铜冶炼项目初期雨水和消防事故排水收集及处理实践

邓祥祥

（中国瑞林工程技术股份有限公司，江西南昌 330031）

初期雨水主要指降雨初期在不同的汇水面和管渠中所形成的径流雨水，通常指的是降雨初期地面形成的10～15 mm 厚的地表径流雨水[1]。消防事故排水是指厂区发生火灾等消防事故时灭火所产生的排水。铜冶炼等有色冶炼生产过程中会产生多种类型的污水和废水。其中，车间生产排放的污水会统一进行收集，并单独设置污水处理设施进行处理达标排放或回用；而易产生污染的生产区域由于不同程度地存在“跑、冒、滴、漏”现象，场地及户外设备经雨水冲洗后污染物会进入雨水系统，此类污水一旦随雨水排入水体中，将对水体产生严重污染，影响自然生态环境及人类生存发展[2]；铜冶炼企业初期雨水、厂区事故排水的收集与处理易被忽略。随着环境问题的日渐严峻及国家环保政策要求的不断提高，铜冶炼企业初期雨水、事故排水的收集与处理已刻不容缓，这对于环保风险的防御是十分重要的。

笔者以某沿海城市铜冶炼企业400 kt/a 阴极铜项目已实施工程作为案例，介绍了初期雨水及消防事故排水的收集方式、收集池容积、处理工艺及回用情况，为后续类似项目初期雨水的收集、处理及回用提供参考与借鉴。

1 项目概况

某沿海城市铜冶炼企业400 kt/a 阴极铜项目，厂区总面积约66 万m2，其中厂区办公楼、南侧公辅区等较清洁区域面积约7.2 万m2；原料库、熔炼、电解、制酸、渣选、工辅区等生产区域面积约58.8 万m2。为防止生产区域初期雨水和消防事故排水等含污染物的水体外排对自然水体造成污染，在生产区域雨水管网末端设置初期雨水及消防事故排水收集池（以下简称收集水池），对生产区域的初期雨水和消防事故排水进行收集。根据GB 50988—2014《有色金属工业环境保护工程设计规范》中5.1.1 的规定，初期雨水收集池容积应按可能产生污染的区域面积和降水量计算，计算公式为Vy=1.2FI×10-3，其中1.2 为收集系数，F 为污染的场地面积，I 为重有色金属冶炼企业初期雨水降水量。根据GB 50974—2014《消防给水及消火栓系统技术规范》中3.3 和3.5 的规定，该厂区最大消防流量为60 L/s，火灾延续时间为3 h，单次消防最大用水量为648 m3。根据环评批复文件，初期雨水降水量按15 mm、收集系数按1.5，消防排水收集系数按2.0 计算，该项目初期雨水收集池容积为13 230 m3，单次消防最大收集水量为1 296 m3。因此，该项目的收集水池设计总容积约16 000 m3。

根据GB 50988—2014 中5.1.1 的规定，收集的初期雨水宜在5日内全部利用或处理。该项目设置1 座处理规模为4 000 m3/d 的初期雨水处理站对收集池内的初期雨水进行处理，处理后出水达标回用。为便于管理及运行，初期雨水处理站设置两个独立运行系列，每个单独系列处理规模为2 000 m3/d。

由于该铜冶炼企业的初期雨水含有砷和重金属离子，因此初期雨水处理设施采用“聚合硫酸铁（PFS）反应池+pH 调节池+重金属捕集（DTCR）反应池+絮凝池+斜板沉淀池+悬浮填料过滤器”的组合工艺，处理后出水的排放执行GB 25467—2010《铜、镍、钴工业污染物排放标准》中表2规定的水污染物排放控制要求，由泵提升至净化工序及渣缓冷系统作补充水。

初期雨水处理设施进、出水水质设计值见表1。

表1 进、出水水质设计值

2 工艺流程

初期雨水及消防事故排水处理工艺流程示意见图1。

图1 初期雨水及消防事故排水处理工艺流程示意

该项目根据地形设置有2 座收集水池，1#收集水池的规格为90 m×30 m×5.5 m，2#收集水池的规格为90 m×30 m×4.4 m，每个收集水池的闸门井内均设有2 套铸铁镶铜闸门和3 台提升泵。收集水池主要通过闸门井中闸门启闭状态的切换对初期雨水及消防事故排水进行收集，并通过闸门切换排放后期雨水至雨水管网中。正常情况下，外排闸门处于关闭状态，收集水池闸门处于开启状态，当下雨或发生消防事故时，初期雨水或事故排水进入收集池，达到收集液位后，发出报警信号，此时关闭收集水池的进水闸门，开启外排闸门将后期雨水排出，收集水池中的水由泵送至初期雨水处理站进行处理。

初期雨水及消防事故排水进入PFS 反应池，加入絮凝剂PFS，在pH 值为5.5～9.0 的条件下，PFS 水解生成氢氧化铁胶体，与As 及部分重金属离子反应，形成絮状混凝沉淀而除去。经初步处理的雨水进入pH 调节池，用w(NaOH)10%的氢氧化钠溶液调节pH 值为8.5～9.0，氢氧化钠溶液的投加量与pH 调节池出口的pH 计进行联锁。

重金属捕捉剂是一种可以与重金属离子强力螯合的液体药剂，可以在短时间内与重金属离子螯合迅速生成水含量较低的不溶性絮状体，具有良好的重金属离子去除效果，被广泛应用于冶金、电镀、矿山等行业废水的治理。铜冶炼企业的初期雨水中含有的重金属离子种类多、浓度高，经过前段聚合硫酸铁工艺处理可以去除大部分重金属离子，但仍有部分难以去除，可以通过投加重金属捕捉剂加以去除[5]。该项目设有2 个独立运行的DTCR 反应池，池内设有钢衬胶搅拌机，调节好pH 值的雨水进入DTCR 反应池除去水中剩余的重金属离子。

向絮凝池内投加絮凝剂PAC 和助凝剂PAM，进一步去除水中残留的污染物。絮凝作用产生的钒花可以通过斜板沉淀池去除，斜板沉淀池运用“浅池理论”，缩短了沉降距离，减少了沉淀时间，增加了沉淀池的沉淀面积，使沉淀效率得到提高。斜板沉淀池的上清液出水自流进入中间水池暂存，再由中间水池提升泵送至悬浮填料过滤器进行过滤，底泥通过快开排泥阀排至污泥储池，再提升至污泥脱水机。

悬浮填料过滤器采用整体玻璃钢材质，可耐酸碱，一般耐温65 ℃，其内部为悬浮介质层。悬浮过滤介质为采用高分子材料加工成的1～2 mm小球，密度大约为水的1/10，在过滤器内均匀分布，紧密排列，吸附截留水中的悬浮物，在介质表面形成滤饼层。当滤饼层变厚，重力大于浮力时，则掉落进入底部污泥区。另外悬浮介质自身还带有对偶极子，可以吸附进入悬浮介质层的细小悬浮物，同时结合高效无机絮凝剂吸附废水中的有机物。由于悬浮物结合力比较弱，可通过反冲洗将吸附的悬浮物快速冲刷下来，从而恢复过滤介质的吸附能力。球形介质可以耐有机物和氧化剂污染，运行过程中不必更换，每年添加少许即可。悬浮填料过滤器出水自流进入回用水池暂存，再由回用水泵提升至净化工序及渣缓冷系统作补充水，底泥则排入渣浆槽，然后排至污泥储池，再提升至污泥脱水机。

3 主要构筑物和设备技术参数

初期雨水和消防事故排水的收集设施与处理站包括收集水池、PFS 反应池、pH 调节池、DTCR反应池等主要构筑物及设备，以及PFS、NaOH、DTCR、PAC 和PAM 等药剂的配制和投加系统。

主要构筑物及设备的技术参数见表2。

表2 主要构筑物及设备技术参数

药剂配制和投加系统主要包括溶解槽、双层斜桨叶衬胶搅拌机以及输送泵等设备，主要技术参数见表3。

表3 药剂配制和投加系统设备技术参数

4 工程投资及运行分析

收集水池及初期雨水处理站投资约2 000万元，运行费用（药剂费、电费等）约1.5～2.0 元/t。由于处理尾水进行回用，不会产生外排污水，并可以减少新水使用量800～1 600 kt/a，减少了运行成本，具有较明显的经济效益和环境效益。

由于每次下雨后初期雨水的污染物组成会有差异，为满足出水水质要求，同时控制药剂投加成本，节省运行费用，在初期雨水处理工艺运行前，需要测定收集水池中水的污染物种类及浓度，从而确定反应的最佳pH 值，以及PAC、PAM 和重金属捕捉剂的投加量。所有药剂均配制成溶液进行投加，其中PAM 的质量分数为0.1%，其余药剂的质量分数均为10%。主要药剂参考投加用量见表4。

表4 主要药剂用量 单位：mg/L

5 结语

该400 kt/a 阴极铜铜冶炼项目设置了2 座总容积约16 000 m3的收集水池和1 座处理规模为4 000 m3/d的初期雨水处理站，用于收集和处理生产区域的初期雨水和消防事故排水。采用“PFS反应池+pH调节池+DTCR反应池+絮凝池+斜板沉淀池+悬浮填料过滤器”的组合工艺对初期雨水和消防事故排水进行处理，处理后出水能够达到GB 25467—2010规定的直接排放要求，可回用于净化工序及渣缓冷系统作补充水，不仅可以减少外排污水量，降低环保事故风险，而且使初期雨水和消防事故排水得到了有效利用，可以减少新水使用量800～1 600 kt/a，达到了节能减排的效果，具有明显的环境效益和经济效益，符合环保的理念与要求，值得类似冶炼企业参考。