太湖水源保护区污染事故快速诊断、处置技术与应急预案

赵士彬 张布伟

摘 要：太湖是富营养化的浅水型湖泊，也是重要的水源地，如何提高其供水的安全性是一个 重要的研究课题。由于蓝藻暴发导致突发性水污染事件发生的可能性是由富营养化引起的，本文针对突发性污染事故的快速诊断、应急处置技术，阐述了适合太湖水源保护区污染事故快速诊断技术和应急处置技术，并指出应从快速检测技术和应急处理技术出发建立藻类爆发的应急预案。

关键词：太湖 突发性污染 快速诊断 应急处理 应急预案

中图分类号：X52 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0121-02

太湖流域面积36895 km2，人口密度达每平方公里1000人左右，是世界上人口高密度地区之一，也是我国经济社会最发达的地区之一，GDP占全国总量的11.6%[1]。太湖水源保护区的水体质量状况直接关系到以上海为龙头的长江三角洲和长江经济开发带的经济发展建设和居民的日常生活。因此对太湖水源保护区污染事故进行快速诊断、处理技术与应急预案的研究很有意义。

1 太湖污染现状

太湖目前最突出的环境问题是水体富营养化和局部水域的有机污染问题。太湖流域处于中等富营养状态，101个水质监测点中，V类和劣V类水质断面比例为65.4%，太湖Ⅲ类水面积仅67.5%，且92.3%的水体为富营养水平。沈建军等[2]从2007年的6月到2008年的2月，选取了五里湖、梅梁湖、西部沿岸区、湖心区和东部沿岸区5个湖区作为水质状况检测的区域，结果表明：全湖CODMn平均浓度为Ⅲ类，TP平均浓度为Ⅳ类，TN平均浓度为V类。太湖蓝藻爆发的频率和规模在不断增长，藻类产生的微囊藻毒素（MC）会直接降低了饮用水的安全性。

2 太湖水源地突发性污染来源分析

水源地突发性污染事件是指在水源保护区内由于安全性的污染物泄露、排放，造成水质瞬间严重恶化，严重威胁水厂取水安全的污染事故，这些事件多是由于事故、常规污染源违法排放、城市或农村的非点源污染受暴雨冲刷等进入水体、船舶等的污染物泄露、环境因素导致的水质突变、气候突变等自然灾害带来的突发性污染和人为投毒等[3]。根据太湖目前污染现状，以及太湖以往发生的突发性水源污染进行分析，可以推断造成太湖水源地突发性污染的来源为化工企业突发性事故、污水排放和湖泊富营养化。其中由于湖泊富营养化导致的突发性藻类爆发带来的污染尤为严重，本文选择只对藻类爆发的突发性污染的预警系统、快速检测、应急处理技术等进行阐述。

2.1 化工企业突发性事故污水排放等对水源地的污染

太湖流域经济较为发达，拥有大量的能耗高、重污染的化工企业，使得太湖流域水污染风险和安全压力日益增大，这些企业若发生工厂泄露、爆炸等事故或者污水排放控制不当，随时都有可能发生突发性水污染事故，流入太湖的有毒有害物质，化工原料就很容易对太湖饮用水源造成污染。

2.2 湖泊富营养化对水源地的污染

太湖营养化面积占全湖的70%以上， 近些年来，藻类大量繁殖，每年夏、秋季节都伴有蓝藻爆发。2007年5月底，太湖区域蓝藻提前爆发，水源地的水质恶化严重，自来水厂无法处理源水，水质发臭，严重影响了生产、生活，至6月3日才恢复饮用水正常供应。

3 太湖水源地藻类爆发突发污染应急处理方案

大量无机或有机的氮、磷进入湖泊、水库，在微生物的作用下形成磷酸盐和硝酸盐，引起藻类大量繁殖，藻类具有高稳定性，比重小，难于下沉，同时藻类繁殖会释放恶臭物质，引起饮用水感官性能下降，这些水质特征造成含藻水处理的难度增大，藻类的繁殖还对水源地的用水安全性造成威胁，释放的藻毒素会引起人畜患病甚至死亡。

3.1 建立藻类预警系统

以太湖历年来的连续监测资料为基础，运用多元逐步回归统计方法，选择水温、N/P等多项环境理化因素与叶绿素a，藻类生物量、蓝藻生物量等生因素进行逐步回归分析，找出与蓝藻因素显著相关的环境因子，建立多元逐步回归方程并用环境因子的实测值进行检验，利用预测方程太湖藻类生物量的变化情况，进行太湖藻类水华的预测预报，把监测数据和相关的气象水文数据通过数据导入数据库，再通过预警模型计算，将预警结果存储，GIS平台将结果与采样点空间分布的空间数据相连，就可以提取预警信息，并得出预警结果[1]。

3.2 藻类爆发监测技术

对取水口水质进行日常监测， 实施动态监测，除对常规的指标进行监测以外，应特别注意的是，原水和处理出水中的微囊藻素浓度是对藻类爆发很具有代表性的一个指标。当原水中微囊藻素>1.0Mg/L时，应把检测结果及时通知取样单位和水源水体管理单位[1]。藻类爆发监测技术可以提高对藻类爆发引起水污染事故的快速反应和应急处理能力，为污染事故处理提供科学依据。

3.3 快速检测技术

突发性环境污染事故快速检测（应急监测）是环境监测人员在事故现场，使用小型、便携、简易、快速检测仪器或装置，在尽可能短的时间内对污染物质的种类、污染物质的浓度和污染范围，以及可能的危害等做出判断的过程，为污染事故及时、正确地进行处理、处置和制定恢复措施提供科学的决策依据[4]。藻类爆发时，表现为水体中有机物浓度升高，而水体中有机物的种类和浓度可以通过监测车上配备的一些高档仪器在现场进行快速的检测。但关于藻类的鉴定和浓度的测量由于缺少快速测定仪类的检测工具，需要送交实验室进行检测。不过，随着藻类爆发的频率和危害程度的不断增加，市场上已经出现了关于藻类测量的一些快速测定仪。

3.3.1 有机物的快速检测技术

通过配置应急监测的仪器和设备，如水和气体检测试管（直接检测管和吸附检测管）、反射式分光光度计、便携式阳极扫描伏安计（ASV）、单项目或多项目气体检测器、便携式傅立叶变换红外光谱仪、便携式离子计、便携式紫外-可见分光光度计、单项目或多项目水质检测器、车载式GC-MS仪、便携式（车载）气相色谱仪、便携式（车载） 离子色谱仪、多普勒流量仪、免疫分析仪等、等比例水质采样器，可以在事故现场实现对有机物的快速检测。

3.3.2 藻类浓度的快速测量技术

传统的藻类检测方法采用碘液固定沉降藻类计数法，因检测用时在24小时以上，而不能及时地提供水体中藻类生长信息，用于指导后续应急处理技术的采用。高建峰[5]等使用离心沉降的方法检测水中藻类，在1小时内便获得藻类的浓度，通过跟采用碘液固定沉降法检测藻类的结果进行比较，两种方法的结果没有显著差异，符合生物检测的质量要求。该法首先运用离心沉降的方法收集水中藻细胞，震荡洗脱后定容，然后使用浮游生物技术框在显微镜下技术，最后将结果换算成原水样品中藻细胞数目。

3.3.3 其它藻类检测技术

陈丽芬[6]等对德国“WALZ”叶绿素荧光测定系统系列中的PHYTO-PAM叶绿素荧光仪快速测定藻类生物量技术进行了研究，通过建立优势藻类特征图谱来矫正叶绿素荧光仪，测量结果显示快速荧光测定和传统的有机溶剂提取法测定相关性达到了0.91。藻类和其他光合生物的光合反应中心都含有叶绿素a和其它一些光合色素，这些色素被可见光激发可产生荧光。同一个门的藻类含有的光合色素的数量和性质是相似的，对于不同门的藻类来说，其光合色素的组成有所区别，其荧光激发光谱（固定的发射波长在680 nm）具有一定的特异性。因此荧光仪能够通过荧光激发光谱来区分不同门的藻类，并测定主要门类（绿藻、蓝藻、硅藻）的藻类生物量。

目前，西方的一些国家在线的叶绿素荧光仪已有产品面世，但价格昂贵。如果在水源处配置在线叶绿素荧光仪，则可藻类生物量以及主要种类的变化情况进行实时监测，为应急处理技术提供指导依据，对症下药，将污染控制在最小危害范围内。

3.4 应急处理技术

突发性水源污染发生以后，应根据污染物的浓度和污染性质在水源地和水厂这两个系统中分别采取相应的应急处理技术进行处理。

3.4.1 水源地应急处理技术

突发性藻类超标时，在水源地采用人工机械除藻和曝气等物理方法能够取得一定除藻效果。在水华堆积的地方，采用相对安全的改性粘土絮凝方法，沉降蓝藻，消除蓝藻在水面堆积、死亡与发臭，改善水质与湖泊景观。而在取水口处采用高锰酸钾氧化则可有效去除原水中的藻类，马军[7]等研究表明高锰酸钾具有良好的杀藻效果，在高含藻量情况下，药剂投量在0.2～0.4 mg/L范围内时，藻类去除率维持在40%左右，当投药量增加到0.4～0.8 mg/L时，藻类去除率急剧升高到92.7%。高锰酸盐虽然具有良好的除藻效果，但是其给水体带来的二次污染也是一个值得关注的地方。其它常用的氧化剂还有氯和臭氧。

3.4.2 水厂应急处理技术

在水厂中，常采用的应急处理措施是强化混凝和活性炭吸附。强化混凝不需要增加新的设备和药剂，是较为经济实用的方法，强化混凝对原水中的藻类去除作用较强。饮用水处理中大量使用活性炭来吸附去除臭味、藻毒素、合成有机物、内分泌干扰物、消毒副产物以及其前驱物，因此可以通过投加大量的活性炭去除水体中藻毒素等有害组分。

也有人指出，当水体中检测到藻类中硅藻占主要优势，生物量比较高时可采取适当增加反冲洗次数、增加絮凝剂投加量等措施，而水体中蓝绿藻占主要优势时，可采取增加投氯量等措施[6]。在2007年太湖蓝藻爆发突发性水污染事件中，自来水中有浓烈的烂圆白菜味，经分析产生臭味的物质是硫醇、硫醚类化合物，所确定的除臭应急处理工艺是：在取水口处投加高锰酸钾（3～5mg/L），在输水过程中氧化可氧化的致臭物质和污染物，再在净水厂絮凝池前投加粉末活性炭（30～50mg/L），吸附水中可吸附的其他臭味物质和污染物，并分解可能残余的高锰酸钾，经过应急处理，自来水恢复到蓝藻爆发之前的正常水平[8]。

3.4.3 "引江济太"

2007年在太湖蓝藻爆发后，无锡市政府在自来水事件第一次新闻发布会上宣布，立即加大引江济太的调水容量，以尽快促进太湖水体流动，改善太湖水质。实施“引江济太”工程调水以提高太湖水体自净能力，改善太湖和流域水体水质，并增加向太湖周边地区供水，让太湖流动起来。长江引水量从每秒160 m3增加到每秒220 m3，至6月4日上午8时，已调引长江清水4.54亿m3，入湖2.61亿m3，直接受水的太湖贡湖水域水质明显好转，无锡锡东水厂水质稳定，一定程度上缓解了供水危机。

3.5 应急预案

水源地藻类爆发后，根据先前制定的应急预案方可快速的做出应急反应，使污染造成的危害能够高效的得到控制。成立专门的应对水源地水藻爆发的处置应急队伍，包括一般的工作人员和相关领域的专家，形成有效的应急措施，建立反应迅速、组织科学、高效运转的应急机制；成立专门的突然性水污染应急处理专家小组，遇到突发事件才能有条不紊的进行处置[9]。同时也要建立联动机制，使各个部门能够在短时间内信息共享。

应急预案应从快速检测和应急处理这两方面入手。大体思路是：藻类爆发后，将监测车开赴现场，对藻类爆发带来的污染进行应急监测，并将检测结果进行及时的通报；应急处理小组根检测结果对污染进行分析，采取相应的应急措施并着手准备替代方案或更佳方案；根据处理效果对应急措施进行评估，选择是否要采取其它的应急处理措施。

4 结语

太湖的蓝藻爆发危机的解决不是一个简单的问题，对污染事故的快速检测、应急处理以及应急预案的建立并不能保证能解决遇到的所有突发性污染事件，但是增加这方面的研究可以快速、高效的启动相关的救治工作，使突发性污染事件的应急处理得以成功的可能性增大。因此，建立太湖水源地突发蓝藻爆发污染的应急预案很有必要。

参考文献

[1] 徐冉，王梓，陈诗泓.无锡太湖水源地藻类爆发应急管理与处置体系研究[J].中国环境管理干部学院学报，2009，19（2）：85-88.

[2] 沈建军，李柏山，许海萍.太湖水污染原因分析及治理措施[J].环境科学导刊，2009，28（2）：27-29.

[3] 冯运超.水源水质突发性污染应急处理方法[D].西安建筑科技大学硕士学位论文，2008.

[4] 万本太.突发性环境污染事故应急监测与处理处置技术[M].北京：中国环境科学出版社，1996.

[5] 高建峰，翁天楚，陈琼洁.离心沉降法检测水中藻类技术[J].西南给排水，2006，28（2）：22-23.

[6] 陈丽芬，郑锋.叶绿素荧光技术快速测定水体藻类生物量的应用[J].城镇供水，2007，6：51-52.

[7] 马军，石颖，刘伟，等.高铁酸盐复合药剂预氧化除藻研究[J].中国给水排水，1998，14（5）：9-11.

[8] 张晓健，张悦，王欢，等.无锡自来水事件的城市供水应急除臭处理技术[J].给水排水，2007，33（9）：7-12.

[9] 于凤存，方国华，高玉琴.城市水源地突发性水污染事故思考[J].灾害学，2007，12（22）：104-108.