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近年来，我国突发性水污染事故频繁发生，不仅直接威胁人们的生命健康，而且严重破坏了生态环境，给社会带来了巨大的经济损失。因此建立突发性水污染事故预警应急系统及污染物应急处理方法，显得尤为迫切。本文深入总结了近年来国内外在预警技术、水质预测模拟、应急管理以及实际应用等方面取得的新成果，在此基础上尝试构建突发性水污染事故预警应急系统。同时，以重金属镍、铬(VI)、汞污染柳江原水为例，在水厂现行工艺的基础上开展应急处理研究。本文的主要研究内容与结论如下：（1）对突发性水污染事故预警应急系统构建原理，包括其设计流程与基本建设模式进行了分析研究，构建了突发性水污染事故预警应急系统框架。（2）对水质预测方法进行研究，将灰色预测理论应用于水污染防控领域。利用残差修正的方法对GM(1,1)模型进行修正，并将其运用于河流突发性污染污染物浓度预测的实例中，得出了污染物浓度的时间响应函数表达式。（3）根据本研究建立的突发性水污染事故预警应急系统框架，针对柳江流域的具体情况及其应急管理的特点，构建了柳江突发性水污染事故预警应急系统的总体框架，提出了科学的建设方案。（4）研究了柳州水厂现行工艺对镍、铬(VI)、汞的去除能力，结果表明镍、铬(VI)、汞的最大去除浓度分别为0.03mg/L、0.10mg/L、1.5μg/L，处理能力有限。采用高锰酸钾预氧化强化混凝法作为水厂应对突发性镍污染应急处理方法，并通过正交试验确定最佳的除镍方案。试验结果表明，最佳的除镍方案为KMnO4投加量为1.5mg/L，pH调节为9.5，PAC投加量为18mg/L，PAM投加量为1.0mg/L，它可以将镍质量浓度低于0.22mg/L的原水处理后符合国家饮用水卫生标准。采用硫酸亚铁还原混凝法作为水厂应对突发性铬(VI)污染应急处理方法，并通过正交试验确定最佳的除铬(VI)方案。试验结果表明，最佳的除铬(VI)方案为硫酸亚铁投加量为理论投加量1.6倍，pH调节为8.0，PAC投加量为12mg/L，PAM投加量为0.8mg/L，它可以将铬(VI)质量浓度低于0.8mg/L的原水处理后符合国家饮用水卫生标准。采用粉末活性炭强化混凝法作为水厂应对突发性汞污染应急处理方法，并通过正交试验确定最佳的除汞方案。试验结果表明，最佳的除汞方案为粉末活性炭投加量为22mg/L，pH调节为9，PAC投加量为18mg/L，助凝剂PAM投加量为0.5mg/L，它可以将汞质量浓度低于9.0μg/L的原水处理后符合国家饮用水卫生标准。