溶液池膜下水與氣體的抽排處理方案分析

黎良濤

摘要：緬甸蒙育瓦萊比塘銅礦項目是目前亞洲最大的濕法煉銅項目，項目地處亞熱帶濕熱地區(qū)，在每年的5-9月份雨水豐沛，地下水汽量暴增，大量的地下水及溢出的氣體極易使得溶液池的HDPE防滲膜被頂起并出現(xiàn)膜鼓包的現(xiàn)象，對防滲膜的損傷極大。每當(dāng)出現(xiàn)這種情況，建設(shè)單位都是將溶液池里多達(dá)百萬立方米的溶液排完后進(jìn)行處理，投入了大量的物力財力。在這樣的背景下，我們結(jié)合現(xiàn)場條件并總結(jié)經(jīng)驗，設(shè)計了溶液池膜下水與氣體的抽排處理方案來解決防滲膜被地下水或氣體頂起問題，極大地減少了工程量并縮短了處理時間，同時投入較少，不失為綠色環(huán)保的解決方案。

關(guān)鍵詞：溶液池;膜鼓包;地下水汽;抽排處理

溶液池防滲膜鼓包問題，如果長期得不到解決，將會導(dǎo)致膜在高壓下拉升，膜將會越來越薄，最后直接破裂。因此，膜鼓包問題應(yīng)盡早處理，避免膜被破壞，一旦膜破裂就會導(dǎo)致溶液泄漏造成環(huán)境污染，處理起來更加麻煩，需要抽干整個溶液池的溶液才能修補。本文對溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包原因及解決方案進(jìn)行分析，以供參考。

1? ? 溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的原因及危害

緬甸蒙育瓦萊比塘銅礦項目溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的主要原因是不同季節(jié)的環(huán)境變化導(dǎo)致地下累積的氣體逸出及雨季地下水量暴增溢出地面，當(dāng)溶液池防滲膜下的氣體及地下水累積達(dá)到一定的數(shù)量時，防滲膜就會逐漸被頂起甚至冒出溶液池液面形成防滲膜鼓包，隨著水與氣體的增加鼓包會逐漸增大。有時是雨季水量過大將膜沖壞局部進(jìn)水，這樣也會導(dǎo)致膜下積水鼓包。

2? ? 溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象傳統(tǒng)的處理方案及處理的難點

2.1 溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象傳統(tǒng)的處理方案

針對溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象，建設(shè)單位采取的方法是通過大型不銹鋼化工離心泵將溶液池的溶液排盡，然后在防滲膜上剖開一道口子將里面的氣體排出，同時將小型的不銹鋼潛水泵放到防滲膜下抽排膜下的液體，當(dāng)防滲膜下的液體及空氣排盡后，再將HDPE防滲膜焊接修復(fù)。

2.2 傳統(tǒng)處理方案的實施難點

這種處理膜鼓包的方法需要消耗大量的時間，同時要投入大量機械設(shè)備和電氣設(shè)備，這種大型的濕法煉銅項目，溶液池數(shù)量多且單個溶液池的容積大，其有效容積從幾十萬立方米至幾百萬立方米不等，因溶液中主要溶質(zhì)為高濃度的硫酸銅及稀硫酸，腐蝕性強，抽排溶液的主要設(shè)備只能采用大型不銹鋼化工離心泵，泵額定流量一般為500 m?/h左右，需要多臺泵同時工作以加快抽排溶液的速度，當(dāng)溶液池的液位下降到0.5 m以下時，由于液位太低，泵的吸液管進(jìn)水口處容易造成漩渦，漩渦將空氣帶入管道破壞了吸液管的真空度，溶液無法吸入泵的轉(zhuǎn)輪腔室，此時大型的化工離心泵已經(jīng)不能抽排溶液。因此當(dāng)溶液池的液位下降到0.5 m以下后，必須采用不銹鋼潛水泵繼續(xù)抽排溶液，不銹鋼潛水泵的額定流量遠(yuǎn)小于化工離心泵，為了加快抽排溶液的進(jìn)度，采用多臺不銹鋼潛水泵同時工作，同時因為溶液腐蝕性強，不銹鋼潛水泵長期浸泡在溶液中，溶液會腐蝕某些部件后滲入到電機中使得潛水泵報廢。整個溶液抽排過程一般長達(dá)一個多月，在這期間該溶液池一直處于停產(chǎn)狀態(tài)，對業(yè)主的整個生產(chǎn)鏈造成了較大影響，同時在整個溶液抽排過程中，需要投入大量的安裝工作，包含變壓器、相關(guān)的控制柜、配電柜等電氣設(shè)備安裝，大量的高壓電纜、動力電纜及其他電線電纜敷設(shè)，工程量大且成本高，因此，找到一種既能夠不影響工藝生產(chǎn)，又能夠縮短處理時間的方案，對溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的處理具有重要意義。

3? ? 建設(shè)單位設(shè)計溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的處理方案

建設(shè)單位針對溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的處理方法是先將池內(nèi)溶液排干，然后將鼓包部位剖開一個缺口進(jìn)行抽排膜下水與氣體，這種方案消耗大量資源，處理周期長且對生產(chǎn)造成一定影響。如果能采取一種簡潔有效的方案，在不抽排池內(nèi)溶液的前提下也能將膜下的氣體與水排出，使防滲膜的鼓包部位能夠快速消除，將對緬甸蒙育瓦萊比塘銅礦項目預(yù)防與處理防滲膜鼓包問題具有十分重要的意義。最后，通過查閱相關(guān)資料并結(jié)合現(xiàn)場的實際條件，設(shè)計了兩種溶液池防滲膜出現(xiàn)鼓包現(xiàn)象的處理方案。

3.1 小型真空泵、離心泵組合處理方法

方案一：當(dāng)溶液池底的HDPE防滲膜形成鼓包被頂出液面時，可采用小型真空泵、離心泵組合抽排的方法[1]。選擇溶液池圍堤上距離鼓包最近的位置，將柔韌性較好的DN50 HDPE管沿著溶液池邊坡從膜下深入到鼓包的下方，DN50 HDPE管的另一端連接到離心泵，離心泵出口用DN50 HDPE管接到溶液池，用橡膠軟管將真空泵連接到離心泵出口的三通上實現(xiàn)兩臺泵的組合[2]，具體見圖1所示結(jié)構(gòu)原理圖。

該方案中，離心泵型號為50BZ-35、電機功率為4 kw、額定流量為14 m?/h、額定電壓為380 V、整泵的價格在4 000元左右;真空泵的型號為2X-30、吸氣率為30 L/S、電機功率為3 kw、額定電壓為380 V、整泵的價格在4 000元左右。在野外無可用的永久電源情況下，可配置一臺10 KW三相柴油發(fā)電機即可滿足使用。組合泵工作時，先關(guān)閉圖1中B閥門并打開A閥門，開啟真空泵，通過真空泵將離心泵轉(zhuǎn)輪室及進(jìn)液管里面的空氣抽完，使防滲膜鼓包里面的水在負(fù)壓的情況下進(jìn)入離心泵轉(zhuǎn)輪室，當(dāng)50軟管看到液體抽出時，立即關(guān)閉A閥門并迅速關(guān)閉真空泵，然后開啟離心泵并打開閥門B實現(xiàn)膜下水的抽排。當(dāng)膜下水抽排完畢時，膜下剩下的全部為空氣，離心泵無法繼續(xù)工作，這時關(guān)閉離心泵及閥門B，然后打開閥門A并開啟真空泵，利用真空泵將膜下的空氣繼續(xù)排出。當(dāng)空氣排出部分后，可能隨膜下氣壓變小，其他部位的膜下水又排放過來，這時當(dāng)看到連接真空泵的橡膠軟管有水抽出時，再次關(guān)閉真空泵并開啟離心泵抽水，如此往復(fù)地利用組合泵，將HDPE膜鼓包部位的空氣及水全部排出。

方案一的優(yōu)缺點：該方案的優(yōu)點在于使用的設(shè)備功率小，工作時最高負(fù)荷只有4 kw，并且所有設(shè)備質(zhì)量較輕和安裝方便，在野外運輸車輛無法到達(dá)的位置也能用人工方便快捷地搬運設(shè)備進(jìn)行安裝，抽排作業(yè)易于實現(xiàn)。另外此方案使用的設(shè)備小，工程造價低，方案實施時不用先將池內(nèi)溶液排完，節(jié)約了大量的工期。該方案的缺點在于，因溶液池及防滲膜的結(jié)構(gòu)特點，只能采用小功率的組合泵，抽排膜下水與空氣的排量不會很大，鼓包位置的消除效果不會立竿見影，只能慢慢消除，往往一個100 m2左右的鼓包需要7～10 d才能消除。

3.2 小型自吸罐[3]與離心泵組合處理方法

方案二：由于各個溶液池均出現(xiàn)過不同程度的HDPE防滲膜鼓包現(xiàn)象，在新建溶液池時，需要采取有效的手段進(jìn)行預(yù)防，通過總結(jié)處理各個溶液池防滲膜鼓包的經(jīng)驗，分析研究制定了小型自吸罐與離心泵組合處理方法。在修建溶液池時，在池底修建一個小型的積液坑，池底設(shè)置坡降且積液坑處于最低位置，在池底表面（防滲膜下）分布樹狀的DN110帶鉆孔波紋管，通過帶鉆孔的波紋管將防滲膜下的水、空氣導(dǎo)入積液坑，積液坑內(nèi)安裝有一根DN400的PE管沿著坡面上升到池頂。在溶液池外安裝一套由自吸罐和離心泵組合的抽水系統(tǒng)。具體見圖2所示結(jié)構(gòu)原理圖。

該方案中，離心泵型號為50BZ-35、電機功率為4 kw、額定流量為14 m?/h、額定電壓為380 V、整泵的價格在4 000元左右;自吸罐的直徑約1.2 m、高度約1.5 m，用現(xiàn)場5 mm厚的鋼板制成，在池底的積液坑內(nèi)設(shè)置有一個浮球液位計，自吸罐上安裝兩個電磁閥A、D和兩個手動閥B、C，可實現(xiàn)自動抽排膜下水。該抽排系統(tǒng)第一次工作時，先打開閥門B、C，通過閥門C將自吸罐注滿水，注水完畢后，關(guān)閉閥門B，同時將抽水系統(tǒng)的電源接上。當(dāng)池底積液坑的液位上升使浮球液位計浮起時，浮球液位計動作，使電源配電箱內(nèi)的電磁繼電器吸合，電磁閥A、D打開且離心泵通電運行實現(xiàn)抽排膜下水，當(dāng)膜下液位降低時浮球液位計懸空，浮球液位計動作，使電源配電箱內(nèi)的電磁繼電器斷開，水泵停止并電磁閥A、D關(guān)閉，抽水結(jié)束。地坑泵當(dāng)液位再次升起使浮球液位計浮起時，水泵又將啟動抽水，這樣一來實現(xiàn)了膜下水的自動抽排。

方案二的優(yōu)缺點：該方案的優(yōu)點在于實現(xiàn)了膜下水的自動監(jiān)測與抽排，只投入小水泵及自吸罐，綜合造價低，能可靠地預(yù)防溶液池地下水與空氣造成膜鼓包。但是該方案只能用于新建溶液池、必須在溶液池建設(shè)時安裝好池底表面的導(dǎo)排水管道及修筑好積液池等工作，前期修好并投入運行中的溶液池因沒有該導(dǎo)排系統(tǒng)而無法使用本方案抽排膜下水及空氣，另外由于浮球液位計的電氣元件因水位變化經(jīng)常動作，極易疲勞損壞，一旦誤動作，可能使得水泵不停地運轉(zhuǎn)，在空載運轉(zhuǎn)時可能會燒壞機封或葉輪，若浮球液位計損壞誤動作使水泵一直停泵時，池底膜下水位上升，可能會將防滲膜頂起出現(xiàn)鼓包，為此需要定期對該抽水系統(tǒng)進(jìn)行檢查，每隔一段時間更換新的浮球液位計，以保證系統(tǒng)的正常運行。

4? ? 方案的驗證

采用這兩種方式能夠抽排和預(yù)防溶液池膜下水及膜下氣體來解決膜鼓包問題，確保整個溶液生產(chǎn)線能夠在不停產(chǎn)的情況下進(jìn)行無損害的處理。2019年使用方案一對緬甸萊比塘銅礦2#暴雨池的膜鼓包問題進(jìn)行了處理，避免了池內(nèi)接近60萬方溶液的抽排，為業(yè)主節(jié)約了大筆費用，并保證了處理期間對生產(chǎn)無影響，處理過程只用了兩周。2020年又采取方案一對3#堆浸場中間液池的膜鼓包問題進(jìn)行了處理，只用了一周時間，同樣節(jié)約了大筆費用且不影響生產(chǎn)。方案二主要應(yīng)用于堆浸場新增3-2中間液池，經(jīng)過兩年左右時間的運行，該系統(tǒng)仍在十分可靠地運行，避免了地下水及空氣造成防滲膜鼓包現(xiàn)象，同時新建1-3中間液池也將安裝方案二的預(yù)防系統(tǒng)，池子建成后防滲膜也將受到該方案的保護(hù)。這兩套方案在緬甸萊比塘銅礦項目的成功經(jīng)驗，可以用于化工、冶金、污水處理、造紙等多個行業(yè)的類似問題處理，該方案能在不影響工業(yè)生產(chǎn)的情況下實施，大大節(jié)約處理成本，節(jié)省處理時間。

參考文獻(xiàn)

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