含錳廢水處理工程實(shí)踐

葛 鵬，楊 堯

(南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210093)

0 引言

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

某公司主要從事鐵礦石的生產(chǎn)與加工，公司停產(chǎn)后遺留了些未經(jīng)妥善處理的露天尾礦石，尾礦石經(jīng)雨水浸泡，礦石中的鐵、錳等重金屬溶于水中形成一片主要含重金屬錳污染的廢水區(qū)域，該污染區(qū)域水體內(nèi)含有大量的水生動(dòng)物魚類和蝦類等，并有一定面積的綠植覆蓋。

為避免受污染水域?qū)r(nóng)田灌溉、居民使用等周邊環(huán)境產(chǎn)生不良影響，本項(xiàng)目應(yīng)上級(jí)主管要求限期整治。

1.2 設(shè)計(jì)處理水質(zhì)

主管部門對(duì)水體中的PH、懸浮物、化學(xué)需氧量、總氮、氨氮、總磷、銅、鋅、錳、氟化物、硒、砷、汞、六價(jià)鉻、鉛、鎘、鎳、鈹、銀、鐵、硫化物、石油類等展開(kāi)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)報(bào)告顯示重金屬錳超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，其監(jiān)測(cè)數(shù)值約是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的5倍。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)水質(zhì)見(jiàn)下表1。

表1 設(shè)計(jì)處理水質(zhì)

2 工藝設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目位置地處交通要道、車流不息，附近有居民區(qū)和大量農(nóng)田，運(yùn)輸方便但設(shè)備汽運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)、安裝不便，系統(tǒng)配置和功能設(shè)計(jì)按照處理設(shè)施安裝運(yùn)輸方便、安全操作的原則進(jìn)行并遵循如下要求[1-3]：

(1)安全可靠性：選用穩(wěn)定可靠的手動(dòng)控制方式，硬件上采用備用冗余技術(shù)，簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少出錯(cuò)環(huán)節(jié)；控制方式采用人工手動(dòng)控制，設(shè)備選用220V單相電機(jī)，控制系統(tǒng)自帶漏電保護(hù)；采用袋裝片堿，避免液堿運(yùn)輸、儲(chǔ)存的不便。

鉛鋅礦體礦石中的主要金屬礦物是方鉛礦、閃鋅礦、黃銅礦、黃鐵礦、少量輝銀礦、菱鐵礦、銀金礦等，脈石礦物主要有陽(yáng)起石，少量方解石、石英等。

(2)經(jīng)濟(jì)性：處理設(shè)施均采用臨時(shí)設(shè)備，不動(dòng)一土一木，廢水治理完成后可隨時(shí)移走作二次利用；處理藥劑采用易于投加、采購(gòu)、搬運(yùn)、儲(chǔ)存等綜合性價(jià)比高的片堿。

(3)靈活性：處理設(shè)施、藥劑最重的單件重量為37kg以內(nèi)，便于安裝、運(yùn)送及現(xiàn)場(chǎng)位置調(diào)整。

(4)時(shí)效性：采用原位治理技術(shù)，精簡(jiǎn)工藝、避免土建，處理設(shè)施數(shù)量少、大眾化、易于組裝，能夠快速市場(chǎng)采購(gòu)、安裝到位。

(5)環(huán)保性：片堿投加在循環(huán)泵吸水口附近，溶解、稀釋、并使用循環(huán)泵循環(huán)均衡水質(zhì)，通過(guò)水質(zhì)檢測(cè)儀精準(zhǔn)控制投加量，始終使水體Ph控制在8.5以內(nèi)，最大化的保護(hù)生態(tài)，降低對(duì)原有水生動(dòng)、植物的影響。

2.2 工藝設(shè)計(jì)

按照整治工作要求，結(jié)合前期的水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果，受污染區(qū)域廢水的超標(biāo)因子主要是重金屬錳，目前常用的除錳工藝主要為[4，5]：

(1)堿化除錳法，最初采用的除錳方法是將石灰、NaOH等堿性物質(zhì)投加到含錳廢水中，把待處理水的Ph值提高到9.5以上，Mn2﹢在溶解氧的作用下迅速地氧化為MnO2析出，從而達(dá)到除錳的目的。

(2)強(qiáng)氧化劑除錳法，采用氧化能力較強(qiáng)的氧化劑是歐洲和美國(guó)普遍使用的除錳方法。一般常選用高錳酸鉀、二氧化氯和氯氣等強(qiáng)氧化劑。將高錳酸鉀投加到含有Mn2﹢的水中可直接將Mn2﹢氧化為MnO2，而高錳酸鉀本身則還原為MnO2，生成的MnO2經(jīng)混凝沉淀過(guò)濾去除。

(3)接觸氧化除錳法，天然錳砂接觸氧化除錳工藝較為簡(jiǎn)單，原水經(jīng)簡(jiǎn)單曝氣后直接進(jìn)入濾池，水中的Mn2﹢被錳砂吸附氧化去除，無(wú)需投加化學(xué)藥劑，管理方便，處理效果穩(wěn)定。

借鑒類似項(xiàng)目原位治理的成功工作經(jīng)驗(yàn)，本項(xiàng)目通過(guò)投加NaOH堿性物質(zhì)到含錳廢水中，把待處理水的pH值提高到8左右，Mn2﹢在溶解氧、氫氧化鈉的作用下迅速地反應(yīng)生成難溶于水的MnO2、Mn(OH)2等沉淀物淀析出，在最短時(shí)限內(nèi)不損害原有水生生態(tài)系統(tǒng)的前提下達(dá)到水質(zhì)凈化的目的。

綜上所述，本次廢水處理工藝最終采用“加藥+增氧+沉淀”的原位治理技術(shù)。

2.3 工藝流程及說(shuō)明

本項(xiàng)目原位治理主體工藝為“加藥+增氧+沉淀”，工藝主要流程如下圖1所示：

圖1 廢水處理設(shè)計(jì)工藝流程圖

含錳廢水加堿，同時(shí)開(kāi)啟循環(huán)泵和增氧機(jī)分別混合攪拌、曝氣反應(yīng)沉淀。具體為：把藥劑投加在循環(huán)泵的頂部區(qū)域，藥劑在自由沉降過(guò)程中迅速的溶化成水溶液，含有藥劑的水溶液通過(guò)設(shè)置在水體底部的循環(huán)泵混合、攪拌、并通過(guò)水帶提升輸送至另一端水域表面散流充分均衡整個(gè)水體水質(zhì)，將pH值提升至8左右，并在表面增氧機(jī)的作用下，Mn2+與溶解氧、氫氧化鈉的迅速地反應(yīng)生成難溶的MnO2、Mn(OH)2等沉淀物析出，從而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的[2][3]。

2.4 處理設(shè)施

本項(xiàng)目廢水處理設(shè)施清單見(jiàn)下表2。

表2 廢水處理設(shè)施清單

3 運(yùn)行效果

經(jīng)過(guò)數(shù)周的現(xiàn)場(chǎng)廢水處理設(shè)施運(yùn)行，水體中原有魚、蝦類等水生動(dòng)物未見(jiàn)死亡發(fā)生，蘆葦、水草等水生植物未見(jiàn)枯萎現(xiàn)象，原有水生態(tài)系統(tǒng)得以最大保護(hù)，各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)在限定的時(shí)限內(nèi)均達(dá)到預(yù)期效果，其中總錳去除率達(dá)到95%以上，各因子檢測(cè)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)

4 結(jié)論

低濃度含錳廢水利用價(jià)值低，但它卻對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境危害較大，在受限時(shí)間、成本等情況下采用原位治理技術(shù)，通過(guò)向受低濃度重金屬錳污染的水體中精準(zhǔn)投藥、嚴(yán)格控制水體PH、充分曝氣等環(huán)保節(jié)能的措施下，能在時(shí)間最短、成本較低、環(huán)境效益最好的情況下完成本次項(xiàng)目的水體整治，其證明了原位治理技術(shù)可行，處理效果顯著等特點(diǎn)。

5 展望

為配合新農(nóng)村建設(shè)，增強(qiáng)環(huán)境效益，對(duì)水體進(jìn)行水生態(tài)修復(fù)提升。植物篩選時(shí)應(yīng)利用具有治理成本低、景觀效果好等優(yōu)點(diǎn)水生植物修復(fù)重金屬污染水體[4]。對(duì)去除錳離子，應(yīng)挑選適應(yīng)性強(qiáng)、抗逆性佳、生物量大、蓄積能力好的水生植物，提高生態(tài)修復(fù)重金屬水體的能力。

5.1 植物篩選

植物篩選原則應(yīng)本著生長(zhǎng)迅速、生物量大、易割除、能適應(yīng)冬季低溫等特點(diǎn)的水生植物。此外，還應(yīng)利用多種水生植物的合理搭配組合，可以發(fā)揮多種水生植物在吸收蓄積不同種重金屬元素的功效，組成較合理的植物群落，提高水生植物群落的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力和生態(tài)穩(wěn)定性，有望于不同季節(jié)都能實(shí)現(xiàn)較高效的重金屬吸收蓄積能力。

5.2 水生態(tài)修復(fù)提升

在水體內(nèi)布設(shè)生態(tài)浮床，浮體上布置濕地填料，形成填料浮體，其上種植濕地植物，成為浮島式濕地，載體上種植浮水植物，成為人工浮島。利用水生植物根系和莖葉對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)化、富集等功能可以降低水體中重金屬濃度，提升水體環(huán)境質(zhì)量。當(dāng)水生植物生物量增長(zhǎng)到一定程度，通過(guò)割除水生植物可以最終實(shí)現(xiàn)重金屬?gòu)奈廴舅w中去除[5]。生態(tài)修復(fù)植物主要由挺水植物帶、浮葉植物帶及沉水植物帶構(gòu)建。

5.2.1 挺水植物帶

挺水植物的根、根莖一般生長(zhǎng)在水體的底泥之中，莖、葉挺出水面。挺水植物主要通過(guò)發(fā)達(dá)的不定根、定根、主根吸收并積累水中的重金屬，其根部積累重金屬的能力一般大于莖部和葉部。有文獻(xiàn)研究表明，挺水植物香蒲、水雍、菖蒲、風(fēng)水草對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及富集效率較高，耐受性較好；其中香蒲可作為重金屬污染水體的指示植物，其葉片對(duì)Mn的濃縮系數(shù)大于1；風(fēng)水草在初始質(zhì)量濃度均為1.0mg/L的含Mn廢水中培養(yǎng)10d后，植物體內(nèi)Mn積累量可別達(dá)到198μg/g。

設(shè)計(jì)以常水位為基礎(chǔ)，并考慮0.3m-0.4m范圍內(nèi)的水位變化幅度對(duì)挺水植物存活率的影響。在水位變化較大的區(qū)域設(shè)計(jì)耐淹植物，并結(jié)合植物品種、植株高度，形成高低錯(cuò)落，提升視覺(jué)效果。挺水植被不僅水質(zhì)有一定的凈化作用，且能夠?yàn)閮蓷珓?dòng)物、鳥類、水生動(dòng)物等提供舒適的棲息場(chǎng)所，有利于生物多樣化，同時(shí)能夠提升濱水生態(tài)景觀效果。

修復(fù)過(guò)程中優(yōu)先選用蘆葦、水雍、菖蒲等挺水植物。挺水植物帶上層配置景觀性較強(qiáng)的淺水植物，如香蒲、菖蒲、西伯利亞鳶尾、再力花等；下層配置既耐淹又耐旱的濕地植物，如蘆葦，不僅吸收水體污染物，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)形成，增加生態(tài)系統(tǒng)的多樣性，與坡岸植被形成錯(cuò)落有致的濱水植物帶，同時(shí)起到防土固坡，阻截外源污染的作用。

5.2.2 浮葉植物帶

浮葉植物生于淺水中，根生長(zhǎng)于水底，葉片浮在水面。常見(jiàn)的浮葉植物有蓮、睡蓮、菱、水鱉、荇菜等對(duì)重金屬均有一定富集作用。浮葉植物帶設(shè)計(jì)以常水位為基礎(chǔ)，充分考慮水深對(duì)浮葉植物存活率的影響，設(shè)計(jì)在0.8m～1.2m水深范圍內(nèi)構(gòu)建浮葉植物帶。

浮葉植物帶考慮配置選擇適應(yīng)性強(qiáng)、成活率高、景觀性較強(qiáng)的常見(jiàn)觀賞性根生浮葉植物，不僅吸收水體污染物，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)形成，還可營(yíng)造自然的水面景觀，與挺水植被形成錯(cuò)落有致的濱水植物帶。

5.2.3 沉水植物帶

沉水植物的植株全部位于水層以下，通氣組織比較發(fā)達(dá)，根部和葉部均可蓄積較高的重金屬。沉水植物的葉子多為帶狀或絲狀，常見(jiàn)的沉水植物有苦草、金魚藻、狐尾藻、黑藻、眼子菜等。沉水植物帶構(gòu)建充分考慮透明度、水深對(duì)沉水植物存活率的影響，在水深1.2m～2.0m區(qū)域內(nèi)實(shí)施。

沉水植物帶主要種植黑藻、苦草等本地常見(jiàn)的沉水植物，可有效吸收水體污染物，促進(jìn)水生態(tài)系統(tǒng)形成。