宜昌磷矿绿色发展示范区污水处理技术*

2022-09-14陈爱章裴明松斯小华黄德将赵勇兴

现代矿业 2022年8期

刘林陈爱章裴明松黎源斯小华黄德将程林赵勇兴

（中南冶金地质研究所）

宜昌磷矿是全国五大磷矿基地之一，围绕磷矿资源优势逐步形成了磷化工产业集群，磷化工成为宜昌经济发展的支柱产业［1］。随着磷矿开发利用规模的扩大，水污染问题也日益突出，水质富营养化直接影响到黄柏河流域饮用水源地的生态功能［1-2］。

近年来，根据国家生态文明建设要求，随着长江经济带“共抓大保护、不搞大开发”战略实施，宜昌市以磷矿为重点，大力推进绿色矿山建设，并初步建成以远安县“中国生态磷都”为中心的鄂西磷矿绿色矿业发展示范区，其中，水质达标排放是绿色矿山建设的重要内容［3-6］。宜昌市在磷矿矿井水质提标升级方面取得良好成效，其污水处理方法可作为磷矿绿色矿业发展示范加以推广。本文对磷矿区矿井水处理方法、矿区生活污水净化技术、水质在线监测、生态补偿制度等方面进行探讨，为全国磷矿区矿井水处理提供借鉴。

1 水质现状

自2013年以来，由于磷矿大量开采，黄柏河流域各水源地水库水质富营养化程度日趋严重，玄庙观水库局部区域多次爆发水华，严重威胁了宜昌市水源地供水安全，黄柏河流域饮用水源地水质亟需提升和改善。

资料显示［2］，黄柏河流域水库水体高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮含量等水质指标满足地表饮用水Ⅲ类以上水质要求，但总氮和总磷含量超标，尤其是磷含量，高达7 627 mg/kg，远高于我国滇池（720 mg/kg）、巢湖（580 mg/kg）、太湖（590 mg/kg）等重富营养化湖泊，含磷沉积物是造成库区水体污染及富营养化的主要原因。根据有关报告［7-8］，磷矿开采过程中矿井水排放是黄柏河中磷的主要来源。

近年来，随着政府部门对磷矿企业监管力度的加大，黄柏河流域生态补偿机制的有效运行，黄柏河支流入库水体的水质逐年好转（表1）。根据2018 年宜昌市水文局水质监测报告，黄柏河东支干流入库水体达到《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）Ⅲ类水标准的比例为100%、达到Ⅱ类水标准（表2）的比例为97.22%。

注：总磷以P计，氟化物以F计。

作为全国重要磷矿山和磷化工产业基地，宜昌磷矿区大力开展绿色矿山建设，通过矿井水排放系统升级改造等多项措施，完成磷矿区污水达标排放，是绿色矿业发展的一项重要成效，具有示范意义。

2 矿区水处理方法

2.1 矿井水多级沉淀

井下水仓和沉淀池分开布设，通过加大井下沉淀池容量、增加沉淀次数、延长沉淀时间、降低沉淀流速等手段加强水仓沉淀作用（图1），大大减少含磷污染物出井，并可应对开采情况变化、地质环境变化导致的涌水量突增情况［9-14］。具体建设方案：①根据涌水量合理设置水仓，按照两段式建设，每个沉淀池容积能容纳2～4 h 井下正常涌水量，对涌水量大的矿山设置多级沉淀池。②通过投加药剂、多级沉淀等方式净化处理，实现循环利用和清水排放；在地面沉淀池前增设PAC、PAM 自动搅拌加药装置，提升矿井水沉淀效果。③经过处理仍然不能稳定达标的必须安装深锥浓密机或多介质机械过滤器系统。④地面安装在线监控系统，监控指标为pH、悬浮物、总磷、流量，监控装置与相关监管部门联网。⑤及时清理沉淀池底泥，胶结处理后充填井下，清理周期为1月1次，并做好相关记录。

2.2 絮凝剂除磷

为尽可能充分降低悬浮物和总磷含量，实现达标排放，在地面沉淀池设置自动加药装置，添加絮凝剂。自动加药装置根据沉淀池污染物含量智能化控制药剂添加量，提高絮凝剂投放的自动化程度。

絮凝剂是有机-无机复配混凝剂PAM-PAC/PFS，除磷机理主要包括压缩双电层、电中和、吸附架桥以及网捕卷扫多种方式共同作用［11］。混凝除磷体系对出水浊度有很大幅度的削减作用，对总氮、氨氮、硝态氮和化学需氧量有一定的去除效果，对出水pH 有一定的改善作用，有很好的除磷效果，试剂成本0.2～0.3元/t，能够满足黄柏河东支污水达标排放深度除磷要求，具有较好的应用价值和环境效益［13］。

2.3 矿区生活污水净化

磷矿区生活污水污染物包括COD、氨氮、总磷等，为全面加强矿区生活污水管理，保障生活污水得到有效的治理和处理，满足矿区排水与周围生态系统相协调，宜昌磷矿区采用微动力污水处理系统进行生活污水净化，处理后满足《污水综合排放标准》一级标准相关要求后排放。

微动力污水处理系统包括水解酸化阶段、反硝化脱氮阶段、接触好氧反应阶段、重力沉降阶段。生活污水净化处理过程：①矿山生活污水集中后首先进入厌氧池，进行水解酸化、产乙酸过程等，提高污水的可生化性，从而减少后续反应的时间和能耗。②经过水解酸化的污水进入缺氧池，利用兼氧微生物来降解其中的污染物；从好氧池回流的硝化液含有一定的溶解氧，改变了污水的溶氧浓度，使污水形成较好的缺氧环境，反硝化菌在缺氧池以新进入污水中的有机物为碳源进行反硝化反应，将回流混合液中的NO3-和NO2-还原为N2，并释放至空气，实现污水的脱氮。③脱氮的污水进入生物接触氧化池，主要通过活性污泥法与生物滤池复合法进一步降污，经过人工曝气的污水以一定的流速流过池内长满生物膜的填料，通过与生物膜的充分接触，微生物进一步生化降解有机物，硝化氨氮，显著降低NH3+浓度；活性污泥中聚磷菌在好氧条件下大量吸收污水中的磷，将其转化为不溶性多聚正磷酸盐后储存在体内，最后通过沉淀池排放剩余污泥，实现系统除磷的目的。④经过接触好氧反应，污水中的有机污染物基本被微生物消解，然后在沉淀池利用重力沉降法将污水中的悬浮颗粒去除，从而降低污水中悬浮物的浓度。

2.4 水质在线监测

为及时了解黄柏河流域的水质状况，实时监测流域水污染物含量，当地政府建立了水质在线监测系统，包括矿山在线监测和流域入河口监测，制定水质在线监测系统流程图、矿业公司水质化验抽检等相关管理制度，确保水质达标。

黄柏河流域东支（远安段）设置7 个市级监测断面及23 个县级监测断面，形成黄柏河流域东支水质监测网（图2），实现监测点、磷矿企业与当地政府的相对唯一性和联动性，同时将黄柏河流域水资源保护综合执法局、环保局、水电局随机监测、随机增补监测、举报监测、矿井废水在线监控一并纳入县级水质监测断面考核依据。市级水质监测断面实行定期监测，监测频次为1次/10 d；在市级采样检测前，县级监测断面的采样监测由县环保局完成，1 次/10 d。各断面水质监测评价项目包括总磷、氨氮、高锰酸盐指数、五日生化需氧量等4项，采取多种随机监测手段，实现了矿山排水全方位、多层次的监测监控，促使政府和矿山抓好流域水环境治理。

通过企业排水在线监控和市、县级监测断面水质监测，对水质不达标企业及时通报并限时整改，确保矿区排水稳定达标，进一步落实企业环境保护主体责任，巩固流域环境治理成效，确保环境持续向好。

2.5 生态补偿制度

为进一步保护和改善黄柏河东支流域水环境，打造磷矿绿色矿业示范区，制定了黄柏河东支流域生态补偿制度，通过政府主导，以补促治［8，14-19］。以流域内河库断面水质监测评价结果为依据，对水质达到目标要求的矿山企业给予资金补偿或磷矿开采计划奖励。实行水质改善成效与磷矿开采计划分配挂钩，强化资源与环保监管，以流域水质指标倒逼企业排放提标升级。采用流域面源污染治理、严控矿山生产环境、生态修复等系统治理措施，全面提升黄柏河流域水环境质量。通过实施生态补偿制度，调动了政府、企业和群众保护水生态环境的积极性，保障了宜昌磷矿的合理有序开采，确保黄柏河流域东支水质稳定达标且逐年改善。