重金属超标综合治理方案.doc

1 51 中游中游 锰超标综合治理方案锰超标综合治理方案 2017 年 3 月 51 目目 录录 第一章第一章 锰金属来源及危害锰金属来源及危害 1 1 1 1 锰污染 1 1 2 含锰废水的来源 4 1 3 含锰废水的危害 5 1 4 环境标准 5 第二章第二章 项目背景与现状项目背景与现状 6 6 2 1 政策背景 6 2 2 污染现状 7 2 3 八家子矿排水现状 8 第三章第三章 建设地址及建设条件建设地址及建设条件 1313 3 1 建设地址 13 3 2 建设条件 13 第四章第四章 项目概述项目概述 1616 4 1 项目概况 16 4 2 治理目标 16 4 3 指导思想 16 4 4 基本原则 17 4 5 方案依据 18 第五章第五章 治理技术介绍与选择治理技术介绍与选择 1919 5 1 化学法 19 5 2 物理法 20 I 51 5 3 物理化学法 22 5 4 生物法 23 5 5 生物 生态修复法 24 5 6 最终技术方案 29 第六章第六章 方案设计方案设计 3030 6 1 治理方案 30 6 2 设计水质特征 31 6 3 治理目标 31 6 4 实施阶段 31 6 5 实施路线 32 6 6 综合治理方案设计 32 第七章第七章 投资运营费用估算及维护投资运营费用估算及维护 3939 7 1 投资估算 39 7 2 运营费用 40 7 3 系统维护 41 第八章第八章 保障措施保障措施 4242 8 1 政策措施 42 8 2 组织措施 44 第九章第九章 效益分析效益分析 4646 9 1 生态环境效益 46 9 2 社会效益 46 9 3 经济效益 46 0 51 第第 1 1 章章 锰金属来源及危害锰金属来源及危害 锰是环境水质污染物的重要重金属监测指标之一 由于我国锰 矿床多为中小型矿床 制约了锰矿山建设的规模 现有锰矿山生产 能力普遍较小 全国年消耗锰矿 1000 万 t 以上 居世界首位 但我 国锰矿资源相对缺乏 富矿较少 在大量锰矿的开发和深加工过程 中由于设备和处理技术等各方面的制约 使我国的含锰废料和含锰 废水污染较为严重 1 11 1 锰污染锰污染 锰污染是指锰对环境的污染 锰是植物必需的微量营养元素 空气中超过 500 微克 立方米可造成锰中毒 水中二价锰对人 畜和 水生生物的毒性很小 地表水一般为 8 微克 立方米 土壤中锰含量 平均值为 1000ppm 对土壤含锰影响最大的是来自大气的锰 酸性 土壤易受锰污染 1 11 1 1 1 基本信息基本信息 锰在地壳中的平均丰度为 950ppm 是微量元素中丰度最大的 自然界中没有元素态的锰 以锰为主要元素的矿物近百种 而以锰 为次要元素的矿物则更多 其中赋存态为二氧化锰的矿物多于赋存 态为碳酸锰和硅酸锰的矿物 火成岩中平均含锰为 1000ppm 石油中 含锰很少 只有 0 6ppm 煤中平均含锰 50ppm 褐煤中含锰 20 90ppm 锰是人体必需的营养元素 人每公斤体重平均含锰为 0 2 毫克 正常人每日从食物和水中摄取锰 3 10 毫克 锰在工业上主 要用于制造锰铁和锰合金 锰铁和二氧化锰用于制造电焊条 二氧 1 51 化锰又用于制造干电池的去极剂 此外 在生产玻璃着色剂 染料 油漆 颜料 火柴 肥皂 人造橡胶 塑料 农药等工业中也用锰 及其化合物作原料 生产上述产品的工厂以及锰的采矿场和冶炼厂 是锰的主要污染源 锰的天然风化量每年 380 万吨 从河流流向海 洋输送量为 30 万吨 全世界每年锰的开采量达 2460 万吨 大于天 然循环量 1 11 1 2 2 对土壤的污染对土壤的污染 土壤含锰量在 20 10000ppm 之间 平均值为 1000ppm 在岩石 风化为土壤的过程中 锰既不因土壤淋溶而损失 也不会大量富集 例如玄武岩转化为土壤时 锰含量从每公斤岩石含 1200 毫克变为 1300 毫克 有人估算 对于未经耕作也未受污染的土壤 岩石风化 每年输入每平方米土壤的锰为 26 毫克 降雨和降尘输入土壤的锰为 0 8 毫克 从土壤输往生物同从腐烂的枯枝叶输入土壤的锰 数量相 当 为 400 毫克 淋溶从土壤输出约 2 毫克 对于有中等污染而又 耕作过的土壤来说 岩石风化输入的锰 数量不变 降水和降尘输 入的锰增为 20 毫克 通过肥料输入的锰为 5 毫克 从土壤输往作物 的锰为 5 60 毫克 由此可以看出 除了自然循环以外 对土壤含 锰量影响最大的是来自大气中的锰 受锰污染的土壤主要是酸性土 壤 可使某些植物发生锰中毒 在土壤中拌石灰 能提高土壤的 pH 值 使土壤污染状况得到改善 1 1 31 1 3 对大气的污染对大气的污染 2 51 冶炼锰 锰合金和使用锰的厂矿及其周围的大气中 以气溶胶 形态存在的锰 其含量超过 500 微克 立方米 可造成工人职业性的 锰中毒 从区域环境来说 大气中的锰含量 欧洲平均为 0 043 微克 立方米 北美为 0 15 微克 立方米 日本为 0 08 0 6 微克 立方米 意 大利的米兰为 1 3 微克 立方米 北半球海洋上空为 0 0079 微克 立 方米 南半球海洋上空为 0 00024 微克 立方米 南极洲为 0 00001 微克 立方米 大气中锰的氧化物和其他金属氧化物一起 能在二氧 化硫转化为硫酸或硫酸盐的反应中起催化作用 1 1 41 1 4 对水体的污染对水体的污染 水中的二价锰对人 畜和水生生物的毒性很小 例如对于水生 生物的异脚目 锰的毒性浓度为 15 毫克 升 对鲤鱼为 600 毫克 升 锰对丝鱼的致死浓度为 40 毫克 升 对溞类为 50 毫克 升 但低浓 度的锰会影响水的色 臭 味性状 锰浓度为 0 15 毫克 升时 水 出现浑浊 锰浓度为 0 5 毫克 升时 水有金属味 氯化锰浓度为 1 0 毫克 升和硫酸锰浓度为 4 毫克 升时 水便有感觉出味强度为 1 级的异味 二氧化锰可使水染成红色 吸着在工业品上 会产生 难看的斑点 因此许多种工业用水对锰含量提出了相当严格的要求 例如美国规定纺织品染色 纤维造纸 照相业用水中锰的最大容许 浓度为 0 01 毫克 升 透明胶和粘胶制品生产用水为 0 02 毫克 升 高级纸张生产用水为 0 05 毫克 升 啤酒酿造 木质纸浆 牛皮纸 漂白纸和主要纺织工业用水为 0 10 毫克 升 若干种食品工业用水 为 0 2 毫克 升 地面水中锰的含量不高 为 0 02 130 微克 升 平 3 51 均为 8 微克 升 主要由地下水补给的河流的水和湖泊底部的湖水 由于缺氧而还原性增强 二氧化锰还原为易溶解的二价锰 在二价 锰重新被空气氧化而生成水合氧化锰沉淀以前 水体中锰含量可达到 100 微克 升 甚至更高 水合氧化锰难溶于水 有很强的吸附能力 可以吸附许多痕量金属或有机物 水合氧化锰的溶解度随水的 pH 值 的降低而升高 例如酸性矿水中锰含量可高达每升几十毫克 海洋 中溶解的锰在 0 03 21 微克 升之间 平均为 0 2 微克 升 锰的化 学形态主要为 Mn2 MnCl 离子 锰在水底沉积物中的浓度因沉积物 类型而异 例如海洋粘土含锰平均为 6700ppm 而碳酸盐类的水底沉 积物中为 1000ppm 1 21 2 含锰废水的来源含锰废水的来源 含锰废水的来源 钢铁企业的外排废水中锰浓度相对较高 必须 进行深度处理 锰代镍生产不锈钢工艺突破后 电解金属锰的需求 量猛增 95 以上的电解锰生产企业是用碳酸锰矿为原料 采用酸浸 复盐电解制锰工艺 在电解锰生产过程中会产生大量的废水 其主 要废水污染源是钝化废水 洗板废水 车间地面冲洗废水 滤布清 洗废水 板框清洗废水 清槽废水 渣库渗滤液 厂区地表径流和 电解槽冷却水等 每生产 1t 电解锰 大约排放工业废水 350t 锰 矿石矿井水污染可分为矿物污染 有机物污染和细菌污染 在有些 矿山中还存在放射性物质污染和热污染 矿物污染有砂 泥颗粒 矿物杂质 粉尘 溶解质 酸和碱等 有机物污染有油脂 生物代 谢产物 木材及其他物质的氧化分解产物 细菌污染主要是受开采 运输过程中散落的岩粉 矿粉及伴生矿物的污染 锰矿石矿井水的 一大特点是锰离子含量高 矿井水中的锰是由岩石和矿物中锰的氧 4 51 化物 硫化物 碳酸盐及硅酸盐等溶解于水所致 氧化过程中锰迁 移于水中生成 Mn2 因此矿井水中锰主要以 Mn2 形式存在 矿山开 采过程中 从井下排出大量废水废石 污染了河流 占用了大量农 田 山林 草场 破坏了生态平衡 1 31 3 含锰废水的危害含锰废水的危害 在工业方面 如纺织 印染 造纸 漂白粉和胶卷等行业 漂 洗用水中含有较高的锰则会降低产品的色泽 影响其颜色的鲜亮度 使用含锰水作为食品和酿造用水 将严重影响食品的色 香 味等 当水中含锰量超过一定值时 还将导致生产设备出现故障而无法正 常运行 在给排水管网方面 水中锰含量高 锰会沉淀在管壁上而 降低管道的通水能力 其沉淀剥落或者锰在管道末端产生积淀时 将严重影响供水水质及堵塞管道 增大水流阻力 即形成所谓的 黑水 或 黄水 严重时还会引起管道的腐蚀破坏 含锰废水 进入生活饮用水中 由于水中锰的异味大 污染生活器具 使人们 无法正常使用且会造成慢性中毒 我国生活饮用水标准将水中锰含 量限制在 0 1mg L 以下 含锰废水会对周边的土壤及生态环境造成 危害 过重锰的摄入会引起动物和植物中毒 主要表现为对人和动 物的神经系统产生毒害 渣废弃地一般通气透水性较差 易造成地 表积水 引起植物根部组织缺氧 加上土壤重金属锰的毒害 植物 生长严重受阻 1 41 4 环境标准环境标准 国家在 地表水环境质量标准 GB3838 2002 中对作为集中 式生活饮用水地表水源地补充项目的锰指标进行限制 5 51 Mn 0 1mg L 生活饮用水卫生标准 GB5749 2006 规定 锰 含量 0 1 L 6 51 第第 2 2 章章 项目背景与现状项目背景与现状 2 12 1 政策背景政策背景 2015 年 国务院颁布了 水污染防治行动计划 国发 2015 17 号 对水污染治理做出了明确要求 水环境保护事关人民群众切身利益 事关全面建成小康社会 事 关实现中华民族伟大复兴中国梦 当前 我国一些地区水环境质量差 水生态受损重 环境隐患多等问题十分突出 影响和损害群众健康 不利于经济社会持续发展 为切实加大水污染防治力度 保障国家水 安全 制定本行动计划 总体要求 全面贯彻党的十八大和十八届二中 三中 四中全会 精神 大力推进生态文明建设 以改善水环境质量为核心 按照 节 水优先 空间均衡 系统治理 两手发力 原则 贯彻 安全 清洁 健康 方针 强化源头控制 水陆统筹 河海兼顾 对江河湖海实施 分流域 分区域 分阶段科学治理 系统推进水污染防治 水生态保 护和水资源管理 坚持政府市场协同 注重改革创新 坚持全面依法 推进 实行最严格环保制度 坚持落实各方责任 严格考核问责 坚 持全民参与 推动节水洁水人人有责 形成 政府统领 企业施治 市场驱动 公众参与 的水污染防治新机制 实现环境效益 经济效 益与社会效益多赢 为建设 蓝天常在 青山常在 绿水常在 的美 丽中国而奋斗 工作目标 到 2020 年 全国水环境质量得到阶段性改善 污染 7 51 严重水体较大幅度减少 饮用水安全保障水平持续提升 地下水超采 得到严格控制 地下水污染加剧趋势得到初步遏制 近岸海域环境质 量稳中趋好 京津冀 长三角 珠三角等区域水生态环境状况有所好 转 到 2030 年 力争全国水环境质量总体改善 水生态系统功能初 步恢复 到本世纪中叶 生态环境质量全面改善 生态系统实现良性 循环 主要指标 到 2020 年 长江 黄河 珠江 松花江 淮河 海 河 辽河等七大重点流域水质优良 达到或优于 类 比例总体达到 70 以上 地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在 10 以内 地级及 以上城市集中式饮用水水源水质达到或优于 类比例总体高于 93 全国地下水质量极差的比例控制在 15 左右 近岸海域水质优良 一 二类 比例达到 70 左右 京津冀区域丧失使用功能 劣于 V 类 的 水体断面比例下降 15 个百分点左右 长三角 珠三角区域力争消除 丧失使用功能的水体 到 2030 年 全国七大重点流域水质优良比例总体达到 75 以上 城市建成区黑臭水体总体得到消除 城市集中式饮用水水源水质达到 或优于 类比例总体为 95 左右 2 2 2 2 污染现状污染现状 八家子经济开发区是以采掘业为主的工矿型地区 辖区内矿产资 源丰富 已探明的矿种有铅 锌 银 硫 锰 铜 钼 铁等 其中 锰矿石资源量 1330 万吨 新探明的铁矿储量近 5 亿吨 铅锌资源量 575 万吨 硫资源量 1400 万吨 石灰石资源量超亿吨 从上世纪六十 8 51 年代开始 八家子就以铅锌矿 铅硫矿开采 冶炼 选矿及深加工为 主导产业 现有 13 家重点采矿 选矿企业 矿山经过六十多年的开 采 加上历史的原因和矿权 管理的混乱 致使矿区及其周边附近生 态环境严重恶化 如植被遭受严重破坏 水土流失严重 河道於塞 堆积了大量的废石 尾矿等隐患 整个矿区的生态环境令人担忧 且 采矿矿渣经雨水冲刷都进入到了 中 经长期沉淀河底淤泥中铅 锌 锰等重金属含量严重超标 严重威胁当地及矿区下游青山水库的 水质质量和人民生命财产安全 青山水库于 2014 年蓄水 为了保证 水库的供水安全 的治理工作已是迫在眉睫 刻不容缓 2 32 3 八家子矿排水现状八家子矿排水现状 葫芦岛八家子矿区现有工业废水年排放量 112 5 万 t 占六股河 流域工业废水排放总量的 63 4 COD 年排放量 143 08t 占六股河流 域工业污染 COD 排放总量的 79 8 铅年排放量 130kg 占六股河流 域工业污染铅排放总量的 85 7 砷年排放量 307 45kg 占六股河流 域工业污染砷排放总量的 97 2 干流自西向东横穿矿区 把矿区分为生产区和尾矿库两部分 见图 2 1 生产区位于 左岸支沟沟谷中 由东向西两岔回合而成 总集水面积 2 68km2 八家子铅锌矿生产区分布在东岔沟 集水面积 为 1 44km2 尾矿库位于八家子右岸磊子沟沟谷 集水面积 0 8km2 9 51 图 2 1 八家子矿生产生活区和尾矿区示意图 八家子矿区平面总布置包括采矿 选矿和尾矿库三个部分 矿区 平面总布置见图 2 2 采矿井有 5 座分布在矿区北部 分别为柏家屯 冰 沟 东风 红旗和芦沟井田 选矿车间紧邻井田 毛石堆放在生 产区西部东 西岔沟分水岭坡面上 毛石堆放场占地面积 5600m2 有 效容积为 43 万 m3 主要是历史堆放的毛石 用于回填废弃矿井和尾 矿库加固 现状毛石开采和回用量基本平衡 尾矿库位于磊子沟沟谷 10 51 图 2 2 八家子铅锌矿区平面总布置图 八家子矿区生产生活区详细布置见图 2 3 生产生活区主要布置 在 左岸支沟的东岔沟 顺沟谷南北方向呈条形布置 从北向南依 次为井口 铅锌铜选矿车间 硫精矿车间 沉淀池 居民区 机电处 等 各井田分区都具有相对独立的开拓运输系统 选厂距离左岸支流 汇入 口直线距离约 3000m 沉淀池对选矿车间的生产废水进行沉淀 处理 毛石堆放场和职工居住区距离左岸支流汇入 口直线距离约 2000m 机电处布设有 8 个循环池 总容积 1600m3 用来容纳矿坑排 水和选矿废水 并通过泵站将其抽回选矿流程复用 11 51 图 2 3 八家子矿区生产生活区平面图 12 51 图 2 4 现状图 1 图 2 5 现状图 2 13 51 第第 3 3 章章 建设地址及建设条件建设地址及建设条件 3 13 1 建设地址建设地址 治理区段位于辽宁葫芦岛市建昌县八家子管委会大楼 污水处理 厂之间 3 23 2 建设条件建设条件 3 2 13 2 1 地理区域地理区域 建昌县隶属辽宁葫芦岛市 建昌县位于葫芦岛市西北部 东邻连 山区 兴城市 南连绥中县 西北接凌源市 西南与河北省秦皇岛市 海港区 青龙满族自治县接壤 北靠喀左 朝阳两县 地处东经 119 13 至 120 18 北纬 40 24 至 41 06 之间 总土地面 积 3227 2 平方公里 耕地 89 万亩 3 2 23 2 2 地形地貌地形地貌 建昌县的地势特点 西高南低 相对高差 1147 5 米 县内主要 山川均呈西南 东北斜列伸展 燕山余脉由青龙县入境 从南至北 由大青山经由土岭 蟒挡坝岭 大黑山的红草沟形成一条脊梁 以大 凌河 六股河的分水岭为界 把整个建昌分成岭上 岭下两大部 岭上以大凌河为主 包括青龙河流域 岭下以六股河流域为主 包括 黑水河流域 地貌多样 这是建昌县大特点 建昌县地处辽西低山丘 陵区 按成因可划分为剥蚀构造 剥蚀堆积 堆积 4 种地形 如按绝 对高度和坡度二个指标概括建昌县地貌 即为中低山低山 丘陵 河 谷 平原四大类型 14 51 3 2 33 2 3 气候特点气候特点 建昌县属北温带亚湿润季风型大陆性气候 光照充足 四季分明 年平均气温 8 2 一月平均气温 10 最低气温 26 9 七月平 均气温 23 4 最高气温 40 7 年平均降水量 550 毫米 多集中 在七 八月份 春季雨水少 增温迅速 多大风 易春旱 无霜期 158 天左右 3 2 43 2 4 八家子经济开发区概况八家子经济开发区概况 辽宁葫芦岛八家子经济开发区是在原八家子镇基础上成立的 2004 年 被市委 市政府确立为市级开发区 2006 年 8 月 根据国 家发改委审核意见 升格为省级开发区 2010 年 八家子经济开发区 列入市沿海经济带 13 个主题概念区 八家子经济开发区位于建昌县东南部 辽西沿海经济区的西翼 东与兴城市毗邻 南与绥中县接壤 距建昌县城 36 5 公里 距葫芦 岛市区 68 公里 国道 306 线贯穿其中 与京沈高速公路 秦沈铁路 客运专线相距 40 公里 西北 100 公里接锦朝高速公路 交通运输十 分便利 十二五 期内 将启动建设的建绥高速公路 赤绥铁路工 程将贯穿八家子经济开发区 经济开发区的交通优势将进一步突出 八家子经济开发区现有人口 31256 人 区域面积 92 6 平方公里 下辖 8 个行政村和 1 个街道办事处 经济开发区管委会所在地为八家 子村 八家子经济开发区是以采掘业为主的工矿型地区 辖区内矿产 资源丰富 已探明的矿种有铅 锌 银 硫 锰 铜 钼 铁等 八 家子经济开发区地处中纬度 属温带大陆季风气候 气候温和 四季 15 51 分明 雨热同期 年平均降水量 623 6 毫米 六股河流经开发区四个 建制村 绵延 15 公里 淡水资源充足 八家子经济开发区目前社会稳定 经济发展 生产生活条件改善 2010 年全区 GDP 实现 13 亿元 同比增长 15 4 全口径税收实现 1 亿元 同比增长 58 财政一般预算收入实现 5048 万元 同比增长 67 农民人均收入实现 8000 元 同比增长 14 是三条河流中控制面积最大的一条人工河 流量 130m3 s 发 源于康平县小城子镇李孤店屯 在康平县郝官屯镇老山头与公河 李 家河汇流于三河下拉段入辽河 属辽河一级支流 河长 35 49km 总流域面积 511 10km2 比降 0 57 16 51 第第 4 4 章章 项目概述项目概述 4 14 1 项目概况项目概况 治理河段 管委会大楼 污水处理厂 污染原因 1 八家子矿毛石堆放在生产区西部东 西岔沟分水岭坡面上 毛石堆放场占地面积 5600m2 有效容积为 43 万 m3 主要是历史堆放 的毛石 干流自西向东横穿矿区 毛石堆放场距离左岸支流汇入 口直线距离约 2000m 矿山经过多年的开采 堆积的毛石经雨水 冲刷进入到 中 导致河水锰含量超标 2 八家子矿尾矿库位于八家子右岸磊子沟沟谷 集水面积 0 8km2 选厂设置沉淀池 循环水池对选矿车间的生产废水进行沉淀 处理 选厂距离左岸支流汇入 口直线距离约 3000m 经现场检查 1 蓄水池至 2 蓄水池之间输送管道年久失修产生漏点 尾矿废水泄露 流入 中 也是导致 中游锰超标的原因之一 4 24 2 治理目标治理目标 力争到 2017 年底 目标河段的锰金属超标状况得到明显缓解 到 2020 年 目标河段水质优于 类水质标准 在此基础上 再奋斗 5 年 实现 水清 岸绿 生态 的水环境治理目标 4 34 3 指导指导思想思想 以科学发展观为指导 按照人与自然协调发展 构建社会主义和 谐社会的总体要求 突出 源头控制 过程阻断及末端治理 的全过 17 51 程生命周期理念 围绕有效防治重金属污染的总体要求 加大产业结 构调整力度 强化环境执法监管 依靠科技进步 完善政策措施 扎 实做好重金属污染综合防治工作 保障人民群众的环境权益 切实保 护人民群众身体健康 促进当地经济社会全面 协调 可持续发展 4 44 4 基本原则基本原则 以人为本 科学发展 以切实维护人民群众环境权益和身体健康 为根本出发点 坚持科学发展 协调发展 加大产业结构调整力度 强化民生保障 大力防控和应对重金属污染 保障环境安全 确保社 会和谐稳定 统筹规划 突出重点 以重点防控区 重点防控行业 重点防控 企业 重点防控污染物为主线 近期和远期相结合 全面规划重点任 务 统筹污染防治与产业发展 统筹现有污染源整治与解决历史遗留 问题试点示范 分区 分类 分期实施重金属污染综合防治 治旧控新 综合防治 近期以污染源的监管防控为重点 加大淘 汰落后产能力度 实施污染源综合整治 努力消化存量 多还旧账 保安全 防风险 同时 采取综合手段 坚持源头预防 严格准入 优化产业结构 降低重金属产污强度 严格控制新增污染源和污染物 的排放 关停淘汰 重点培育 在结构调整过程中 关停淘汰落后产能 不断促进产业更好发展 同时要积极培育污染治理水平高 产业工艺 技术先进的企业 为其发展壮大提供发展空间 政府引导 多方行动 积极发挥政府引导作用 为重金属污染防 18 51 治提供政策环境和制度保障 强化重金属污染防治的国家意志 落实 政府责任 加强部门协作 力争做到目标 任务与投入 政策的匹配 鼓励全社会参与重金属污染防治 加强环境信息公开和舆论监督 促 进企业改造环境责任 形成政府 企业 社会共同行动的重金属污染 防控新格局 4 54 5 方案依据方案依据 1 中华人民共和国环境保护法 2014 年 2 中华人民共和国水污染防治法 修订 2008 年 3 中华人民共和国水法 2002 年 4 中华人民共和国环境影响评价法 2016 年 5 中华人民共和国清洁生产促进法 2002 年 6 中华人民共和国固体废物环境污染防治法 2005 年 7 国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定 国发 2005 39 号 8 产业结构调整指导目录 2013 年本 9 全国生态保护 十三五 规划纲要 2016 年 10 环境保护部等部门关于加强重金属污染防治工作的指导意见 国办发 2009 61 号 11 国家重金属污染综合防治规划 2009 2020 12 水污染防治行动计划 国发 2015 17 号 13 辽宁省辽河流域水污染防治条例 2011 年 14 其他相关环境保护法律 法规 规章和地方规范性文件 19 51 第第 5 5 章章 治理技术介绍与选择治理技术介绍与选择 水中锰的危害已引起人们的普遍重视 然而 Mn2 在中性条件下的 氧化速率很慢 难以被溶解氧氧化为二氧化锰 一般来说 在 pH 值 7 0 时 地下水中的 Fe2 的氧化速率已较快 相同的 pH 值条件下 Mn2 的氧化要比 Fe2 慢得多 因而水中锰的去除比铁要困难得多 在 pH 值 9 0 时 Mn2 的氧化速率才明显加快 溶解氧才能迅速地将 Mn2 氧化成 MnO2析出 因而最初常通过投加碱性物质提高水的 pH 值 或投加强氧化剂等加快 Mn2 氧化速率的化学方法除锰 目前 国内外对去除水中金属锰的方法有很多 传统的方法如化 学法 物理法 物理化学法 生物法 生物 生态修复法等 5 5 1 1 化学法化学法 化学法主要包括化学沉淀法和氧化还原法 该法主要适用于处理 锰金属离子浓度较高的废水 5 5 1 1 1 1 化学沉淀法化学沉淀法 化学沉淀法的原理是通过化学反应使废水中呈溶解状态的重金属 转变为不溶于水的重金属化合物 通过过滤和沉淀等方法使沉淀物从 水溶液中去除 该法包括中和沉淀法 中和凝聚沉淀法 硫化物沉淀 法 钡盐沉淀法 铁氧体共沉淀法 5 5 1 2 1 2 氧化还原法氧化还原法 氧化还原法一般作为锰金属废水的预处理方法使用 氧化还原法 根据锰金属离子的性质 分两个方向 一是利用锰金属的多种价态 20 51 在废水中加入氧化剂或还原剂 通过氧化还原反应使锰金属离子向更 易生成沉淀或毒性较小的价态转换然后再沉淀去除 常用的还原剂有 铁屑 铜屑 硫酸亚铁 亚硫酸氢钠 硼氢化钠等 常用的氧化剂有 液氯 空气 臭氧等 二是利用金属的电化学性质 在阴极得电子被 还原 使金属离子从相对高浓度的溶液中分离出来 该方法有利于重 金属回收 但能耗高 5 25 2 物理法物理法 5 2 15 2 1 截污截污 截污是河流治理的一条有效的途径 目前国内受污染河流 无不 源于外来污染物远远超出湖泊自身的净化能力而导致水质恶化 生态 破坏 而截污则基本能够解决河流的污染之源 防止水体进一步恶化 截污作为一项有效的措施被广泛认可 但是 河流截污工程浩大 涉及面广 包括大量管网铺设 污水 厂建设 人员动迁 河流周边生态修复 工厂企业排污控制等 其巨 额的工程投资 漫长的工期与复杂的工程实施 使众多的河流主管部 门在一定时期内无力承担 而进展缓慢 因而当前的截污工作更多的 体现为相关主管部门量力而行的治河措施之一 通常会结合其他的治 理方法实施 5 2 25 2 2 清淤清淤 由于常年自然沉积 河流底部聚积了大量淤泥 富含可观的营养 盐类 其释放也可能形成河流富营养化和水华暴发 将底泥从河体中 移出 可减少积累在表层底泥中的营养盐 减少潜在性内部污染源 21 51 是减少内源污染的直接有效措施 在工程施工时 要密闭机械工作面 对淤泥要安全处置 防止二次污染 但是 清淤后水质只能暂时性地 得到改善 随着污染的输入 河流很快又淤积回去 而且工程量大 投资费用高 河流清淤的成功范例还鲜有报道 目前日本等发达国家 对是否清 淤及清淤厚度正进行细致而周密的论证 5 2 35 2 3 曝气复氧曝气复氧 污染严重的河流水体由于耗氧量大于水体的自然复氧量 溶解氧 很低 甚至处于缺氧 或厌氧 状态 向处于缺氧 或厌氧 状态的河道 进行人工充氧 此过程称为河道曝气复氧 可以增强河流的自净能 力 改善水质 改善或恢复河流的生态环境 因此 向处于缺氧 或 厌氧 状态的河流中进行曝气复氧可以补充河流中过量消耗的溶解氧 增强水体的自净能力 有助于加快黑臭 感官性差等状态的河流恢复 到正常的水生态系统 由于河流曝气复氧工程的良好效果和相对较低的投资与运行成本 费用 成为一些发达国家如美国 德国 英国 葡萄牙 澳大利亚及 中等发达国家与地区如韩国 中国香港在中小型污染水体乃至港湾和 河流水体污染治理中经常采用的方法 5 2 45 2 4 换水冲稀换水冲稀 通过工程手段引水稀释受污染水体 短时间内降低水体的污染负 荷 改善水生动物 水生植物的生存环境 提高河流的自净能力 但是 换水冲稀后污染的总量没有减少 实际是污染物转嫁 如果外来污染 22 51 持续存在 很快会恢复到原来的污染水平 且浪费了优质的水资源 通过引水稀释 可使得河流中优势菌种由绿藻转化为大型水生植 物 大大改善了河水的水质 但引水稀释导致交换水体的生态体系发 生变化 也会产生一定的负面影响 5 35 3 物理化学法物理化学法 物理化学法主要包括离子还原交换法 吸附法和膜分离技术 主 要适用于处理重金属离子浓度含量较低的废水 5 3 15 3 1 离子交换还原法离子交换还原法 离子还原法是利用一些容易得到的还原剂将水体中的锰金属还原 形成无污染或污染程度较轻的化合物 从而降低锰金属在水体中的迁 移性和生物可利用性 以减轻锰金属对水体的污染 离子交换法是利 用金属离子交换剂与污染水体中的金属物质发生交换作用 从水体中 把金属交换出来 达到治理目的 经离子交换处理后 废水中的金属 离子转移到离子交换树脂上 经再生后又从离子交换树脂上转移到再 生废液中 这类方法费用较低 操作人员不直接接触金属污染物 但 适用范围有限 并且容易造成二次污染 5 3 25 3 2 吸附法吸附法 吸附法是应用多孔吸附材料通过离子鳌合 络合等作用吸附废水 中锰金属的方法 活性炭是传统常用的吸附剂 对重金属的吸附能力 强 去除率高 但价格贵 应用受到限制 近年来 人们找了许多天 然吸附剂如膨润土 矿物材料 果胶等并研制了很多新型吸附剂 吸 附法不但对重金属的吸附效果好 而且操作简单 吸附剂可循环利用 23 51 5 3 35 3 3 膜分离法膜分离法 膜分离法包括扩散渗析 电渗析 反渗透和超滤法等方法 这些 方法能有效地从锰金属废水中回收金属 或使生产废液再生回用 具 有节能 无相变 设备简单 操作方便等优点 在锰金属废水处理中 起到了越来越重要的作用 5 45 4 生物法生物法 目前锰金属废水处理中应用较为广泛的生物治理方法主要有微生物 絮凝法和生物吸附法 5 5 4 4 1 1 微生物絮凝法微生物絮凝法 微生物絮凝法是利用微生物或微生物产生的代谢物 进行絮凝沉 淀的一种除污方法 微生物絮凝剂是由微生物自身构成的具有高效絮 凝作用的天然高分子物 目前发现的对锰金属有絮凝作用的微生物有 12 种 近年来多菌株共同培养的生物絮凝剂 因其可促进微生物絮凝 剂的产生且絮凝效果好 成为研究热点 用微生物絮凝法处理废水安 全 方便 无毒 不产生二次污染 絮凝效果好 絮凝物易于分离 且微生物生长快 易于实现工业化 5 5 4 4 2 2 生物吸附法生物吸附法 生物吸附法是经过一系列生物化学作用使锰金属离子被微生物细 胞吸附的过程 这些作用包括络合 鳌合 离子交换 吸附等 生物 吸附剂是利用一些微生物对金属的吸附作用 并以这些微生物为主要 原料 通过明胶 纤维素 金属氢氧化物沉淀等材料固定化颗粒制得 24 51 用固定化细胞作为生物吸附剂与直接用游离微生物相比 可以提高生 物量的浓度 提高废水处理的深度和效果 大大减少吸附一解析循环 过程中的损耗 固液相分离容易 吸附剂机械强度和化学稳定性增强 使用周期明显延长 降低成本 若将多种对不同金属具有不同亲缘性 的微生物固定化后 分别填装组成复合式的生物反应器 则可用于处 理含多种污染成分的废水 生物吸附法应用于金属废水的净化 具有 吸附性能强 PH 适应范围广和运行费用低等优势 5 55 5 生物 生态修复生物 生态修复法法 当前 国内外的自然水体生态修复技术包括水生植物技术 生物 增效技术 微生物制剂技术 人工浮岛技术等 其中 前两种主要是 水生植被恢复技术和生物增效技术技术一般作为河流治理的主要技术 应用较为成熟 人工浮岛技术一般作为辅助技术使用 生态修复措施具有原位净化水质 同时也可以恢复水体中的水生 生态结构 运行成本低 增加水体自净能力的特点 在自然未受污染 水体中 生态系统十分复杂 在水体底质中 颗粒物的表面 驳岸表 面上有大量的细菌 这些细菌是水体中有机物质的主要分解者 在水 体中的原生动物又以菌类为食 原生动物的捕食能够加速生物膜的更 新 衰老的细菌被捕食后 为新的细菌的生长提供了生长空间 使细菌 的整体处于较活跃的状态 同时原生动物又是后生动物的食物而底栖 生物 如螺蛳 和部分鱼类又以轮虫等后生动物为食 水体中生长的植 物在为水体提供氧气的同时也为细菌和微小动物的生长提供了附着空 间水体底质和植物组成的复杂环境又为各种生物提供了不同的栖息地 25 51 整体的生态系统本身有着一定方向的物质流和能量流 在系统内部 生 物之间相互促进或约束 保持着整体的功能和活力 自然界水体的自净功能主要是依靠水体中的生态系统来完成的 这种自净能力非常巨大 在没有人类干涉的情况下可以分解天然水体 中的所有的有机物质 可以自动调节水体中的养分平衡 在一定程度 范围内 水体中的有机物质和无机盐类的增加可以提高水体中生物的 密度 同时系统内部的物质流和能量流也会相应增加 净化水体中的污 染物的能力也会提高 但是一旦超过系统的承载能力 水体生态系统 的某些环节就会遭到破坏或丧失功能 而生态系统功能的丧失又会反 作用于水体的自净能力 水体的自净能力的减弱又加速了生态系统的 崩溃 在恶性的循环之中 水体逐渐丧失了自净的能力 恢复水体本身的生态结构可以恢复水体的自净能力 通过水体的 自净功能达到水体的自我净化 并达到水体和水体内生态系统良性协 调发展 在已经发生水质恶化的水体中 完全依靠水体自发的修复作 用和简单的物理修复方式很难迅速恢复水体中的生态结构 而在人工 参与的条件下 系统而全面的恢复水体的生态结构可以达到水体生态 系统良性协调发展的目的 5 5 15 5 1 水生植物技术水生植物技术 水生植物是河流生态系统的重要组成部分 具有显著的环境生态 功能 利用水生生物法种植水生植物 通过植物的生长转移水体系统 中的污染负荷 其发达的根系为微生物提供生长繁殖场所 以分解水 中污染物以供植物吸收 具有一定的吸收净化 澄清水质 抑制藻类 26 51 的功能 人为创造一定的条件 利用适合相应河流水环境的水生植物及其 共生的微环境 构建适合水体特征的水生植物群落 能有效降低悬浮物 浓度 提高水体透明度及溶解氧 为其他生物提供良好的生存环境 改善水生生态系统的生物多样性 5 5 25 5 2 生物增效技术生物增效技术 生物增效技术将微生物通过一定的技术手段 如利用载体材料 包埋物质或合理控制水力条件等 使微生物固着生长 提高生物反 应器内的微生物数量 从而利于反应后的固液分离 利于除氮和去除 高浓度有机物 以及难以生物降解的物质 提高系统的处理能力和适 应性 生物增效技术立足于恢复 强化微生物群落来净化水体 微生物 群落是水生态系统的基础生物组分 既是水体的 清道夫 降解污 染物 给其他的水生生物营造健康的水环境 也是生物链的重要环节 维系正常的物质循环 微生物 菌类 藻类 原后生动物等 是水体自然净化的主力军 河流受到污染水质变坏 也是因污染量过大超出微生物的消化能力 水质的下降导致部分生物种 包括微生物 丧失了生存环境而逐步消 亡 而水生生物结构的改变反过来也助长了水环境恶化的趋势 如此 恶性循环导致水生态系统的退化 生物增效技术正是通过营造微生物 的生长空间 数百 数万倍放大微生物量 使水体自然的净化能力得 到大大加强 放大对污染的消化能力 切断恶性循环 不仅可体现到 27 51 水质的明显改善 也是促进水生态系统的良性发展循环 生物增效技术以培育 发展土著微生物为首要目标 这些微生物 因适合于原本的水环境而具备高度的活力和持续发展的能力 既不存 在因投加微生物菌可能产生的生物入侵 或因微生物死亡需反复投加 也不存在化学药剂的生物危害 因依靠微生物自发的营养消耗净化水 体 而不需机械清理而产生的巨大能耗或复杂运营管理要求 生物增效技术依靠微生物的能力自然净化水体 并紧密结合水生 态系统的改善及相互促进发展 因而是一项长期 生态的河流治理措 施 目前 国内外应用最成熟的生物增效技术为生物巢增效技术 该 技术以生物巢为核心 同步净化水质与建立水体生态系统的生态性水 体治理维护系统 生物巢是一种新型 高效的生态载体 它融合了材 料学 微生物学及水体生态学等学科 采用食品级原材料 通过专利 编织技术 将其制成高比表面积 高负荷的 是目前国内外最先进 最有效的以生态修复的方法从根本上解决水体净化问题的环保产品 5 5 35 5 3 微生物制剂技术微生物制剂技术 选育高效菌株制成为微生物复合制剂处理污染水体 其过程以酶 促反应为基础 通过生物体内产生的具有催化功能的特殊蛋白质作为 催化剂 净化污水 分解淤泥 消除恶臭 微生物制剂技术主要优点是能迅速提高污染介质中的微生物浓度 并可望在短期内提高污染物的生物降解速率 另外生物反应通常条件 温和 投资省 费用少 消耗低 而且效果好 过程稳定 操作简便 28 51 其缺点是要保持良好的水体改善效果 需根据水体变化情况 不断投加 可 作为水体生态修复过程中的辅助措施 微生物制剂技术适合封闭缓流 水体 在藻类大量爆发前使用 可弥补微生物制剂通常见效时间较长 的缺点 5 5 45 5 4 人工浮岛技术人工浮岛技术 生态浮床技术治理水环境与生态修复的原理是通过植物在生长过 程中对水体中氮 磷等植物必需元素的吸收利用 及其植物根系和浮 床基质等对水体中悬浮物的吸附作用 富集水体中的有害物质 与此 同时 植物根系释出大量能降解有机物的分泌物 从而加速有机污染 物的分解 随着部分水质指标的改善 尤其是溶解氧的大幅度增加 为好氧微生物的大量繁殖创造了条件 再通过微生物对有机污染物 营养物质的进一步分解 使水质得到进一步改善 最终通过收获植物 体的形式 将氮 磷等营养物质以及吸附积累在植物体内和根系表面 的污染物搬离水体 使水体中的污染物大幅度减少 水质得到改善 从而为高等水生生物的生存 繁衍创造生态环境条件 为最终修复水 生态系统提供可能 人工浮岛中的植物种植方式有漂浮生长 聚苯乙烯泡沫板固定生 长 编制袋填充人工基质种植 以毛竹作为漂浮物种植等几种种植方 式 直接漂浮种植的植物植株不能挺立 聚苯乙烯泡沫板固定生长的 植株可以有较好的分散度 但是泡沫板容易破碎 在改进泡沫板机械性 能以后才可以直接用于工程实施之中 也能够在一定程度减少造成景 观污染的可能 编制袋填充人工基质种植可以较好的固定植物 植物 29 51 在基质中可以直立生长 根系可以在很大程度上在基质内充分分布 也 可以在水体内有一定的分布 但是基质的存在限制了植物根系与水体 的有效接触面积 其他的固定方式也具有使植株根系能够在水体中伸 展的特点 可以为水体中微生物的生长提供载体 人工浮岛中的基质填料也可以为微生物的生长提供载体 增加了 有效载体面积 基质填料增加了单位体积内填充物的密度 能够减少 水体在植株根系的空间网状结构中交换和流通 人工浮岛 采取植物 漂浮生长的方式 可以使该技术适用于不同深度的水体 水位的变化不 会对人工浮岛产生影响 5 65 6 最终技术方案最终技术方案 重金属多为非降解型有毒物质 不具备自然净化能力 一旦进入 环境就很难从环境中去除 目前 生物 生态技术是目前国内外河流 治理的主要技术 应用较为广泛和成熟 建立河道的水生态系统是长期维持水质的根本 本方案主要采用 生物巢增效技术对河流进行治理及生态修复 辅以生态浮床和曝气技 术 提高水体的溶解氧浓度 另外 在治理初期为迅速改善水底的黑臭状况 采用投加环境微 生物强化处理 经过一段时间的治理后 水体水质和透明度都得到改 善 投加底栖生物 螺类 贝类 和耐污能力较强的鱼类 并搭配种 植水生植物 强化水体的自净能力和生态链的完整性 30 51 第第 6 6 章章 方案设计方案设计 6 16 1 治理方案治理方案 6 1 16 1 1 清源清源 针对八家子矿堆积的毛石经雨水冲刷进入 中导致河水锰含量 超标 方案决定弃用现有毛石堆放场地 将毛石堆放到安全地带 在 新建堆场四周修建截洪沟并将冲刷过毛石的雨水引致选厂沉淀池 严 加管理确保毛石堆场不会再次对河流造成污染 6 1 26 1 2 截污截污 针对 1 蓄水池至 2 蓄水池之间输送管道年久失修产生的漏点 方案决定根据现场实际情况进行整修或更换残损管道 并对整个选厂 的废水管道进行检查 防微杜渐确保再无废水漏点 6 1 36 1 3 综合治理综合治理 针对目前已污染的八家子锰超中标游河段采用生物巢增效技术对 河流进行治理及生态修复 辅以生态浮床和曝气技术 提高水体的溶 解氧浓度 恢复水体的自净能力和生态链的完整性 6 1 46 1 4 定期复测定期复测 经过清源 截污及治理力争到 2017 年底 目标河段的锰金属超 标状况得到明显缓解 到 2020 年 目标河段水质优于 类水质标准 每年应定期对八家子中游河段进行检测 检验治理效果确保锰金属含 量不反弹 实现 水清 岸绿 生态 的水环境治理目标 31 51 6 26 2 设计水质特征设计水质特征 水质主要污染因子为锰 水色黑臭 水质类别为劣五类 6 36 3 治理目标治理目标 1 治理后水体水质得到有效改善 水体中锰含量符合要求 黑 臭和异味得到有效去除 水体景观功能恢复 2 河道治理的最终目标是恢复河道的自净功能 修复因污染遭 到破坏的生态食物链 6 46 4 实施阶段实施阶段 第一阶段清源 在三个月内将毛石堆场迁移完毕 第二阶段截污 在三个月内将泄露的管线进行修复或更换完毕 第三阶段综合治理 主要是增氧曝气 投放微生物 安装生物巢 制作生物浮床 半年内完成 第四阶段经过上述治理措施 水体内污染物得到有效去除 透明 度和溶解氧浓度增加 水质好转 然后投放水生动物 底栖和鱼类 恢复水生生态链 第五阶段定期复测 每年应定期对八家子中游河段进行检测 检 验治理效果确保锰金属含量不反弹 32 51 6 56 5 实施路线实施路线 安装生物巢和生态浮床开启曝气投加微生物 活性生物数量增加水体净化转化有机物 构建水生态链水体养护和监测 治理实施 治理中期 治理后期 6 66 6 综合治理方案设计综合治理方案设计 6 6 16 6 1 生物巢生物增效技术生物巢生物增效技术 1 工艺说明 生物巢是生物增效技术的主要治理载体 为微生物提供巨大的生 存空间和良好生存条件 给微生物大量繁殖及多样化创造了基础的条 件 将它放进水体内 会大大增加水体土著微生物 指水体中原有的 微生物及其群落 不会造成水体的生态问题 的浓度 在生物巢表面 形成藻菌共生体 从而对污染物进行高效分解 2 设计参数 型号 底面布置型 规格 2 H 1 3 W m 用量 1749 约合 673 件 根据治理经验 并考虑治理水体的 水质和富营养化现状 生物巢的用量比例 1 20 即每平方米生物巢的 服务 20m 的水体 安装步骤 底部套筒内灌砂 套筒两端封口 放在适当的 33 51 位置或直接投放入水体中 安装方式 如图 为了保证水流与生物巢的有效接触面以及生物 巢表面获取阳光 生物巢采用南 北走向布置 且尽量与水流方向垂 直 生物巢安装剖面图生物巢安装剖面图 6 6 26 6 2 生物浮床技术生物浮床技术 1 工艺说明 生物浮床主体由水面植物和水中悬挂型生物巢两部分构成 水面 上种植的水生植物形成人工植物浮床 水体中生物巢为微生物生长提 供巨大的附着表面积 水面植物和水中生物巢上的微生物协同作用 形成立体处理效果 提高处理效率 34 51 生态浮床示意图生态浮床示意图 生物浮床示意图 2 设计参数 生物浮床规格 8 L 8 W m 数量 10 个 单个生物浮床的设计参数 生物巢 型号 悬挂型 规格 2 H 1 3 W m 数量 四面悬挂需要 16 件 主要配件 PVC 管材配件 管径 DN75 数量 16 根 4m 共 64m 直角