銅冶煉項(xiàng)目初期雨水和消防事故排水收集及處理實(shí)踐

鄧祥祥

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330031）

初期雨水主要指降雨初期在不同的匯水面和管渠中所形成的徑流雨水，通常指的是降雨初期地面形成的10～15 mm 厚的地表徑流雨水[1]。消防事故排水是指廠區(qū)發(fā)生火災(zāi)等消防事故時(shí)滅火所產(chǎn)生的排水。銅冶煉等有色冶煉生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生多種類型的污水和廢水。其中，車間生產(chǎn)排放的污水會(huì)統(tǒng)一進(jìn)行收集，并單獨(dú)設(shè)置污水處理設(shè)施進(jìn)行處理達(dá)標(biāo)排放或回用；而易產(chǎn)生污染的生產(chǎn)區(qū)域由于不同程度地存在“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象，場地及戶外設(shè)備經(jīng)雨水沖洗后污染物會(huì)進(jìn)入雨水系統(tǒng)，此類污水一旦隨雨水排入水體中，將對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重污染，影響自然生態(tài)環(huán)境及人類生存發(fā)展[2]；銅冶煉企業(yè)初期雨水、廠區(qū)事故排水的收集與處理易被忽略。隨著環(huán)境問題的日漸嚴(yán)峻及國家環(huán)保政策要求的不斷提高，銅冶煉企業(yè)初期雨水、事故排水的收集與處理已刻不容緩，這對(duì)于環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)的防御是十分重要的。

筆者以某沿海城市銅冶煉企業(yè)400 kt/a 陰極銅項(xiàng)目已實(shí)施工程作為案例，介紹了初期雨水及消防事故排水的收集方式、收集池容積、處理工藝及回用情況，為后續(xù)類似項(xiàng)目初期雨水的收集、處理及回用提供參考與借鑒。

1 項(xiàng)目概況

某沿海城市銅冶煉企業(yè)400 kt/a 陰極銅項(xiàng)目，廠區(qū)總面積約66 萬m2，其中廠區(qū)辦公樓、南側(cè)公輔區(qū)等較清潔區(qū)域面積約7.2 萬m2；原料庫、熔煉、電解、制酸、渣選、工輔區(qū)等生產(chǎn)區(qū)域面積約58.8 萬m2。為防止生產(chǎn)區(qū)域初期雨水和消防事故排水等含污染物的水體外排對(duì)自然水體造成污染，在生產(chǎn)區(qū)域雨水管網(wǎng)末端設(shè)置初期雨水及消防事故排水收集池（以下簡稱收集水池），對(duì)生產(chǎn)區(qū)域的初期雨水和消防事故排水進(jìn)行收集。根據(jù)GB 50988—2014《有色金屬工業(yè)環(huán)境保護(hù)工程設(shè)計(jì)規(guī)范》中5.1.1 的規(guī)定，初期雨水收集池容積應(yīng)按可能產(chǎn)生污染的區(qū)域面積和降水量計(jì)算，計(jì)算公式為Vy=1.2FI×10-3，其中1.2 為收集系數(shù)，F(xiàn) 為污染的場地面積，I 為重有色金屬冶煉企業(yè)初期雨水降水量。根據(jù)GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》中3.3 和3.5 的規(guī)定，該廠區(qū)最大消防流量為60 L/s，火災(zāi)延續(xù)時(shí)間為3 h，單次消防最大用水量為648 m3。根據(jù)環(huán)評(píng)批復(fù)文件，初期雨水降水量按15 mm、收集系數(shù)按1.5，消防排水收集系數(shù)按2.0 計(jì)算，該項(xiàng)目初期雨水收集池容積為13 230 m3，單次消防最大收集水量為1 296 m3。因此，該項(xiàng)目的收集水池設(shè)計(jì)總?cè)莘e約16 000 m3。

根據(jù)GB 50988—2014 中5.1.1 的規(guī)定，收集的初期雨水宜在5日內(nèi)全部利用或處理。該項(xiàng)目設(shè)置1 座處理規(guī)模為4 000 m3/d 的初期雨水處理站對(duì)收集池內(nèi)的初期雨水進(jìn)行處理，處理后出水達(dá)標(biāo)回用。為便于管理及運(yùn)行，初期雨水處理站設(shè)置兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行系列，每個(gè)單獨(dú)系列處理規(guī)模為2 000 m3/d。

由于該銅冶煉企業(yè)的初期雨水含有砷和重金屬離子，因此初期雨水處理設(shè)施采用“聚合硫酸鐵（PFS）反應(yīng)池+pH 調(diào)節(jié)池+重金屬捕集（DTCR）反應(yīng)池+絮凝池+斜板沉淀池+懸浮填料過濾器”的組合工藝，處理后出水的排放執(zhí)行GB 25467—2010《銅、鎳、鈷工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中表2規(guī)定的水污染物排放控制要求，由泵提升至凈化工序及渣緩冷系統(tǒng)作補(bǔ)充水。

初期雨水處理設(shè)施進(jìn)、出水水質(zhì)設(shè)計(jì)值見表1。

表1 進(jìn)、出水水質(zhì)設(shè)計(jì)值

2 工藝流程

初期雨水及消防事故排水處理工藝流程示意見圖1。

圖1 初期雨水及消防事故排水處理工藝流程示意

該項(xiàng)目根據(jù)地形設(shè)置有2 座收集水池，1#收集水池的規(guī)格為90 m×30 m×5.5 m，2#收集水池的規(guī)格為90 m×30 m×4.4 m，每個(gè)收集水池的閘門井內(nèi)均設(shè)有2 套鑄鐵鑲銅閘門和3 臺(tái)提升泵。收集水池主要通過閘門井中閘門啟閉狀態(tài)的切換對(duì)初期雨水及消防事故排水進(jìn)行收集，并通過閘門切換排放后期雨水至雨水管網(wǎng)中。正常情況下，外排閘門處于關(guān)閉狀態(tài)，收集水池閘門處于開啟狀態(tài)，當(dāng)下雨或發(fā)生消防事故時(shí)，初期雨水或事故排水進(jìn)入收集池，達(dá)到收集液位后，發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)關(guān)閉收集水池的進(jìn)水閘門，開啟外排閘門將后期雨水排出，收集水池中的水由泵送至初期雨水處理站進(jìn)行處理。

初期雨水及消防事故排水進(jìn)入PFS 反應(yīng)池，加入絮凝劑PFS，在pH 值為5.5～9.0 的條件下，PFS 水解生成氫氧化鐵膠體，與As 及部分重金屬離子反應(yīng)，形成絮狀混凝沉淀而除去。經(jīng)初步處理的雨水進(jìn)入pH 調(diào)節(jié)池，用w(NaOH)10%的氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)pH 值為8.5～9.0，氫氧化鈉溶液的投加量與pH 調(diào)節(jié)池出口的pH 計(jì)進(jìn)行聯(lián)鎖。

重金屬捕捉劑是一種可以與重金屬離子強(qiáng)力螯合的液體藥劑，可以在短時(shí)間內(nèi)與重金屬離子螯合迅速生成水含量較低的不溶性絮狀體，具有良好的重金屬離子去除效果，被廣泛應(yīng)用于冶金、電鍍、礦山等行業(yè)廢水的治理。銅冶煉企業(yè)的初期雨水中含有的重金屬離子種類多、濃度高，經(jīng)過前段聚合硫酸鐵工藝處理可以去除大部分重金屬離子，但仍有部分難以去除，可以通過投加重金屬捕捉劑加以去除[5]。該項(xiàng)目設(shè)有2 個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的DTCR 反應(yīng)池，池內(nèi)設(shè)有鋼襯膠攪拌機(jī)，調(diào)節(jié)好pH 值的雨水進(jìn)入DTCR 反應(yīng)池除去水中剩余的重金屬離子。

向絮凝池內(nèi)投加絮凝劑PAC 和助凝劑PAM，進(jìn)一步去除水中殘留的污染物。絮凝作用產(chǎn)生的釩花可以通過斜板沉淀池去除，斜板沉淀池運(yùn)用“淺池理論”，縮短了沉降距離，減少了沉淀時(shí)間，增加了沉淀池的沉淀面積，使沉淀效率得到提高。斜板沉淀池的上清液出水自流進(jìn)入中間水池暫存，再由中間水池提升泵送至懸浮填料過濾器進(jìn)行過濾，底泥通過快開排泥閥排至污泥儲(chǔ)池，再提升至污泥脫水機(jī)。

懸浮填料過濾器采用整體玻璃鋼材質(zhì)，可耐酸堿，一般耐溫65 ℃，其內(nèi)部為懸浮介質(zhì)層。懸浮過濾介質(zhì)為采用高分子材料加工成的1～2 mm小球，密度大約為水的1/10，在過濾器內(nèi)均勻分布，緊密排列，吸附截留水中的懸浮物，在介質(zhì)表面形成濾餅層。當(dāng)濾餅層變厚，重力大于浮力時(shí)，則掉落進(jìn)入底部污泥區(qū)。另外懸浮介質(zhì)自身還帶有對(duì)偶極子，可以吸附進(jìn)入懸浮介質(zhì)層的細(xì)小懸浮物，同時(shí)結(jié)合高效無機(jī)絮凝劑吸附廢水中的有機(jī)物。由于懸浮物結(jié)合力比較弱，可通過反沖洗將吸附的懸浮物快速?zèng)_刷下來，從而恢復(fù)過濾介質(zhì)的吸附能力。球形介質(zhì)可以耐有機(jī)物和氧化劑污染，運(yùn)行過程中不必更換，每年添加少許即可。懸浮填料過濾器出水自流進(jìn)入回用水池暫存，再由回用水泵提升至凈化工序及渣緩冷系統(tǒng)作補(bǔ)充水，底泥則排入渣漿槽，然后排至污泥儲(chǔ)池，再提升至污泥脫水機(jī)。

3 主要構(gòu)筑物和設(shè)備技術(shù)參數(shù)

初期雨水和消防事故排水的收集設(shè)施與處理站包括收集水池、PFS 反應(yīng)池、pH 調(diào)節(jié)池、DTCR反應(yīng)池等主要構(gòu)筑物及設(shè)備，以及PFS、NaOH、DTCR、PAC 和PAM 等藥劑的配制和投加系統(tǒng)。

主要構(gòu)筑物及設(shè)備的技術(shù)參數(shù)見表2。

表2 主要構(gòu)筑物及設(shè)備技術(shù)參數(shù)

藥劑配制和投加系統(tǒng)主要包括溶解槽、雙層斜槳葉襯膠攪拌機(jī)以及輸送泵等設(shè)備，主要技術(shù)參數(shù)見表3。

表3 藥劑配制和投加系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)參數(shù)

4 工程投資及運(yùn)行分析

收集水池及初期雨水處理站投資約2 000萬元，運(yùn)行費(fèi)用（藥劑費(fèi)、電費(fèi)等）約1.5～2.0 元/t。由于處理尾水進(jìn)行回用，不會(huì)產(chǎn)生外排污水，并可以減少新水使用量800～1 600 kt/a，減少了運(yùn)行成本，具有較明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

由于每次下雨后初期雨水的污染物組成會(huì)有差異，為滿足出水水質(zhì)要求，同時(shí)控制藥劑投加成本，節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用，在初期雨水處理工藝運(yùn)行前，需要測定收集水池中水的污染物種類及濃度，從而確定反應(yīng)的最佳pH 值，以及PAC、PAM 和重金屬捕捉劑的投加量。所有藥劑均配制成溶液進(jìn)行投加，其中PAM 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%，其余藥劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為10%。主要藥劑參考投加用量見表4。

表4 主要藥劑用量 單位：mg/L

5 結(jié)語

該400 kt/a 陰極銅銅冶煉項(xiàng)目設(shè)置了2 座總?cè)莘e約16 000 m3的收集水池和1 座處理規(guī)模為4 000 m3/d的初期雨水處理站，用于收集和處理生產(chǎn)區(qū)域的初期雨水和消防事故排水。采用“PFS反應(yīng)池+pH調(diào)節(jié)池+DTCR反應(yīng)池+絮凝池+斜板沉淀池+懸浮填料過濾器”的組合工藝對(duì)初期雨水和消防事故排水進(jìn)行處理，處理后出水能夠達(dá)到GB 25467—2010規(guī)定的直接排放要求，可回用于凈化工序及渣緩冷系統(tǒng)作補(bǔ)充水，不僅可以減少外排污水量，降低環(huán)保事故風(fēng)險(xiǎn)，而且使初期雨水和消防事故排水得到了有效利用，可以減少新水使用量800～1 600 kt/a，達(dá)到了節(jié)能減排的效果，具有明顯的環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益，符合環(huán)保的理念與要求，值得類似冶煉企業(yè)參考。