湘江流域重金屬污染治理技術(shù)研考

湘江流域重金屬污染治理技術(shù)研考

國務(wù)院批復的《湘江流域重金屬污染治理實施方案》，無論是主要任務(wù)、建設(shè)內(nèi)容，還是實施效益、保障措施，都對科技支撐做出了部署安排。因此，在湘江流域重金屬污染治理過程中，明確技術(shù)要求、研究技術(shù)路線、考察技術(shù)舉措，對于深入推進湘江流域重金屬污染治理、完成目標任務(wù)，意義重大。一湘江流域重金屬污染治理的技術(shù)要求（一）科技攻關(guān)針對湘江流域的特點與重金屬污染治理的復雜性，突出重金屬污染防治共性和關(guān)鍵性技術(shù)攻關(guān)研究、涉重金屬行業(yè)污染控制及受污染地區(qū)的環(huán)境修復的有關(guān)規(guī)范、標準研究；突破重金屬行業(yè)清潔生產(chǎn)、涉重金屬企業(yè)“三廢”深度處理與資源化，重金屬污染土壤、底泥與水體的治理與修復等關(guān)鍵技術(shù)，形成重金屬污染防治技術(shù)與管理體系。開展與重金屬污染治理密切相關(guān)的應用基礎(chǔ)技術(shù)研究，包括湘江流域涉重金屬產(chǎn)業(yè)發(fā)展與保障生態(tài)環(huán)境安全的綜合研究、重金屬污染物大尺度時空遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律研究、重金屬污染風險評估及控制研究、長株潭地下水重金屬污染風險分析及控制研究，為流域經(jīng)濟社會發(fā)展與環(huán)境安全保障提供決策支持。（二）關(guān)鍵技術(shù)研究與集成圍繞湘江流域重金屬污染治理迫切需要解決的問題，研發(fā)集成一批針對性強、技術(shù)含量高的應用性技術(shù)，重點對流域循環(huán)經(jīng)濟和主要重金屬排放行業(yè)清潔生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)和支撐體系、含重金屬廢水廢氣深度處理零排放關(guān)鍵技術(shù)、含重金屬固廢的資源化及二次污染控制技術(shù)、污染耕地大規(guī)模修復經(jīng)濟適用技術(shù)等進行研發(fā)、綜合集成和示范應用，為湘江流域重金屬污染治理提供技術(shù)支持。以有色采選、冶煉和化工行業(yè)為重點，采用先進適用的技術(shù)改造升級，提升工藝裝備水平，提高廢水循環(huán)使用、廢渣綜合利用率及采掘、選礦、冶煉回收率、共伴生金屬綜合利用率，建設(shè)一批含重金屬廢水深度處理、循環(huán)利用示范企業(yè)，鼓勵相關(guān)工業(yè)園區(qū)建設(shè)含重金屬“三廢”集中深度處理設(shè)施，引導大型企業(yè)和重點排放企業(yè)積極采用世界先進技術(shù)裝備，提高產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平。（三）具體任務(wù)一是清潔生產(chǎn)。要求流域內(nèi)所有重金屬排放企業(yè)推行清潔生產(chǎn)，包括礦山無尾排放生產(chǎn)工藝技術(shù)、鹽化工清潔生產(chǎn)工藝技術(shù)、提取技術(shù)、精煉技術(shù)等。二是含重金屬廢水治理。積極開展交流合作，引進、消化、吸收先進的治理技術(shù)和成套設(shè)備。采用經(jīng)濟成熟可靠的物化絮凝工藝經(jīng)沉淀初級處理，然后再經(jīng)電化學、離子膜、吸附等工藝深度處理并回用，最大限度減少重金屬的排放。三是含重金屬廢氣治理。治理方法主要是除塵，包括干式除塵和濕式除塵。有色金屬冶煉含塵煙主要采用干式除塵，除塵設(shè)備主要采用重力沉降室、旋風除塵器、濾袋除塵器和電除塵器等。濕法除塵適用于精礦和渣干燥等含水量大的含塵廢氣的除塵，一般以水或酸溶液為洗滌劑洗滌含塵廢氣，主要使用的濕式除塵器有水膜旋風分離器、沖擊式除塵器、自激式收塵器和文丘里收塵器等。對于揮發(fā)性強的汞、鎘、砷、鉛等氣型污染物，主要采用吸附法和化學法來控制重金屬的排放，常用吸附劑有活性炭、多孔材料等。四是含重金屬固廢治理。按照“減量化、無害化、資源化”的原則處理有色金屬冶煉廢物和制硫酸渣，根據(jù)危險固廢的種類和堆放地點的實際情況選擇處理技術(shù)，目前采用國內(nèi)推薦的填埋、焚燒、解毒和綜合利用技術(shù)，處理方法的優(yōu)先考慮順序依次是：源頭減量→分離和減量（脫水、濃縮等）→作為原料循環(huán)使用→有用物質(zhì)的回收處理→安全處置（填埋）。五是重金屬污染土壤治理技術(shù)。對輕、中度污染耕地進行治理試點，治理技術(shù)包括生物法、化學法、熱力學方法等。對修復投資大、修復效果差的重度污染耕地，按法定程序調(diào)整土地用途。六是含重金屬河道底泥治理技術(shù)。根據(jù)目前的可控程度及歐美的經(jīng)驗，對于干流底泥加強監(jiān)控，進行相關(guān)治理技術(shù)攻關(guān)，對支流底泥開展治理試點，治理技術(shù)主要采用原位治理和環(huán)保疏浚。二湘江流域重金屬污染治理的技術(shù)路線（一）土壤重金屬污染治理技術(shù)堅持以生物修復為主，微生物修復與植物修復協(xié)同，利用植物對土壤中相應污染元素的特殊吸收富集能力處理土壤中特定的污染重金屬。注重優(yōu)化組合修復技術(shù)，如植物＋微生物、動物＋微生物、理化方法＋微生物等。運用化學處理技術(shù)對局部污染土壤、特定類型土壤、特殊性質(zhì)土壤以及輕度污染土壤進行治理，并盡可能減少環(huán)境二次污染和對土壤結(jié)構(gòu)的破壞，擴大微生物修復技術(shù)應用規(guī)模，研發(fā)降低、防治土壤二次污染新方法（見表1）。表1土壤重金屬治理技術(shù)（二）底泥重金屬污染治理技術(shù)一是采用工程處理技術(shù)處理底泥重金屬污染，改進工藝流程，優(yōu)化處理環(huán)節(jié)，提升處理質(zhì)量；二是采用生物修復技術(shù)處理底泥重金屬污染，動物修復、植物修復、微生物修復、植物-微生物聯(lián)合修復等協(xié)同處理，重點研究探索超積累植物的新品種、植物微生物相互作用機理、微生物重金屬抗性基因的結(jié)構(gòu)和功能等。應少采用化學處理技術(shù)，以免二次污染（見表2）。表2底泥重金屬污染治理技術(shù)對比（三）水體重金屬污染治理主要采用物理處理、化學處理、物理化學處理和生物處理四種技術(shù)。物理處理主要采用蒸發(fā)法、換水法和稀釋法，操作簡單易行，但主要適用于輕度污染水體；化學處理以沉淀法和電解法為主，處理效果較好，但電解法不適于處理較低濃度含重金屬廢水，且耗能大，易產(chǎn)生二次污染；物理化學處理有吸附法、離子還原法和膜分離法，易造成后續(xù)處理問題；生物處理中微生物處理方法最佳，植物處理和動物處理效果較好。對于局部輕度重金屬污染水體，采用物理處理技術(shù)；對于特定重金屬污染水體，采用化學和物理化學處理技術(shù)；應大力發(fā)展生物修復技術(shù)，把植物、動物和微生物處理作為重要方法和手段，進行組合修復。（四）礦冶重金屬污染治理技術(shù)礦冶重金屬污染處理技術(shù)主要有：中和沉淀法、硫化物沉淀法、鐵氧體法、萃取法、離子交換法、氧化還原法、膜分離法、萃取電積法、自然沉淀法、混凝沉淀法、浮上法和電解法。基于各類處理技術(shù)不同的機理和操作方法，適用對象不盡相同。礦冶重金屬污染治理技術(shù)流程如圖1所示。圖1礦冶重金屬污染治理技術(shù)流程（五）重金屬污染治理技術(shù)路線圖按照重金屬清潔生產(chǎn)技術(shù)、重金屬冶煉廢物循環(huán)利用、重金屬污染水體底泥處置、重金屬污染場地及土壤修復、重金屬污染監(jiān)控等要求，控制重金屬污染增量、消化重金屬污染存量、恢復湘江生態(tài)功能的治理技術(shù)路線如下所示（見表3）。表3湘江流域重金屬污染治理技術(shù)路線三湘江流域重金屬污染治理的技術(shù)舉措湖南重金屬污染防治的技術(shù)舉措，目前從采礦到選礦、從冶煉到加工的各個環(huán)節(jié)，都設(shè)立了國家和省級的重大專項，建立了科技創(chuàng)新和產(chǎn)學研合作平臺，一批關(guān)鍵瓶頸技術(shù)取得了突破，并已相繼應用到生產(chǎn)實踐中。（一）設(shè)立省科技重大專項近年來，湖南省科技廳集中70%的科技經(jīng)費，組織實施科技重大專項，其中與湘江流域重金屬污染治理直接相關(guān)的有8個。這些項目，以株洲清水塘、湘潭竹埠港、衡陽水口山等污染源相對集中的重點工業(yè)區(qū)和大中型有色采選、冶化企業(yè)為載體，以行業(yè)清潔生產(chǎn)和治理工程的關(guān)鍵共性技術(shù)為突破口，依托省內(nèi)大型企業(yè)、優(yōu)勢高校院所，瞄準兩大技術(shù)攻關(guān)。一是控源頭。株洲清水塘重金屬冶煉節(jié)能減排專項，在株洲冶煉集團建成重金屬廢水處理與回用工程，年減排廢水500萬噸，該技術(shù)已在湘江流域多家重金屬冶煉企業(yè)推廣應用。二是還舊賬。株洲清水塘工業(yè)區(qū)固體廢物利用專項，突破了固體廢棄物制備膠凝材料技術(shù)，預計將在五年內(nèi)，消納該工業(yè)區(qū)幾十年來積存的近1000萬噸廢渣。目前，已經(jīng)突破了重金屬廢水處理、冶化固廢資源化利用、行業(yè)清潔生產(chǎn)和治理修復等重大關(guān)鍵技術(shù)，有效控制了一批重大污染源，技術(shù)輻射帶動了整個湘江流域相關(guān)產(chǎn)業(yè)的減排。典型例子如下。湘潭竹埠港工業(yè)區(qū)減排關(guān)鍵技術(shù)與工程示范。專項以竹埠港工業(yè)區(qū)含多種重金屬和有機污染物的復雜廢水、二氧化硫煙氣和固體廢棄物為研究對象，以廢水的零排放和循環(huán)利用，廢渣的無害化處理和資源化利用，低濃度二氧化硫煙氣的錳礦脫硫和硫、錳資源回收利用為研究目標，通過三年研發(fā)，攻克了含鎘重金屬復雜廢水生物制劑處理技術(shù)、含錳廢水生物制劑處理技術(shù)、低濃度二氧化硫錳礦脫硫及資源化利用技術(shù)、錳渣低溫燒結(jié)固化制磚技術(shù)、錳渣復合激活改性制備凝膠材料技術(shù)等五大關(guān)鍵技術(shù)，建立了重金屬有機廢水治理、煙氣錳礦脫硫和資源化利用、含錳固廢無害化處理和資源化利用技術(shù)示范工程。實現(xiàn)示范企業(yè)出水重金屬鎘、錳含量遠低于《污水綜合排放標準》（GB8978—1996）的限值，含錳廢水處理后回用率95%以上，每年減排鎘100公斤、錳1200公斤。減少錳渣7萬噸/年，減少堆放場地12000平方米，節(jié)約黏土3萬噸。湘江流域鎘污染控制關(guān)鍵技術(shù)研究與示范。該專項主要針對湘江流域大型鉛鋅冶煉企業(yè)濕法煉鋅鎘存在鎘的浸出率低，浸出過程中鎘、銅、鈷難以分離，鎘在各段工序中易分散污染且其回收率低，礦冶區(qū)土壤鎘污染嚴重等突出問題，研發(fā)出浸渣還原體系強化浸出以及有價金屬高效萃取分離技術(shù)、含鎘多金屬料渣強化浸出及高效提鎘新工藝、礦冶區(qū)鎘污染土壤修復新技術(shù)，建立濕法煉鋅過程鎘的高效富集與減排新技術(shù)體系，集成創(chuàng)新礦冶區(qū)鎘污染土壤化學——植物聯(lián)合生態(tài)修復新技術(shù)體系，為湘江流域鎘污染源頭減排與鎘污染土壤修復提供技術(shù)支撐。專項由省科技廳、衡陽市政府及湖南水口山集團共同出資，由中南大學聯(lián)合中科院過程所、北京礦冶研究院、湖南有色金屬研究院等單位共同承擔。有色冶煉銅鎘渣中有價金屬提取技術(shù)開發(fā)。該專項由省環(huán)境保護科學研究院承擔。專項運用微生物物化聯(lián)合浸提技術(shù)，獨創(chuàng)銅鎘渣資源化處理技術(shù)，成功將銅鎘渣中鎘的浸出率提高到96%，鎘回收率提高到90%，精鎘純度達到99.995%，解決了有色冶煉重金屬污染嚴重問題，形成了“產(chǎn)學研”結(jié)合研究模式，建設(shè)了重金屬固廢污染控制技術(shù)團隊。技術(shù)成果在株洲冶煉集團股份有限公司得到應用，為湖南資源綜合有效利用與環(huán)境污染治理提供了示范。（二）爭取國家項目支持2009年11月，《湘江水環(huán)境重金屬污染整治關(guān)鍵技術(shù)研究與綜合示范實施方案》列入《國家水體污染控制與治理科技重大專項》；2010年，國家緊急啟動“湘江流域冶煉重金屬污染物減排與利用關(guān)鍵技術(shù)及示范”；2011年，科技部立項支持重金屬冶煉和造紙廢水深度處理關(guān)鍵技術(shù)與工程示范、湘江流域冶煉重金屬污染物減排與利用關(guān)鍵技術(shù)及示范等一批項目；2012年，科技部將鉛鋅重金屬清潔冶煉關(guān)鍵技術(shù)、大型礦產(chǎn)基地生態(tài)恢復技術(shù)與示范等項目納入實施計劃。近年來，在重金屬污染治理領(lǐng)域，湖南承接了“湘江水專項”“863計劃”、科技支撐計劃等一批國家項目，“有色金屬資源基地重金屬減排與廢物循環(huán)利用技術(shù)及示范”“大型礦產(chǎn)基地生態(tài)恢復技術(shù)與示范”“大型有色金屬基地及周邊地區(qū)重金屬污染土壤植物修復技術(shù)研究及示范”等14個項目獲得國家立項，項目資金達3億多元。這些項目瞄準有色冶煉清潔生產(chǎn)、廢物循環(huán)利用、污染土壤修復等重大技術(shù)難題，集聚全國優(yōu)勢資源，開展產(chǎn)學研聯(lián)合攻關(guān)，突破了重金屬廢水生物制劑處理、冶化固廢資源化利用等一批綠色低碳關(guān)鍵技術(shù)。在科技部發(fā)布的《重金屬污染防治技術(shù)匯編》的35項技術(shù)中，湖南省有8項入選，為湘江流域重金屬污染治理提供了有力支持。舉例如下。湘江水環(huán)境重金屬污染整治關(guān)鍵技術(shù)研究與綜合示范。該項目又稱“湘江水專項”，是國家唯一針對水體重金屬污染開展系統(tǒng)研究的項目。項目涵蓋重金屬污染點源、面源、內(nèi)源多個方面的控制與治理，重金屬污染監(jiān)控預警及防控決策管理，匯集了北京大學、湖南大學、中南大學、中科院生態(tài)環(huán)境中心、湖南省環(huán)境科學研究院、湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站、湘潭大學等20余家科研院所與企業(yè)的力量。通過科研攻關(guān)，項目組研發(fā)了一系列關(guān)鍵技術(shù)。在生物制劑處理重金屬技術(shù)方面的突破，使廢水回用95%以上，削減重金屬污染80%以上。研發(fā)的常壓富氧浸鋅處理鋅渣清潔生產(chǎn)減污技術(shù)、鋅冶煉行業(yè)重金屬污染控制與處理關(guān)鍵技術(shù)等，不僅使清水塘工業(yè)示范區(qū)每天排放的廢水穩(wěn)定達標，還改善了流域的水環(huán)境。目前，湘江省控斷面Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)所占比例92.8%，Ⅱ類水質(zhì)斷面數(shù)逐步增加。有色金屬資源基地重金屬減排與廢物循環(huán)利用技術(shù)及示范。項目以提升有色金屬資源基地的清潔生產(chǎn)水平為目標，設(shè)置6個子課題，它們分別是：“濕法煉鋅中鎘和砷高效分離清潔工藝與示范”“有色冶煉高鐵含鉛固廢清潔處理與鐵回收技術(shù)及應用”“重金屬冶煉氣型污染物凈化與利用技術(shù)及示范”“含銦重金屬物料清潔回收技術(shù)與示范”“有色金屬基地多元廢物低溫膠凝大宗利用關(guān)鍵技術(shù)與示范”“重金屬冶煉過程污染風險控制模式與減排技術(shù)集成”，在推進重金屬污染源頭治理、改善湘江流域環(huán)境方面發(fā)揮重要作用?？萍蓟菝裼媱濏椖?。主要有“冷水江市錫礦山礦區(qū)蔬菜安全保障技術(shù)應用示范”“清水塘重金屬污染區(qū)綠色家園生態(tài)恢復重建技術(shù)應用示范”“湘鄉(xiāng)市冶化工業(yè)區(qū)居民生活飲用水安全保障技術(shù)應用示范”“桑植縣采礦污染區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障技術(shù)應用示范”“資興市重金屬加工區(qū)居民健康保障技術(shù)應用示范”等項目，這些項目在集中示范應用一批綜合集成技術(shù)、推廣普及一批先進適用技術(shù)成果方面，取得了顯著的成效。長沙42萬噸鉻渣污染治理示范。項目采用“鉻渣水溶除毒法”專利技術(shù)，在工藝和設(shè)備上進行了大膽創(chuàng)新改造，在技術(shù)指標、產(chǎn)能、降耗等方面取得豐碩成果，有改進工藝配方、調(diào)整鋼球的大小配比和漿料濃度與流速的配比、選用水力旋流器替代振動篩、自控投料加藥、降低固液分離工序的能耗等。其中，自主制訂的《長沙市鉻渣污染治理項目解毒鉻渣穩(wěn)定性檢測暫行標準》和《試驗方法暫行辦法》，走在全國鉻渣治理的前列。株洲清水塘重金屬污染治理重點工程。該項目有霞灣港底泥清淤工程、大湖治理工程、清水塘廢渣治理工程和中小企業(yè)關(guān)閉淘汰搬遷、生態(tài)修復等內(nèi)容。已經(jīng)實施：大湖治理工程——對大湖水面水體進行抽排處理、湖底清淤，底泥穩(wěn)定固化，湖底防滲、回填封場等；清水塘廢渣治理工程——對清水塘歷史遺留的冶煉、化工含重金屬廢渣采用穩(wěn)定化、固化技術(shù)進行安全處置。還將啟動清水塘工業(yè)區(qū)重金屬污染土壤修復工程、株冶總廢水提質(zhì)改造工程、廢渣無害化處置工程、場地修復工程等，項目的實施將徹底改變清水塘工業(yè)區(qū)的面貌。（三）建設(shè)科技創(chuàng)新和產(chǎn)學研合作平臺依據(jù)重金屬污染治理科技創(chuàng)新和產(chǎn)學研合作需求，重點組建三大高端平臺。組建國家重金屬污染防治工程技術(shù)研究中心。該中心依托中南大學，是重金屬污染治理首個國家級科技創(chuàng)新平臺，建有重金屬清潔生產(chǎn)減污新工藝、重金屬廢水處理、重金屬固廢處理與資源化、煙塵污染控制與模擬、重金屬污染土壤修復、礦冶環(huán)境生物技術(shù)等七個實驗室。在重金屬污染防治技術(shù)研究開發(fā)方面，先后承擔了國家科技重大專項、國家“973”計劃、國家“863”計劃、國家科技支撐計劃、國家自然科學基金重點項目、國際科技合作與交流專項等科研項目63項；取得各類科技成