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(fù)的《湘江流域重金屬污染治理實(shí)施方案》，無論是主要任務(wù)、建設(shè)內(nèi)容，還是實(shí)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(jìn)湘江流域重金屬污染治理、完成目標(biāo)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(diǎn)與重金屬污染治理的復(fù)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(fù)的有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)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(fù)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(yīng)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(fēng)險評估及控制研究、長株潭地下水重金屬污染風(fēng)險分析及控制研究，為流域經(jīng)濟(jì)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(qiáng)、技術(shù)含量高的應(yīng)用性技術(shù)，重點(diǎn)對流域循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(fù)經(jīng)濟(jì)適用技術(shù)等進(jìn)行研發(fā)、綜合集成和示范應(yīng)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(diǎn)，采用先進(jìn)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(dǎo)大型企業(yè)和重點(diǎn)排放企業(yè)積極采用世界先進(jìn)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(jìn)、消化、吸收先進(jìn)的治理技術(shù)和成套設(shè)備。采用經(jīng)濟(jì)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(xué)、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(fēng)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(fēng)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(qiáng)的汞、鎘、砷、鉛等氣型污染物，主要采用吸附法和化學(xué)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(diǎn)的實(shí)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(jìn)行治理試點(diǎn)，治理技術(shù)包括生物法、化學(xué)法、熱力學(xué)方法等。對修復(fù)投資大、修復(fù)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(yàn)，對于干流底泥加強(qiáng)監(jiān)控，進(jìn)行相關(guān)治理技術(shù)攻關(guān)，對支流底泥開展治理試點(diǎn)，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(fù)為主，微生物修復(fù)與植物修復(fù)協(xié)同，利用植物對土壤中相應(yīng)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(fù)技術(shù)，如植物＋微生物、動物＋微生物、理化方法＋微生物等。運(yùn)用化學(xué)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(jìn)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(kuò)大微生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)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(jìn)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(fù)技術(shù)處理底泥重金屬污染，動物修復(fù)、植物修復(fù)、微生物修復(fù)、植物-微生物聯(lián)合修復(fù)等協(xié)同處理，重點(diǎn)研究探索超積累植物的新品種、植物微生物相互作用機(jī)理、微生物重金屬抗性基因的結(jié)構(gòu)和功能等。應(yīng)少采用化學(xué)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(xué)處理、物理化學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)和物理化學(xué)處理技術(shù)；應(yīng)大力發(fā)展生物修復(fù)技術(shù)，把植物、動物和微生物處理作為重要方法和手段，進(jìn)行組合修復(fù)。（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(jī)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(fù)、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(fù)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(xiàng)，建立了科技創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)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(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中。（一）設(shè)立省科技重大專項(xiàng)近年來，湖南省科技廳集中70%的科技經(jīng)費(fèi)，組織實(shí)施科技重大專項(xiàng)，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(xiàng)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(diǎn)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(zhǔn)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(xiàng)，在株洲冶煉集團(tuán)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(yīng)用。二是還舊賬。株洲清水塘工業(yè)區(qū)固體廢物利用專項(xiàng)，突破了固體廢棄物制備膠凝材料技術(shù)，預(yù)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(fù)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(xiàng)以竹埠港工業(yè)區(qū)含多種重金屬和有機(jī)污染物的復(fù)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(biāo)，通過三年研發(fā)，攻克了含鎘重金屬復(fù)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?zé)Y(jié)固化制磚技術(shù)、錳渣復(fù)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(jī)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(shí)現(xiàn)示范企業(yè)出水重金屬鎘、錳含量遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（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(xiàng)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(yán)重等突出問題，研發(fā)出浸渣還原體系強(qiáng)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(qiáng)化浸出及高效提鎘新工藝、礦冶區(qū)鎘污染土壤修復(fù)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(xué)——植物聯(lián)合生態(tài)修復(fù)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(fù)提供技術(shù)支撐。專項(xiàng)由省科技廳、衡陽市政府及湖南水口山集團(tuán)共同出資，由中南大學(xué)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(dān)。有色冶煉銅鎘渣中有價金屬提取技術(shù)開發(fā)。該專項(xiàng)由省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院承擔(dān)。專項(xiàng)運(yùn)用微生物物化聯(lián)合浸提技術(shù)，獨(dú)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(dá)到99.995%，解決了有色冶煉重金屬污染嚴(yán)重問題，形成了“產(chǎn)學(xué)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(tuán)隊(duì)。技術(shù)成果在株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司得到應(yīng)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(xiàng)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(shí)施方案》列入《國家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)》；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(xiàng)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(xiàng)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(fù)技術(shù)與示范等項(xiàng)目納入實(shí)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(xiàng)”“863計劃”、科技支撐計劃等一批國家項(xiàng)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(fù)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(fù)技術(shù)研究及示范”等14個項(xiàng)目獲得國家立項(xiàng)，項(xiàng)目資金達(dá)3億多元。這些項(xiàng)目瞄準(zhǔn)有色冶煉清潔生產(chǎn)、廢物循環(huán)利用、污染土壤修復(fù)等重大技術(shù)難題，集聚全國優(yōu)勢資源，開展產(chǎn)學(xué)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(xiàng)技術(shù)中，湖南省有8項(xiàng)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(xiàng)目又稱“湘江水專項(xiàng)”，是國家唯一針對水體重金屬污染開展系統(tǒng)研究的項(xiàng)目。項(xiàng)目涵蓋重金屬污染點(diǎn)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(yù)警及防控決策管理，匯集了北京大學(xué)、湖南大學(xué)、中南大學(xué)、中科院生態(tài)環(huán)境中心、湖南省環(huán)境科學(xué)研究院、湖南省環(huán)境監(jiān)測中心站、湘潭大學(xué)等20余家科研院所與企業(yè)的力量。通過科研攻關(guān)，項(xiàng)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(dá)標(biāo)，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(xiàng)目以提升有色金屬資源基地的清潔生產(chǎn)水平為目標(biāo)，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(yīng)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(fēng)險控制模式與減排技術(shù)集成”，在推進(jìn)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?xiàng)目。主要有“冷水江市錫礦山礦區(qū)蔬菜安全保障技術(shù)應(yīng)用示范”“清水塘重金屬污染區(qū)綠色家園生態(tài)恢復(fù)重建技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(yīng)用示范”“資興市重金屬加工區(qū)居民健康保障技術(shù)應(yīng)用示范”等項(xiàng)目，這些項(xiàng)目在集中示范應(yīng)用一批綜合集成技術(shù)、推廣普及一批先進(jìn)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(xiàng)目采用“鉻渣水溶除毒法”專利技術(shù)，在工藝和設(shè)備上進(jìn)行了大膽創(chuàng)新改造，在技術(shù)指標(biāo)、產(chǎn)能、降耗等方面取得豐碩成果，有改進(jìn)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(xiàng)目解毒鉻渣穩(wěn)定性檢測暫行標(biāo)準(zhǔn)》和《試驗(yàn)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(diǎn)工程。該項(xiàng)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(fù)等內(nèi)容。已經(jīng)實(shí)施：大湖治理工程——對大湖水面水體進(jìn)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(jìn)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(fù)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(fù)工程等，項(xiàng)目的實(shí)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(xué)研合作平臺依據(jù)重金屬污染治理科技創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研合作需求，重點(diǎn)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(xué)，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(fù)、礦冶環(huán)境生物技術(shù)等七個實(shí)驗(yàn)室。在重金屬污染防治技術(shù)研究開發(fā)方面，先后承擔(dān)了國家科技重大專項(xiàng)、國家“973”計劃、國家“863”計劃、國家科技支撐計劃、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、國際科技合作與交流專項(xiàng)等科研項(xiàng)目63項(xiàng)；取得各類科技成