摘要：介绍了我国水源地突发性水污染的现状，分析了饮用水应急处理的必要性及应对措施。对粉状活性炭（PAC）在饮用水应急处理中的应用进行了综述，并提出了粉状活性炭炭种筛选、投加量、投加方式和位置以对常规净水工艺的影响等粉状活性炭应用注意事项。对应用粉状活性炭应急处理饮用水的实例进行了分析，结果表明作为一种应对水源水突发污染的有效措施，粉状活性炭吸附技术在饮用水应急处理中有着重要作用。
近年来，我国突发性水源水污染造成城市供水事故的事件频繁发生，严重影响了人民正常生活和生产，造成了恶劣的社会影响，典型案例如下所述。2004年2月~3月，沱江氨氮特大水污染事故，造成了数个县市饮用水暂停供应的严重后果；2005年11月松花江突发硝基苯重大水污染，导致哈尔滨市停水事件；同年12月中旬，广东北江水体镉超标，数城市饮用水水源受到污染；2006年2月，牡丹江市水源发生生物污染，对水厂正常运行造成威胁；2007年5月太湖梅梁弯区域水体污染，导致供水水质不合格。对中国城市水源地突发污染事件进行了不完全统计分析，结果表明中国城市水源地突发污染事件总体上呈数量逐年增多，危害增加的趋势，主要突发污染物是各种化学品和污水。突发性水源污染已成为一个日益突出的问题。
1、饮用水应急处理的急迫性
众多城市水源地突发性水污染事件已给城市供水健康敲响了警钟。而水源发生污染事故、城市供水受到影响的原因是环境形势严峻、水污染问题严重；工业事故排放与运输事故泄露时有发生；城市供水行业缺少水源应对突发污染的能力。由于污染风险难以根除，我国城市供水行业在今后很长一段时间内都将面临水源遭受重大污染的风险。因此，如何在城市水源地发生突发性水污染的情况下实现不中断供水，保证供水水质，保障城市供水健康已成为急需解决的问题。有专家提出通过储备一些药剂（在此广义的将吸附剂、氧化剂、酸碱剂统称为药剂）及其投加设施来提高给水厂水处理工艺系统应急强化处理能力是解决此类问题的关键点。粉状活性炭（PAC）作为饮用水处理中一种常用的吸附剂，在饮用水应急处理中有着重要的应用。
2、粉状活性炭在饮用水应急处理中的应用
粉状活性炭是由无定性碳和不同数量灰分共同构成的一种吸附剂，其微孔结构发达，吸附性能优良，可有效地吸附去除水中天然有机物、卤化有机物、农药等人工合成有机物。粉状活性炭应用灵活，设备投资省，价格便宜，吸附速度快，对短期及突发性水质污染适应能力强，在饮用水应急处理中发挥了重要作用。
2.1粉状活性炭对水源水突发有机污染物的吸附去除
在水处理中，粉状活性炭常其作为一种有效的吸附剂，可以吸附去除水中非离子化、憎水性强、含苯环结构的有机物污染物，同时，投加粉状活性炭可以明显改善处理出水的色度、嗅味。
以浑河水为原水，模拟突发苯胺水污染，通过投加粉状活性炭进行应急处理试验研究，发现在pH值不小于5时，粉状活性炭对苯胺吸附效果较好，在30min内能达到80%-90%的吸附容量，结果表明对突发的浑河水苯胺污染，投加粉状活性炭是十分有效的应急措施。
中试研究结果表明：投加粉状活性炭可有效去除长江水源水中阿特拉津，当粉状活性炭投量为50mg/L时，可使初始浓度为200μg/L的阿特拉津降低到2μg/L以下。
粉状活性炭对水中藻毒素有着很好的吸附去除效果。在粉状活性炭吸附去除黄浦江原水中微囊藻毒素的实验研究中发现：10mg/L的粉状活性炭在40min内对MC-RR、MC-LR的去除率分别达到55%和45%，表明粉状活性炭对水中微囊藻毒素具有较好的去除效果。
进行了粉状活性炭对广州珠江水中2-甲基异莰醇（MIB）吸附去除的实验研究，结果表明煤质粉状活性炭对MIB有较好的去除效果，去除率达到40%以上。
研究发现：当原水嗅阈值为90时，40mg/L的粉状活性炭投量可保证出水无异味。
2.2粉状活性炭对水源水突发重金属污染的吸附去除
粉状活性炭是一种去除水中重金属离子的优良吸附剂。粉状活性炭吸附重金属离子的机理目前尚未弄清，但比较一致的看法是在吸附重金属离子过程中，粉状活性炭既是吸附剂又是催化剂。
在铅离子和铜离子在活性炭上吸附实验研究中发现：水中铅和铜离子通过与活性炭表面官能团反应形成配合物而吸附在活性炭上。
对饮用水水源地突发性六价铬污染应急处理进行了实验研究，结果表明粉状活性炭对水中六价铬的吸附是一个物理吸附和化学吸附相结合较为复杂的过程，在较低pH值（3.5~5.0）条件下，当原水中六价铬浓度低于0.5mg/L时，可以通过粉状活性炭吸附的方法对其进行有效去除。但是对于多数重金属离子，粉状活性炭对其吸附能力有限，且选择性不是很好，通过加络合剂使金属离子形成络合物增加吸附性和选择性。
2.3 粉状活性炭联用工艺在饮用水应急处理中的应用
粉状活性炭应用方式灵活，故可与许多水处理工艺联用。相对单独的处理工艺，这些联用工艺有时会达到更好的处理效果。
研究结果表明：高锰酸钾与粉状活性炭联用工艺的除嗅效果好，当高锰酸钾投加量为0.5mg/L、粉状活性炭投加量为40mg/L时，沉后水的嗅阈值仅为5，去除率达到了98.8%。
研究认为：当用高锰酸钾与粉状活性炭联用处理带土腥味和霉烂味的原水时平均去除率可达92%以上。高锰酸钾和粉状活性炭联用能去除水中的嗅味，其机理是通过氧化和吸附作用去除有机物。
在进行饮用水水源突发性石油污染的应急处理实验研究中发现，PAC+ClO2组合技术在ClO2和PAC的投量分别为8和30mg/L，粉状活性炭吸附时间为3h的条件下，可将水中0.5mg/L石油类污染物降至0.01mg/L，此组合工艺可作为饮用水水源突发石油类污染的应急处理措施。
粉状活性炭吸附技术作为一种应急性的措施，在一些水厂己经得到了应用，并取得了满意的效果，实践表明它是一项非常有前景的技术。
3、饮用水应急处理中粉状活性炭应用的注意事项
3.1粉状活性炭炭种筛选及投量
根据给水厂原水的水质状况，特别是突发有机污染物及原水背景有机物分子量的分布状况，确定适合原水水质的对突发有机污染物吸附容量高、吸附速率快的粉状活性炭炭种。为应对城市水源地突发水污染，城市给水厂要有针对性地建立应急供水预案，针对能够通过粉状活性炭吸附快速去除的突发有机污染物，筛选针对这些有机污染物吸附容量高的粉状活性炭，建立有机污染物初始浓度、活性炭投加量、吸附时间等与吸附去除率的关系，以便突发有机物污染情况下确定合理、经济的粉状活性炭投加量。
3.2粉状活性炭投加方式
粉状活性炭投加分干投和湿投两种方式。欧美等国家大都应用干投装置投加粉状活性炭，干投装置宜用在粉状活性炭不经常使用以及较大投炭量很大时。但粉状活性炭干投操作时，劳动强度大，在装卸、拆包、配制和投加过程中粉尘飞扬，具有潜在爆炸性，工作环境差，工人抵触情绪大。湿投法一般是负压投加，粉状活性炭与水混合成炭浆，可以基本解决炭粉飞扬的问题。但湿投法也有其弊端，如果粉状活性炭只是偶尔使用，炭浆池可能时空时满，由于加料和混合炭浆需要较长时间，往往等到炭浆系统可以开始运行时，所处理的水可能已发生突发污染事故，所以在突发水污染的情况下，应有充分的应急准备，能够及时投加炭浆，防止处理出水不达标。另外，粉状活性炭炭浆若不经常混合或连续混合就会团结，可能会堵塞输送管，为避免此问题，管内流速要求不小于15m/s。粉状活性炭投加系统应尽量靠近投加点，能定期运行，即使无需加炭时也一样，这样可以保证输炭管道畅通清洁、炭浆混合良好和整个系统能够得到经常清洗。
3.3 粉状活性炭投加位置的选择
根据国内水厂目前实际情况，水厂可供选择的粉状活性炭投加点主要为三处:
（1）取水口投加
水源水突发污染时，应首先考虑在取水口投加粉状活性炭，其优点是可以尽量增加粉状活性炭在水中突发污染物的吸附时间，可明显提高处理效率，达到控制突发污染的目的，尽可能地在较早的环节控制了污染，有效防止了水厂处理构筑物受到突发污染物污染，同时后续的处理环节可以起到缓冲和健康余量的作用，复合饮用水处理多级健康屏障的理念。事实上松花江突发硝基苯污染和无锡水危机事件中，饮用水应急处理时，粉状活性炭都是投加在取水口处，这也是应对突发污染的重要经验之一。
（2）混凝前后投加
若取水口处不具备粉状活性炭投加条件，可以考虑混凝前与混凝后投加粉状活性炭，具体应根据实际情况通过实验确定。在絮凝前后投加粉状活性炭，影响粉状活性炭吸附效果的主要因素是粉状活性炭吸附与混凝的竞争和吸附时间的保证，协调这两方面因素是充分发挥粉状活性炭吸附能力的关键。一般只有在有条件采用较高粉状活性炭投加量场合，混凝前投加才有意义。
以东莞市东江水为原水，进行突发污染饮用水应急处理实验研究，结果表明：在混凝剂投加30s后，投加粉状活性炭对COD、UV254、浊度、色度的去除效果明显好于其他投加点。
在进行徐州某水厂应对突发水污染的实验研究中，发现粉状活性炭投加点选择在混凝剂投加后3min左右，对浊度、色度、CODMn去除效果较好。
（3）滤前投加
滤前投加，不存在吸附与混凝的竞争问题，但应该注意到粉状活性炭与水的接触时间不足，健康保障率不足。此外，粉状活性炭进入滤池后，会堵塞滤料层，粉状活性炭易穿透滤层，使滤池的工作周期明显缩短。因此，不建议滤前投加粉状活性炭。
3.4粉状活性炭对常规净水工艺的影响
饮用水应急处理中往往需要投加大量粉状活性炭，相应带来的问题是由于粉状活性炭相对密度小、沉降性能差，粉状活性炭不易通过排泥排出，较易从沉淀池流出进入滤池，增加滤池负荷，甚至会穿透滤层，影响供水水质。为此，就需是要通过强化混凝，提高沉淀对水中胶体颗粒及粉状活性炭的去除率，尽量减少沉淀池表面的浮炭；加强排泥，防止粉状活性炭在池底大量堆积；同时要缩短滤池过滤周期，加强滤层反冲洗。
4、应用实例分析—哈尔滨气化厂应对松花江突发硝基苯污染的应急处理
4.1哈尔滨气化厂供水危机
2005年11月，松花江发生硝基苯重大水环境污染事件，沿江城市供水健康带来严重威胁，位于下游哈尔滨气化厂供水同样面临严峻考验。哈尔滨气化厂承担着向哈尔滨市供应燃气的任务。其供水分厂负责气化厂生产用水的供应，松花江是气化厂唯一的供水水源，一旦硝基苯超标，将导致水厂停产，供水中断，造成气化厂停产，将产生严重的影响和后果。为此，需要确保任何情况下不中断供水。
4.2应急供水技术方案及分析
现有水厂净水工艺去除硝基苯的能力有限，难以满足要求，需要对供水系统进行应急改造。考虑到活性炭对硝基苯有较好的吸附性能，因此，将活性炭吸附作为优先考虑的措施，确定应急处理方案如下：在取水口投加粉状活性炭，由取水泵进行充分混合，利用11.9km长的输水管在长达5个多小时的原水输送过程中，粉状活性炭与水充分接触吸附硝基苯，在混凝沉淀单元，优化混凝剂投加量，投加助凝剂，加强沉淀池排泥；将原有的煤砂滤池改造为炭砂滤池。
在此方案中，粉状活性炭的吸附作用是关键，水在输水管中的停留时间可达5.7h，粉状活性炭吸附时间充分，力求硝基苯在此阶段被吸附去除达标。强化混凝沉淀及加强排泥主要目的是为了分离去除水中粉状活性炭，同时，此阶段硝基苯也有部分被去除。炭砂滤池吸附去除能力有限，主要作为储备性环节。
4.3应急供水实施效果
（1）粉状活性炭对硝基苯的吸附效果
在各种原水硝基苯浓度超标倍数下，硝基苯的平均去除率达95%左右；投加粉状活性炭之后水中残留硝基苯浓度均低于0.017mg/L，证明粉状活性炭对水中硝基苯的去除具有很好的效果。
（2）应急供水技术硝基苯总体去除效果
在原水硝基苯超标高达14.22倍的情况下，上述工艺组合对硝基苯的总去除率平均达99.4%，过滤出水中硝基苯的含量均在0.002mg/L以下，效果优异。在对原水中硝基苯去除的贡献份额中，粉状活性炭的平均去除率达到94.81%，是去除硝基苯的主要环节；强化混凝沉淀的平均去除率为3.88%，其主要作用是保证粉状活性炭从水中被有效去除；过滤对硝基苯也有0.78%的平均去除率（见图1）。
4、结语
粉状活性炭能够有效地吸附去除水源水中某些突发有机污染物，其应用灵活、经济适用，在饮用水应急处理中有着重要的应用。应对水源水突发污染的粉状活性炭吸附工艺研究及相关设备研发研制工作需要深入开展。