短程膜工藝處理尾礦干堆滲濾液的應用實例

張志娟，覃理嘉，段紹彥，于春梅

（南寧市桂潤環境工程有限公司，南寧 530221）

選礦、冶煉行業金屬的開采、冶煉和尾礦、廢渣的堆放等，能溶出含有大量重金屬離子的酸性廢水，其隨著礦山排水和降雨進入水體和土壤，造成重金屬污染。根據國務院頒布的《“十三五”生態環境保護規劃》和《土壤污染防治行動計劃》，重金屬污染防治是“十三五規劃”的首要任務之一，明確指出要加強涉重金屬行業污染防控，到2020年重點行業重金屬排放量要比2013年下降10%。重金屬廢水排放標準從簡易化學沉淀處理排放，到實行《鉛鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010），重金屬廢水處理技術向先進、高效、完善方向發展，引進和開發先進技術、設備成為大勢所趨[1]。

目前，重金屬廢水的處理方法有中和法、硫化法、離子交換法、生物法和氧化還原法，這些傳統、單一的處理方法已不能滿足對重金屬廢水的處理要求[2]。本文的工程實例針對選礦、冶煉行業重金屬廢水的特點，應用短程膜工藝處理尾礦干堆滲濾液，具有較好的處理效果，供選礦、冶煉行業廢水處理和現有污水處理設施提標改造參考、借鑒。

1 工程概況

廣西壯族自治區某公司選礦區尾礦干堆滲濾液、污泥脫水壓出液、干堆場初期雨水深度處理。工程設計污水處理站1座，處理規模200m3/d，排水方式采用雨、污分流制，干堆場初期雨水經處理后可回用，處理出水水質符合《鉛鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）表3要求。進水水質和排放限值見表1。

表1 進水水質與排放限值

2 污水處理工藝

2.1 工藝流程

尾礦干堆場滲濾液、污泥壓出液中主要污染物為礦粉、選礦助劑、重金屬；尾礦干堆場初期雨水中主要污染物為礦粉、重金屬。利用泵分別將雨水收集池和滲液收集池內的污水抽入反應池1，向反應池1中投加石灰乳和混凝劑，通過一系列的物理、化學反應，廢水中的大部分懸浮態和膠體狀礦粉、選礦助劑被絮凝成較大顆粒，進入初沉池固液分離、去除。初沉池上清液自流進入反應池2，與投加的混凝劑、活性炭和燒堿反應，溶解態的重金屬離子一部分通過化學沉淀由液相轉移到固相，另一部分被活性炭吸附，進入循環濃縮池和膜系統，通過膜分離去除[3]。經膜分離后的污水進入中和池，利用稀酸和稀堿調節pH值至出水標準后排放或回用。反應池、沉淀池、循環濃縮池沉降下來的污泥經污泥泵抽入污泥濃縮池，通過濃縮、脫水后送至有重金屬回收能力的單位處理（污水處理工藝流程見圖1）。

圖1 污水處理工藝流程圖

2.2 主要構筑物與設備

（1）雨水收集池：1座，鋼砼結構。平面尺寸30×25×6（m）。容積4500m3，有效水深5.6m，有效容積4200m3。

（2）滲液收集池：1座，鋼砼結構。平面尺寸7×8×6（m）。配備應急池1座、直徑7.2m、高6m。

（3）反應池1：1座，鋼砼結構。平面尺寸5×5×4.5（m）。配備混凝劑溶解裝置2套，混凝劑計量泵1臺，石灰乳配制裝置2套，耐腐蝕耐磨全塑石灰乳投加泵2臺，水下安裝反應攪拌機2套，pH值控制器1套。

（4）初沉池：1座，鋼砼結構。平面尺寸6×5×4.5（m），內置斜管。

（5）反應池2：1座，鋼砼結構。平面尺寸6×5×4.5（m）。配備燒堿配制裝置2套，燒堿計量泵2臺，活性炭粉投加裝置1套，水下安裝反應攪拌機2套，pH值控制器1套。

（6）循環濃縮池：2座，鋼砼結構。平面尺寸6×5×4.5（m）。配備不銹鋼管道循環泵2臺。

（7）微濾膜處理系統：1套，產水量10m3/h。配備進口抗污染微濾膜，襯氟塑料管道泵1臺，微濾膜清洗系統1套，微濾膜機架1套。

（8）中和池：1座，鋼砼結構。平面尺寸：5×5×4（m）。配備儲酸罐1套，電磁閥1個，pH值控制器1套。

（9）污泥濃縮池：1座，鋼砼結構。平面尺寸：5×3.4×4.5（m）。配備污泥泵2臺，潛污泵2臺，廂式壓濾機1臺。

（10）配套建筑：包括配電間、辦公室、膜處理設備間、在線監測室、污泥脫水機房、加藥間。

3 主要處理單元

3.1 雨水及干堆滲濾液收集系統

按規范設置雨棚，并在雨棚較低側設置雨水收集槽和管道，用于收集初期雨水。尾礦干堆場初期雨水由初期雨水收集池收集；尾礦干堆滲濾液、污泥壓出液由滲液收集池收集，分別經泵抽入反應池1。干堆滲濾液產生量為75m3/d，污泥壓出液產生量為0.71m3/d，初期雨水產生量為120m3/d。

3.2 反應池及沉淀池

反應池采用化學沉淀法，向廢水中投加堿，可使重金屬離子以氫氧化物的形式沉淀，不同氫氧化物在不同的pH值條件下沉淀。在反應池1中投加石灰石初步提升pH值至9～10，投加混凝劑提高混凝沉淀效率。污水流入初沉池，氫氧化物沉淀沉降分離、排出。在反應池2中加入燒堿精確調節pH值至9.5～10，繼續加入混凝劑進一步混凝，投加活性炭吸附污染物，同時，活性炭在后續膜內表面起到擦洗作用[4]。

3.3 短程膜系統與中和池

短程膜系統由濃縮池、循環泵、微濾膜、清洗裝置及相關閥門、管道等組成。污水經濃縮池通過循環泵以高速高壓通過多孔濾膜，直徑大于0.1μm的菌體和懸浮固體物質截留在膜外回流入濃縮池。微濾膜處理系統的膜組件采用進口抗污染微濾膜，能承受高速流量、排污和耐壓的運作，并結合化學沉淀和活性炭吸附，高效去除重金屬污染物。中和池利用稀酸、稀堿調節pH值至6～9范圍[5]。

4 工程運行效果

短程膜工藝各重金屬污染物的去除效果如圖2所示。

圖2 重金屬污染物的去除效果

該工程使用短程膜工藝去除重金屬污染物，由圖2（a）可知，進水水質總銅濃度在1.8～2.5mg/L，水質有明顯波動，但短程膜工藝出水水質穩定，并控制在0.09mg/L以下，平均去除率為97.1%。由圖2（b）可知，進水鋅濃度為9.2～10.2mg/L，經處理后出水鋅濃度控制在0.09mg/L以下，平均去除率為99.2%。由圖2（c）可知，進水鉛濃度較高，在19.3～20.3mg/L之間變化，而出水鉛濃度穩定控制在0.001mg/L以下，平均去除率為99.6%。由圖2（d）所示，進水砷濃度為3.7～4.1mg/L，過濾出水后，砷濃度控制在0.024mg/L以下，平均去除率接近100%。由2（e）可知，進水鎘濃度在0.9～2.1mg/L之間波動，處理出水鎘濃度控制在0.001mg/L以下，平均去除率接近100%。出水水質穩定，工藝運行可靠，有效去除選礦污廢水中的重金屬污染物。

將圖2數據計算、匯總得到出水水質與進水水質及《鉛鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）表3對比，如表2所示。結果表明，應用短程膜工藝的深度處理出水水質符合排放標準。

表2 進、出水水質與排放限值

5 環境效益及技術經濟分析

該工程總投資231.2萬元，采用先進的短程膜工藝對重金屬廢水進行深度處理，主要污染物銅、鋅、鉛、砷、鎘的去除率均＞96%，從源頭削減了污染物的排放量，經濟效益和環境效益良好。日常運行費用主要包括人工費、藥劑費、電費等。該處理廠共2名技術員，月均2000元/人，人工費用為0.67元/m3；平均耗電量369.10kW·h/d，電費用為0.93元/m3；藥劑費為0.25元/m3。總運行費用為1.85元/m3。

6 工藝技術特點

1）PVDF膜采用聚偏氟乙烯作為膜材料，強度極高。可經受強酸、堿、次氯酸鈉等藥劑清洗。新建PVDF膜系統清洗周期長，后期穩定在5～7日；2）抗污染性能優異，可在MLSS大于2000mg/L的渾濁液中使用；3）可應用于較高的硬度和電導率的水質，適合成分復雜的污水處理；4）PVDF膜采用高流速、高通量的進水方式，采用氣動或電磁閥高壓反沖的形式，設計先進，處理效率高。

7 結論

該工程采用短程膜工藝處理尾礦重金屬干堆滲濾液，運行結果表明，出水水質均滿足《鉛鋅工業污染物排放標準》（GB25466-2010）中表3的污染物排放限值，且出水水質穩定，耐沖擊負荷強，污染物去除率高，操作方便，運行費用低（1.85元/m3），具有良好的環境效益和經濟效益。該工程實例對選礦、冶煉行業廢水處理設施的建設及現有設施的提標改造具有重要指導意義，具有參考、借鑒價值。