銅冶煉項目初期雨水和消防事故排水收集及處理實踐

鄧祥祥

（中國瑞林工程技術股份有限公司，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發生火災等消防事故時滅火所產生的排水。銅冶煉等有色冶煉生產過程中會產生多種類型的污水和廢水。其中，車間生產排放的污水會統一進行收集，并單獨設置污水處理設施進行處理達標排放或回用；而易產生污染的生產區域由于不同程度地存在“跑、冒、滴、漏”現象，場地及戶外設備經雨水沖洗后污染物會進入雨水系統，此類污水一旦隨雨水排入水體中，將對水體產生嚴重污染，影響自然生態環境及人類生存發展[2]；銅冶煉企業初期雨水、廠區事故排水的收集與處理易被忽略。隨著環境問題的日漸嚴峻及國家環保政策要求的不斷提高，銅冶煉企業初期雨水、事故排水的收集與處理已刻不容緩，這對于環保風險的防御是十分重要的。

筆者以某沿海城市銅冶煉企業400 kt/a 陰極銅項目已實施工程作為案例，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，為后續類似項目初期雨水的收集、處理及回用提供參考與借鑒。

1 項目概況

某沿海城市銅冶煉企業400 kt/a 陰極銅項目，廠區總面積約66 萬m2，其中廠區辦公樓、南側公輔區等較清潔區域面積約7.2 萬m2；原料庫、熔煉、電解、制酸、渣選、工輔區等生產區域面積約58.8 萬m2。為防止生產區域初期雨水和消防事故排水等含污染物的水體外排對自然水體造成污染，在生產區域雨水管網末端設置初期雨水及消防事故排水收集池（以下簡稱收集水池），對生產區域的初期雨水和消防事故排水進行收集。根據GB 50988—2014《有色金屬工業環境保護工程設計規范》中5.1.1 的規定，初期雨水收集池容積應按可能產生污染的區域面積和降水量計算，計算公式為Vy=1.2FI×10-3，其中1.2 為收集系數，F 為污染的場地面積，I 為重有色金屬冶煉企業初期雨水降水量。根據GB 50974—2014《消防給水及消火栓系統技術規范》中3.3 和3.5 的規定，該廠區最大消防流量為60 L/s，火災延續時間為3 h，單次消防最大用水量為648 m3。根據環評批復文件，初期雨水降水量按15 mm、收集系數按1.5，消防排水收集系數按2.0 計算，該項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，該項目的收集水池設計總容積約16 000 m3。

根據GB 50988—2014 中5.1.1 的規定，收集的初期雨水宜在5日內全部利用或處理。該項目設置1 座處理規模為4 000 m3/d 的初期雨水處理站對收集池內的初期雨水進行處理，處理后出水達標回用。為便于管理及運行，初期雨水處理站設置兩個獨立運行系列，每個單獨系列處理規模為2 000 m3/d。

由于該銅冶煉企業的初期雨水含有砷和重金屬離子，因此初期雨水處理設施采用“聚合硫酸鐵（PFS）反應池+pH 調節池+重金屬捕集（DTCR）反應池+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行GB 25467—2010《銅、鎳、鈷工業污染物排放標準》中表2規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作補充水。

初期雨水處理設施進、出水水質設計值見表1。

表1 進、出水水質設計值

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

該項目根據地形設置有2 座收集水池，1#收集水池的規格為90 m×30 m×5.5 m，2#收集水池的規格為90 m×30 m×4.4 m，每個收集水池的閘門井內均設有2 套鑄鐵鑲銅閘門和3 臺提升泵。收集水池主要通過閘門井中閘門啟閉狀態的切換對初期雨水及消防事故排水進行收集，并通過閘門切換排放后期雨水至雨水管網中。正常情況下，外排閘門處于關閉狀態，收集水池閘門處于開啟狀態，當下雨或發生消防事故時，初期雨水或事故排水進入收集池，達到收集液位后，發出報警信號，此時關閉收集水池的進水閘門，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行處理。

初期雨水及消防事故排水進入PFS 反應池，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，形成絮狀混凝沉淀而除去。經初步處理的雨水進入pH 調節池，用w(NaOH)10%的氫氧化鈉溶液調節pH 值為8.5～9.0，氫氧化鈉溶液的投加量與pH 調節池出口的pH 計進行聯鎖。

重金屬捕捉劑是一種可以與重金屬離子強力螯合的液體藥劑，可以在短時間內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，被廣泛應用于冶金、電鍍、礦山等行業廢水的治理。銅冶煉企業的初期雨水中含有的重金屬離子種類多、濃度高，經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]。該項目設有2 個獨立運行的DTCR 反應池，池內設有鋼襯膠攪拌機，調節好pH 值的雨水進入DTCR 反應池除去水中剩余的重金屬離子。

向絮凝池內投加絮凝劑PAC 和助凝劑PAM，進一步去除水中殘留的污染物。絮凝作用產生的釩花可以通過斜板沉淀池去除，斜板沉淀池運用“淺池理論”，縮短了沉降距離，減少了沉淀時間，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行過濾，底泥通過快開排泥閥排至污泥儲池，再提升至污泥脫水機。

懸浮填料過濾器采用整體玻璃鋼材質，可耐酸堿，一般耐溫65 ℃，其內部為懸浮介質層。懸浮過濾介質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，在過濾器內均勻分布，緊密排列，吸附截留水中的懸浮物，在介質表面形成濾餅層。當濾餅層變厚，重力大于浮力時，則掉落進入底部污泥區。另外懸浮介質自身還帶有對偶極子，可以吸附進入懸浮介質層的細小懸浮物，同時結合高效無機絮凝劑吸附廢水中的有機物。由于懸浮物結合力比較弱，可通過反沖洗將吸附的懸浮物快速沖刷下來，從而恢復過濾介質的吸附能力。球形介質可以耐有機物和氧化劑污染，運行過程中不必更換，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作補充水，底泥則排入渣漿槽，然后排至污泥儲池，再提升至污泥脫水機。

3 主要構筑物和設備技術參數

初期雨水和消防事故排水的收集設施與處理站包括收集水池、PFS 反應池、pH 調節池、DTCR反應池等主要構筑物及設備，以及PFS、NaOH、DTCR、PAC 和PAM 等藥劑的配制和投加系統。

主要構筑物及設備的技術參數見表2。

表2 主要構筑物及設備技術參數

藥劑配制和投加系統主要包括溶解槽、雙層斜槳葉襯膠攪拌機以及輸送泵等設備，主要技術參數見表3。

表3 藥劑配制和投加系統設備技術參數

4 工程投資及運行分析

收集水池及初期雨水處理站投資約2 000萬元，運行費用（藥劑費、電費等）約1.5～2.0 元/t。由于處理尾水進行回用，不會產生外排污水，并可以減少新水使用量800～1 600 kt/a，減少了運行成本，具有較明顯的經濟效益和環境效益。

由于每次下雨后初期雨水的污染物組成會有差異，為滿足出水水質要求，同時控制藥劑投加成本，節省運行費用，在初期雨水處理工藝運行前，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行投加，其中PAM 的質量分數為0.1%，其余藥劑的質量分數均為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 結語

該400 kt/a 陰極銅銅冶煉項目設置了2 座總容積約16 000 m3的收集水池和1 座處理規模為4 000 m3/d的初期雨水處理站，用于收集和處理生產區域的初期雨水和消防事故排水。采用“PFS反應池+pH調節池+DTCR反應池+絮凝池+斜板沉淀池+懸浮填料過濾器”的組合工藝對初期雨水和消防事故排水進行處理，處理后出水能夠達到GB 25467—2010規定的直接排放要求，可回用于凈化工序及渣緩冷系統作補充水，不僅可以減少外排污水量，降低環保事故風險，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，達到了節能減排的效果，具有明顯的環境效益和經濟效益，符合環保的理念與要求，值得類似冶煉企業參考。