磷石膏暫存場(chǎng)環(huán)境影響及減緩對(duì)策研究

胡雪麗

（宜昌市環(huán)境保護(hù)研究所，湖北 宜昌 443000）

1 磷石膏的來(lái)源及特性

磷石膏來(lái)源于以硫酸分解磷礦石、濕法制取磷酸時(shí)產(chǎn)生的一般工業(yè)固體廢物。濕法制取磷酸時(shí)，磷礦石首先經(jīng)過(guò)研磨，粒度達(dá)到80～100目，然后用硫酸分解經(jīng)過(guò)磨細(xì)的磷礦石，制取反應(yīng)料漿，經(jīng)過(guò)濾和洗滌生產(chǎn)磷酸，同時(shí)產(chǎn)生副產(chǎn)物磷石膏。制取1噸磷酸約產(chǎn)生5噸磷石膏。

1.1 磷石膏的主要成分

我國(guó)磷礦石主要屬于沉積型磷塊巖，主要成分是磷、鈣、氟、鈉、鉀、鐵、鎂、鋁、硅、硫、有機(jī)物等。磷石膏主要化學(xué)成分為二水石膏（CaSO4·2H2O），約占總量的96%，此外還含有未分解的磷礦，與石膏共晶的磷酸氫鈣（CaHPO4·2H2O）、游離磷酸、酸不溶物和氟硅酸鹽等[1]。

1.2 磷石膏的物理性質(zhì)

磷石膏顏色外觀一般呈灰白色，其晶體結(jié)構(gòu)為棒狀晶體，呈長(zhǎng)柱針櫸狀，具有二次再結(jié)晶特性。磷石膏平均粒度約為0.07 mm，具有高溶解性，且隨溫度變化。磷石膏沉降速度比較快，不足兩小時(shí)便可達(dá)到極限濃度。磷石膏物理特性決定了磷石膏堆場(chǎng)具有以下特點(diǎn)：（1）由于磷石膏粒度較細(xì)，磷石膏堆場(chǎng)的排滲系統(tǒng)必須做好反濾層設(shè)計(jì)。（2）磷石膏的高溶解性表現(xiàn)為石膏堆場(chǎng)長(zhǎng)期靜置不動(dòng)，會(huì)出現(xiàn)干縮裂縫，雨水流過(guò)收縮縫將造成溶溝，擾動(dòng)過(guò)的堆場(chǎng)還會(huì)形成孔隙以致酸水通過(guò)溶澗流失。（3）磷石膏具有二次再結(jié)晶特性，其堆場(chǎng)容易出現(xiàn)溶洞、溶溝、溶槽等現(xiàn)象。

2 磷石膏綜合利用要求

磷石膏作為磷化工產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物，其綜合利用是一項(xiàng)世界性難題。多年來(lái)，巨量磷石膏主要靠建庫(kù)堆存，占用大量土地。磷石膏庫(kù)大多臨近江河，其滲濾液存在不同程度滲漏，對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

湖北省磷礦資源保有量、年開(kāi)采量、磷化工產(chǎn)業(yè)規(guī)模、磷肥產(chǎn)量均居全國(guó)第一。截至2020年底，湖北省磷石膏堆存量約3.07億噸，占全國(guó)一半。2020年，湖北省產(chǎn)生磷石膏2 996萬(wàn)噸，綜合利用1 073.5萬(wàn)噸，綜合利用率為35.8%[2]。因磷石膏資源化綜合利用不足、磷石膏庫(kù)管理不規(guī)范等問(wèn)題，湖北省多次被中央生態(tài)環(huán)保督察點(diǎn)名通報(bào)。

2.1 磷石膏綜合利用要求

“十四五”以來(lái)，為解決磷石膏資源化利用率低、對(duì)長(zhǎng)江生態(tài)環(huán)境構(gòu)成威脅等問(wèn)題，國(guó)家、地方出臺(tái)多部文件，對(duì)磷石膏綜合利用提出了更高要求。

2021年3月18日，國(guó)家發(fā)展改革委等十部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于“十四五”大宗固體廢棄物綜合利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》，要求到2025年，工業(yè)副產(chǎn)石膏等大宗固廢的綜合利用能力顯著提升，利用規(guī)模不斷擴(kuò)大，新增大宗固廢綜合利用率達(dá)到60%。推動(dòng)提升磷石膏、赤泥等復(fù)雜難用大宗固廢凈化處理水平，為綜合利用創(chuàng)造條件。

2022年1月27日，工業(yè)和信息化部等八部門(mén)聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于加快推動(dòng)工業(yè)資源綜合利用的實(shí)施方案》，要求到2025年，力爭(zhēng)大宗工業(yè)固廢綜合利用率達(dá)到57%，其中工業(yè)副產(chǎn)石膏達(dá)到73%。推動(dòng)磷肥生產(chǎn)企業(yè)強(qiáng)化過(guò)程管理，從源頭提高磷石膏可資源化品質(zhì)。突破磷石膏無(wú)害化處理瓶頸，因地制宜制定磷石膏無(wú)害化處理方案。

2021年12月12日，湖北省委辦公廳、省政府辦公廳印發(fā)《關(guān)于加強(qiáng)磷石膏綜合治理促進(jìn)磷化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的意見(jiàn)》，要求按照“控制增量、消化存量、逐步平衡”的原則，加強(qiáng)磷石膏綜合治理，到2025年底，新產(chǎn)生的磷石膏全部實(shí)施無(wú)害化處理，綜合利用率達(dá)到國(guó)家規(guī)定要求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、消（磷石膏綜合利用及安全堆存）動(dòng)態(tài)平衡。

2.2 傳統(tǒng)磷石膏堆存方式無(wú)法滿(mǎn)足綜合利用要求

從國(guó)家到地方政策文件可以看出，提高磷石膏綜合利用率刻不容緩，湖北省要求新產(chǎn)生的磷石膏全部實(shí)施無(wú)害化處理，而傳統(tǒng)磷石膏堆存方式已無(wú)法滿(mǎn)足綜合利用要求。

在傳統(tǒng)磷石膏堆存工藝中，磷石膏進(jìn)入堆存場(chǎng)地時(shí)不作處理。磷酸生產(chǎn)裝置通過(guò)固液分離產(chǎn)出的磷石膏渣（初始磷石膏）的游離水含水率一般為25%～30%，游離磷含量超過(guò)15 000 ppm，游離氟含量超過(guò)5 000 ppm，pH值約為1.5～2，呈強(qiáng)酸性。未經(jīng)凈化的磷石膏通過(guò)皮帶機(jī)或卡車(chē)運(yùn)輸至場(chǎng)干排或者用管道輸送至堆場(chǎng)濕排，磷石膏庫(kù)內(nèi)的磷、氟含量使磷石膏的后續(xù)利用受到諸多限制，綜合利用率難以提升。

傳統(tǒng)濕排濕堆磷石膏庫(kù)具有板結(jié)性能好、建庫(kù)成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但濕排濕堆后膠結(jié)固化的磷石膏再利用過(guò)程（回采、破碎、水洗、壓濾等工序）難度大、成本高。此外，濕堆的磷石膏在庫(kù)容堆滿(mǎn)前無(wú)法回采進(jìn)行綜合利用。而未經(jīng)凈化干排干堆的磷石膏，由于磷石膏庫(kù)內(nèi)的磷、氟含量，使磷石膏的后續(xù)利用受到諸多限制，綜合利用率難以提升。

要實(shí)現(xiàn)“新產(chǎn)生的磷石膏全部實(shí)施無(wú)害化處理”的目標(biāo)，就需要采用“凈化堆存+綜合利用”一體化設(shè)計(jì)，即濕法輸送－凈化處理－干法碾壓堆存。磷石膏經(jīng)過(guò)再漿之后通過(guò)管道濕法輸送至磷石膏水洗凈化廠區(qū)，經(jīng)過(guò)濾、洗滌、改性、壓濾等工序，去除磷石膏中的有機(jī)質(zhì)、降低水溶磷，凈化后的磷石膏一部分直接進(jìn)入綜合利用廠區(qū)生產(chǎn)磷石膏制品，暫時(shí)不能利用的通過(guò)皮帶廊道或者汽車(chē)輸送至?xí)捍鎴?chǎng)分層碾壓、分區(qū)堆存，再根據(jù)市場(chǎng)需求回采利用磷石膏凈化技術(shù)。

與傳統(tǒng)的堆存方式不同，在磷石膏產(chǎn)生后，先通過(guò)循環(huán)水洗和資源提取降低磷石膏的污染物濃度，再通過(guò)過(guò)濾、壓濾降低含水率，使得在堆存過(guò)程中，暫存場(chǎng)內(nèi)無(wú)明水，降低污染物濃度的磷石膏更有利于綜合利用。

磷石膏庫(kù)凈化堆存技術(shù)將磷石膏庫(kù)變?yōu)閮艋嗟闹修D(zhuǎn)暫存場(chǎng)地，使磷石膏以低污染的方式入庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)害化堆存，同時(shí)降低凈化石膏的綜合利用難度和成本，大幅提升磷石膏綜合利用率。

3 磷石膏凈化堆存設(shè)計(jì)方案

磷石膏暫存場(chǎng)是臨時(shí)貯存磷石膏的場(chǎng)所，也稱(chēng)為磷石膏中轉(zhuǎn)場(chǎng)。其設(shè)計(jì)庫(kù)容一般不超過(guò)磷化工企業(yè)磷石膏年產(chǎn)能的5倍。凈化石膏暫存場(chǎng)主要堆存凈化處理后的磷石膏，磷石膏中氟化物、總磷等雖然大幅降低，但考慮到磷石膏本身的污染屬性，凈化石膏暫存場(chǎng)按照Ⅱ類(lèi)一般工業(yè)固體廢物的處置場(chǎng)（Ⅱ類(lèi)場(chǎng)）進(jìn)行設(shè)計(jì)。

凈化石膏暫存場(chǎng)主要包括：初期壩、副壩、地下水導(dǎo)排系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、排滲系統(tǒng)、排洪系統(tǒng)、回水調(diào)節(jié)池、監(jiān)測(cè)設(shè)施及其他配套設(shè)施。在主壩初期壩下游布置1座擋水壩。由主壩初期壩和擋水壩圍成調(diào)節(jié)回水池。緊鄰回水調(diào)節(jié)池位置修建澄清池，庫(kù)內(nèi)滲濾回水先進(jìn)入澄清池澄清，然后流入調(diào)節(jié)回水池，通過(guò)回水系統(tǒng)回至緊鄰的磷石膏水洗凈化廠區(qū)回用。回水池位于主壩下游，庫(kù)區(qū)四周設(shè)置截水溝將周邊來(lái)水引至場(chǎng)區(qū)下游，減少滲濾水產(chǎn)生量。庫(kù)區(qū)內(nèi)采用豎井+排水涵管的方式排洪，經(jīng)澄清池澄清后進(jìn)入調(diào)節(jié)池（見(jiàn)表1）。

表1 磷石膏暫存場(chǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4 磷石膏凈化堆存的環(huán)境影響及減緩對(duì)策

4.1 大氣環(huán)境影響和減緩措施

通過(guò)凈化后堆存的磷石膏含水率約為15～18%，在運(yùn)輸和傾倒過(guò)程中基本無(wú)揚(yáng)塵。磷石膏渣本身具有膠結(jié)固化特性，堆存期間經(jīng)碾壓后會(huì)一定程度地板結(jié)，形成一層殼體，在自然堆存條件下不易起塵。但受機(jī)械設(shè)備、運(yùn)輸車(chē)輛反復(fù)碾壓后，其表面在風(fēng)力作用下會(huì)產(chǎn)生少量揚(yáng)塵，同時(shí)在周轉(zhuǎn)進(jìn)入綜合利用廠區(qū)期間，機(jī)械開(kāi)挖、裝卸、車(chē)輛運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生揚(yáng)塵。有研究表明，尾礦庫(kù)采取濕排方式在運(yùn)行先期對(duì)周?chē)諝猸h(huán)境的影響小于干排方式，而在運(yùn)行一段時(shí)間后濕排方式的影響大于干排，當(dāng)尾礦含水率控制為15%左右時(shí)，尾礦庫(kù)的揚(yáng)塵能夠達(dá)標(biāo)排放[3]。

凈化石膏采用封閉式車(chē)輛運(yùn)輸，避免沿路灑漏，運(yùn)輸?shù)缆芳訌?qiáng)灑水抑塵。磷石膏堆場(chǎng)內(nèi)，設(shè)置自動(dòng)旋轉(zhuǎn)式噴淋灑水裝置對(duì)干灘面和車(chē)輛往來(lái)碾壓地段加強(qiáng)灑水。磷石膏開(kāi)挖、裝卸作業(yè)期間設(shè)置移動(dòng)式噴淋裝置加強(qiáng)灑水抑塵。

4.2 地表水環(huán)境影響和減緩措施

凈化石膏暫存場(chǎng)進(jìn)水主要包括庫(kù)區(qū)截洪溝以及匯水面積內(nèi)匯集的雨水和磷石膏（渣漿含水），出水主要包括庫(kù)區(qū)內(nèi)蒸發(fā)損耗水分和庫(kù)區(qū)收集的滲濾回水。滲濾回水由初期壩下游回水調(diào)節(jié)池集中收集，通過(guò)回水管道返回水洗凈化廠區(qū)回用。

雖然磷石膏暫存場(chǎng)無(wú)廢水直接排放，考慮到久雨、暴雨季節(jié)有可能出現(xiàn)洪水漫頂?shù)惹闆r，暫存場(chǎng)應(yīng)在磷石膏堆積區(qū)設(shè)臨時(shí)排水溝，將洪水排至磷石膏庫(kù)下游，并在磷石膏堆積體最終的下游坡面設(shè)永久性縱橫截排水溝，設(shè)置防漫流設(shè)施，同時(shí)要采取防止泥石流、滑坡、樹(shù)木雜物等影響泄洪能力的工程措施，加強(qiáng)排洪溝的清理。

4.3 土壤及地下水環(huán)境影響和減緩措施

磷石膏滲濾液pH呈酸性，主要污染物氟化物和總磷均超過(guò)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978-1996）一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2020）Ⅱ類(lèi)固廢場(chǎng)進(jìn)行防滲設(shè)計(jì)。在正常工況下，在防滲措施到位并達(dá)到防滲要求的情況下，滲濾液滲漏量極小，絕大部分滲濾水被阻隔在庫(kù)內(nèi)，收集于調(diào)節(jié)回水池，不會(huì)對(duì)土壤和地下水環(huán)境造成顯著影響。在非正常情況下，如庫(kù)區(qū)、滲濾液收集導(dǎo)排系統(tǒng)防滲層發(fā)生破裂，且滲濾液發(fā)生泄漏，可能會(huì)造成土壤和地下水污染。

磷石膏暫存場(chǎng)回水管道應(yīng)當(dāng)避免穿越農(nóng)田、河流、湖泊，確需穿越的，應(yīng)當(dāng)建設(shè)管溝、套管等設(shè)施，防止?jié)B漏造成環(huán)境污染。按照《一般工業(yè)固體廢物貯存和填埋污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18599-2020）要求，在庫(kù)區(qū)上游、下游和可能出現(xiàn)污染擴(kuò)散的尾礦周邊區(qū)域建設(shè)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)井，及時(shí)開(kāi)展地下水環(huán)境監(jiān)測(cè)以及土壤污染狀況監(jiān)測(cè)和評(píng)估。應(yīng)急井實(shí)行“一井多用”的原則，即場(chǎng)區(qū)日常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作為監(jiān)測(cè)井監(jiān)測(cè)場(chǎng)區(qū)地下水水位和水質(zhì)動(dòng)態(tài)變化特征；事故狀態(tài)下，作為應(yīng)急抽水井，起到快速抽離污染物的作用。制定突發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、編制、修訂、備案等突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案，建設(shè)并完善環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控與應(yīng)急設(shè)施，儲(chǔ)備環(huán)境應(yīng)急物資，定期組織開(kāi)展突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急演練。