。根據水污染源的類型、污染物質的種類、濃度和數量以及對人、畜等危害性等，在污染團擴散模擬基礎上，利用GIS技術獲得從污染源開始到擴散完成的影響的信息。
GIS技術利用其強大的空間組織能力，空間的分析能力和動態預測能力，按照水污染擴散模型的計算分析，進行災害預估和應急予案的科學分析。
3.水污染事件影響評估
突發性水污染事件發生之后，如何確保鄱陽湖及鄱陽湖流域的供水安全、農業生產安全、漁業生產安全、保障社會穩定，迫切需要對重大水污染事件所產生的短期和長期環境生態影響開展科學系統的評估，并制定切實可行的環境修復方案。
鄱陽湖及鄱陽湖流域水質突發性污染應急專家支持子系統研究和建立，對發生水質污染事件的決策處理有重要的科學的支持作用。
八 、結束語
項目通過對鄱陽湖及鄱陽湖流域污染情況的調查分析，確立了15項在線監測水質指標：水溫、PH、電導率、濁度、高錳酸鹽指數、氨氮、總磷、揮發酚、總氰化物、砷化物、氟化物、Cu、Zn、Pb、Cr6+。項目將采用粉末活性炭投加、其它藥劑的選擇性投加等強化應急處理成套設備，降解水污染對水質的影響，提高鄱陽湖水質應對突發性污染的能力，建設好鄱陽湖生態經濟區，永遠使鄱陽湖保持“一湖清水”。
參考文獻：
1、中華人民共和國國家環境保護標準《突發環境事件應急監測技術規范》HJ 589-2010
2、《突發性水污染事故預警應急系統構思》 何進朝 李嘉 《水利水電技術》2005年10期
3、《GIS技術在突發性水污染事件應急響應系統中的應用研究》 陳蓓青譚德寶 宋麗 《長江學院院報》 2010年第1期
4、《鄱陽湖生態經濟區水質污染現狀調研》 百度文庫
5、《鄱陽湖流域水體重金屬污染物健康風險評價》 李鳴 劉琪景 周文斌 《安徽農業科學》 2010 38（32）
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