宜昌磷礦綠色發(fā)展示范區(qū)污水處理技術(shù)*

劉 林 陳愛章 裴明松 黎 源 斯小華 黃德將 程 林 趙勇興

（中南冶金地質(zhì)研究所）

宜昌磷礦是全國五大磷礦基地之一，圍繞磷礦資源優(yōu)勢逐步形成了磷化工產(chǎn)業(yè)集群，磷化工成為宜昌經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)［1］。隨著磷礦開發(fā)利用規(guī)模的擴大，水污染問題也日益突出，水質(zhì)富營養(yǎng)化直接影響到黃柏河流域飲用水源地的生態(tài)功能［1-2］。

近年來，根據(jù)國家生態(tài)文明建設(shè)要求，隨著長江經(jīng)濟帶“共抓大保護、不搞大開發(fā)”戰(zhàn)略實施，宜昌市以磷礦為重點，大力推進綠色礦山建設(shè)，并初步建成以遠安縣“中國生態(tài)磷都”為中心的鄂西磷礦綠色礦業(yè)發(fā)展示范區(qū)，其中，水質(zhì)達標排放是綠色礦山建設(shè)的重要內(nèi)容［3-6］。宜昌市在磷礦礦井水質(zhì)提標升級方面取得良好成效，其污水處理方法可作為磷礦綠色礦業(yè)發(fā)展示范加以推廣。本文對磷礦區(qū)礦井水處理方法、礦區(qū)生活污水凈化技術(shù)、水質(zhì)在線監(jiān)測、生態(tài)補償制度等方面進行探討，為全國磷礦區(qū)礦井水處理提供借鑒。

1 水質(zhì)現(xiàn)狀

自2013年以來，由于磷礦大量開采，黃柏河流域各水源地水庫水質(zhì)富營養(yǎng)化程度日趨嚴重，玄廟觀水庫局部區(qū)域多次爆發(fā)水華，嚴重威脅了宜昌市水源地供水安全，黃柏河流域飲用水源地水質(zhì)亟需提升和改善。

資料顯示［2］，黃柏河流域水庫水體高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量、氨氮含量等水質(zhì)指標滿足地表飲用水Ⅲ類以上水質(zhì)要求，但總氮和總磷含量超標，尤其是磷含量，高達7 627 mg/kg，遠高于我國滇池（720 mg/kg）、巢湖（580 mg/kg）、太湖（590 mg/kg）等重富營養(yǎng)化湖泊，含磷沉積物是造成庫區(qū)水體污染及富營養(yǎng)化的主要原因。根據(jù)有關(guān)報告［7-8］，磷礦開采過程中礦井水排放是黃柏河中磷的主要來源。

近年來，隨著政府部門對磷礦企業(yè)監(jiān)管力度的加大，黃柏河流域生態(tài)補償機制的有效運行，黃柏河支流入庫水體的水質(zhì)逐年好轉(zhuǎn)（表1）。根據(jù)2018 年宜昌市水文局水質(zhì)監(jiān)測報告，黃柏河東支干流入庫水體達到《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）Ⅲ類水標準的比例為100%、達到Ⅱ類水標準（表2）的比例為97.22%。

?

注：總磷以P計，氟化物以F計。

作為全國重要磷礦山和磷化工產(chǎn)業(yè)基地，宜昌磷礦區(qū)大力開展綠色礦山建設(shè)，通過礦井水排放系統(tǒng)升級改造等多項措施，完成磷礦區(qū)污水達標排放，是綠色礦業(yè)發(fā)展的一項重要成效，具有示范意義。

2 礦區(qū)水處理方法

2.1 礦井水多級沉淀

井下水倉和沉淀池分開布設(shè)，通過加大井下沉淀池容量、增加沉淀次數(shù)、延長沉淀時間、降低沉淀流速等手段加強水倉沉淀作用（圖1），大大減少含磷污染物出井，并可應對開采情況變化、地質(zhì)環(huán)境變化導致的涌水量突增情況［9-14］。具體建設(shè)方案：①根據(jù)涌水量合理設(shè)置水倉，按照兩段式建設(shè)，每個沉淀池容積能容納2～4 h 井下正常涌水量，對涌水量大的礦山設(shè)置多級沉淀池。②通過投加藥劑、多級沉淀等方式凈化處理，實現(xiàn)循環(huán)利用和清水排放；在地面沉淀池前增設(shè)PAC、PAM 自動攪拌加藥裝置，提升礦井水沉淀效果。③經(jīng)過處理仍然不能穩(wěn)定達標的必須安裝深錐濃密機或多介質(zhì)機械過濾器系統(tǒng)。④地面安裝在線監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控指標為pH、懸浮物、總磷、流量，監(jiān)控裝置與相關(guān)監(jiān)管部門聯(lián)網(wǎng)。⑤及時清理沉淀池底泥，膠結(jié)處理后充填井下，清理周期為1月1次，并做好相關(guān)記錄。

2.2 絮凝劑除磷

為盡可能充分降低懸浮物和總磷含量，實現(xiàn)達標排放，在地面沉淀池設(shè)置自動加藥裝置，添加絮凝劑。自動加藥裝置根據(jù)沉淀池污染物含量智能化控制藥劑添加量，提高絮凝劑投放的自動化程度。

絮凝劑是有機-無機復配混凝劑PAM-PAC/PFS，除磷機理主要包括壓縮雙電層、電中和、吸附架橋以及網(wǎng)捕卷掃多種方式共同作用［11］?；炷左w系對出水濁度有很大幅度的削減作用，對總氮、氨氮、硝態(tài)氮和化學需氧量有一定的去除效果，對出水pH 有一定的改善作用，有很好的除磷效果，試劑成本0.2～0.3元/t，能夠滿足黃柏河東支污水達標排放深度除磷要求，具有較好的應用價值和環(huán)境效益［13］。

2.3 礦區(qū)生活污水凈化

磷礦區(qū)生活污水污染物包括COD、氨氮、總磷等，為全面加強礦區(qū)生活污水管理，保障生活污水得到有效的治理和處理，滿足礦區(qū)排水與周圍生態(tài)系統(tǒng)相協(xié)調(diào)，宜昌磷礦區(qū)采用微動力污水處理系統(tǒng)進行生活污水凈化，處理后滿足《污水綜合排放標準》一級標準相關(guān)要求后排放。

微動力污水處理系統(tǒng)包括水解酸化階段、反硝化脫氮階段、接觸好氧反應階段、重力沉降階段。生活污水凈化處理過程：①礦山生活污水集中后首先進入?yún)捬醭?，進行水解酸化、產(chǎn)乙酸過程等，提高污水的可生化性，從而減少后續(xù)反應的時間和能耗。②經(jīng)過水解酸化的污水進入缺氧池，利用兼氧微生物來降解其中的污染物；從好氧池回流的硝化液含有一定的溶解氧，改變了污水的溶氧濃度，使污水形成較好的缺氧環(huán)境，反硝化菌在缺氧池以新進入污水中的有機物為碳源進行反硝化反應，將回流混合液中的NO3-和NO2-還原為N2，并釋放至空氣，實現(xiàn)污水的脫氮。③脫氮的污水進入生物接觸氧化池，主要通過活性污泥法與生物濾池復合法進一步降污，經(jīng)過人工曝氣的污水以一定的流速流過池內(nèi)長滿生物膜的填料，通過與生物膜的充分接觸，微生物進一步生化降解有機物，硝化氨氮，顯著降低NH3+濃度；活性污泥中聚磷菌在好氧條件下大量吸收污水中的磷，將其轉(zhuǎn)化為不溶性多聚正磷酸鹽后儲存在體內(nèi)，最后通過沉淀池排放剩余污泥，實現(xiàn)系統(tǒng)除磷的目的。④經(jīng)過接觸好氧反應，污水中的有機污染物基本被微生物消解，然后在沉淀池利用重力沉降法將污水中的懸浮顆粒去除，從而降低污水中懸浮物的濃度。

2.4 水質(zhì)在線監(jiān)測

為及時了解黃柏河流域的水質(zhì)狀況，實時監(jiān)測流域水污染物含量，當?shù)卣⒘怂|(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，包括礦山在線監(jiān)測和流域入河口監(jiān)測，制定水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)流程圖、礦業(yè)公司水質(zhì)化驗抽檢等相關(guān)管理制度，確保水質(zhì)達標。

黃柏河流域東支（遠安段）設(shè)置7 個市級監(jiān)測斷面及23 個縣級監(jiān)測斷面，形成黃柏河流域東支水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)（圖2），實現(xiàn)監(jiān)測點、磷礦企業(yè)與當?shù)卣南鄬ξㄒ恍院吐?lián)動性，同時將黃柏河流域水資源保護綜合執(zhí)法局、環(huán)保局、水電局隨機監(jiān)測、隨機增補監(jiān)測、舉報監(jiān)測、礦井廢水在線監(jiān)控一并納入縣級水質(zhì)監(jiān)測斷面考核依據(jù)。市級水質(zhì)監(jiān)測斷面實行定期監(jiān)測，監(jiān)測頻次為1次/10 d；在市級采樣檢測前，縣級監(jiān)測斷面的采樣監(jiān)測由縣環(huán)保局完成，1 次/10 d。各斷面水質(zhì)監(jiān)測評價項目包括總磷、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、五日生化需氧量等4項，采取多種隨機監(jiān)測手段，實現(xiàn)了礦山排水全方位、多層次的監(jiān)測監(jiān)控，促使政府和礦山抓好流域水環(huán)境治理。

通過企業(yè)排水在線監(jiān)控和市、縣級監(jiān)測斷面水質(zhì)監(jiān)測，對水質(zhì)不達標企業(yè)及時通報并限時整改，確保礦區(qū)排水穩(wěn)定達標，進一步落實企業(yè)環(huán)境保護主體責任，鞏固流域環(huán)境治理成效，確保環(huán)境持續(xù)向好。

2.5 生態(tài)補償制度

為進一步保護和改善黃柏河東支流域水環(huán)境，打造磷礦綠色礦業(yè)示范區(qū)，制定了黃柏河東支流域生態(tài)補償制度，通過政府主導，以補促治［8，14-19］。以流域內(nèi)河庫斷面水質(zhì)監(jiān)測評價結(jié)果為依據(jù)，對水質(zhì)達到目標要求的礦山企業(yè)給予資金補償或磷礦開采計劃獎勵。實行水質(zhì)改善成效與磷礦開采計劃分配掛鉤，強化資源與環(huán)保監(jiān)管，以流域水質(zhì)指標倒逼企業(yè)排放提標升級。采用流域面源污染治理、嚴控礦山生產(chǎn)環(huán)境、生態(tài)修復等系統(tǒng)治理措施，全面提升黃柏河流域水環(huán)境質(zhì)量。通過實施生態(tài)補償制度，調(diào)動了政府、企業(yè)和群眾保護水生態(tài)環(huán)境的積極性，保障了宜昌磷礦的合理有序開采，確保黃柏河流域東支水質(zhì)穩(wěn)定達標且逐年改善。

3 結(jié) 論

（1）礦區(qū)污水處理是綠色礦山建設(shè)中一項重點和難點問題，宜昌磷礦綠色礦業(yè)示范區(qū)通過構(gòu)建礦井水多級沉淀系統(tǒng)，設(shè)置井下水倉、地面多級沉淀池，安裝深錐濃密機或多介質(zhì)機械過濾器等手段，降塵除磷，促使礦井水達標排放。

（2）磷礦示范區(qū)通過添加絮凝劑，配合使用自動加藥裝置等措施，來降低污水中的懸浮物和總磷含量。礦區(qū)生活污水經(jīng)一體式微動力污水凈化系統(tǒng)（主要包括水解酸化、脫氮、生化反應、沉淀等工序）處理，達到生活污水凈化的目的。

（3）建立水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，實時掌握干支流水域污染物含量指標，長期鞏固流域環(huán)境治理成效。通過政府主導，以補促治的政策，制定生態(tài)補償制度，促使礦山企業(yè)主動落實環(huán)保責任，構(gòu)建綠色礦業(yè)發(fā)展長效機制。