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水泥掺入量不断增加的同时污泥固化块的抗压强度呈上升之势，从0时的66.2kPa逐渐上升到20%比例时的215.4kPa。而且随着水泥加入量不断增加，污泥固化块的强度逐渐增大。值得一提的是，当水泥掺量比从12%开始，污泥固化块自身的抗压强度增幅逐渐变小。由此可知，水泥掺量比在12%时，污泥固化块胶结趋于稳定，水泥掺量适宜。同时，随着水泥掺量比的不断增大，浸出液中的COD浓度逐渐降低，从原来的535.3mg/L下降到289.5mg/L，说明水泥添加有利于促进城市污水中的污泥结构稳定性提高，使其固化。

　　1.2 养护时间对城市污水中的污泥固化影响

　　研究表明，水泥以及煤灰对污水污泥的固化处理效果非常的显著，养护天数达到7d，此时固化块自身的抗压强度可达到500kPa，固化块可达到填埋要求。结合国内城市每天所需接纳的污泥情况，在填埋处理基础之上应当尽可能减少污泥固化块养护时间，养护天数可以选择3天、4天以及6天和7天等，甚至可以达到8天的养护时间，并以此为基础来研究养护时间对固化块本身的抗压强度以及浸出液中的COD含量(浓度)产生的影响。

　　水泥以及石灰或者煤灰掺入量和比例固定以后，养护时间不断增加的同时，污泥固化块抗压强度逐渐增大，养护3d时其强度为142.5kPa，养护8d时其强度达到了250.1kPa，由此可见固化块抗压强度随养护时间的不断延长而呈现出逐渐增大之势，养护处理对于污泥固化块抗压强度的增大非常有利。养护时间在4d至6d时，污泥固化块的强度增幅显著。超过6d，污泥固化块强度增幅逐渐变小。总体而言，养护时间控制在6d为宜。

　　综合上述两个影响因素，水泥掺入量不断增加，直至固化块稳定，水泥掺量对污泥固化块强度增大以及稳定性提高有促进作用。随着养护时间的不断增加，浸出液中的COD浓度逐渐下降，养护天数与污泥固化块强度的增强关系密切，以6d时间最为合适。

　　2、污泥固化处理方法

　　基于以上对城市污水中的污泥固化效果影响分析，笔者认为实践中应当充分考虑污泥固化影响因素，在此基础上选择合适的污泥固化处理技术方法。

　　2.1 物理处理技术方法

　　城市污水处理厂在处理污泥时，可采用的有效方法有很多种，本文以热处理技术方法为例进行分析。热处理方法是基于对污泥加热处理，破坏其中的絮体，促进厌氧有机物水解。具体而言，主要有四个过程，即污泥絮体解体、污泥细胞破碎以及释放其中的有机物、有机物水解、美拉德反应。其中，有机物水解过程中需要的温度相对较高，同时固体物溶解、絮体破碎以及有机物水解是最为关键的环节。就加热预处理后的污泥而已，较之于直接采用厌氧消化方式进行处理所需的时间要短，而且甲烷产生效率更高。通过对剩余污水中的污泥厌氧消化之前进行热水解，随着温度的不断升高，其水解速率和程度均随之提高，而且容易厌氧消化。值得一提的是，在此过程中并非温度越高效果就越好，当水解温度升高至200℃时，就会美拉德反应，即水解还原糖的氨基酸以及醛基，并且生成降解难度较大的褐色多聚氮。虽然热水解可促进厌氧消化，但是温度过高会产生难以降解的产物，而且该种物质在某种程度上会对厌氧消化产生抑制作用，该种技术方法在剩余污泥固化处理过程中应用效果非常的显著。

　　2.2 化学处理技术方法

　　污泥固化处理过程中还可以采用化学处理法，其中臭氧氧化法最为典型。臭氧是常见的一种氧化剂，而且已经被广泛应用在污泥处理之中，其能量消耗比较少，裂解细胞能力非常的强，可有效杀灭污泥中的活性微生物，氧化细胞并释放有机质。污泥经臭氧氧化，胞外聚合物以及细胞壁、细胞膜等被臭氧氧化成微小的分子物质，其构造受损导致新陈代谢难以进行，继而穿透细胞膜将膜内脂蛋白以及脂多糖破坏掉，以此来改变污泥微生物细胞通透性，最终使微生物溶解、死亡。臭氧氧化法与厌氧消化法结合使用，可有效解决城市污水厂污泥固化问题，通过臭氧预处理将污泥破碎掉，然后释放大量的细胞质，从而使污泥水解加速和提高厌氧反应速率。值得一提的是，臭氧投入量不断提高，污泥会逐渐减量。当投入量足够时，其减量效果就会不明显，甚至出现负效果。臭氧浓度不变的情况下，随着污泥浓度的增加，其中的蛋白质溶出率逐渐增多。臭氧氧化方法的应用，较之于其他方法，比如超声波法破解以及热处理技术方法等，破解污泥的能力更强，而且与臭氧氧化技术结合使用，可减少污泥处理排放量。

　　2.3 生物处理工艺

　　污泥固化处理过程中的生物处理技术方法中，最为典型的是厌氧流化床技术工艺。对于厌氧流化床方法而言，其作为的厌氧消化系统，实际上也是一种高效生物膜处理法。其以火山岩颗粒以及活性炭颗粒等作为载体，厌氧微生物基于膜的形式结在火山岩表面，利用流态化技术手段使污水呈现出流化状态。其中的微生物与有机物接触并吸附在一起，可以分解有机物，达到有效处理之目的。

　在人类社会发展的过程中，人类对矿产资源的需求量越来越多，随着带来的是在矿山大量开采过程中引发的废水污染越来越严重，包括矿井天然溶滤水、矿渣渗滤液，以及开采点、选矿厂、尾矿坝、堆渣场和生活区等地排出的废水等，这些废水中含有大量有机污染物、油类污染物以及重金属污染，污染范围大、影响区域广、排放量大、持续时间长、成分复杂、浓度极不稳定的特点。目前对矿山废水的治理策略主要有：硫化沉淀法、多方法联合处理法、人工湿地法、中和沉淀法、化学氧化法、混凝沉降法、微生物处理法、酸碱中和法。其中对于人工湿地法中重要部分湿地植物，在工业废水和矿山酸性排水的治理中发挥着一定的作用，湿地植物可分为挺水型植物、浮水型植物、沉水型植物等。在人工湿地过程中，通过种植湿地植物形成的良好的生态系统，通过吸收吸附、沉淀、微生物等作用对有害物质进行去除净化。本文通过阐述湿地植物在矿山废水中的处理应用，通过讨论该技术在治理矿山废水中有机污染物、油类污染物、重金属的机理及效果，为今后矿山废水的治理提供参考。

　　1、研究现状

　　1.1 湿地植物对矿山废水中有机污染物的去除效果研究

　　有关研究表明，矿山废水中有机污染物的来源可能有两种。一种可能是来自矿厂分析化验室直排的废水，还有一种可能来自于矿山废水池或尾矿池中植物死亡后因长时间浸泡而导致植物腐烂引起的。

　　一是湿地植物在处理有机污染物上有着一定的净化效果。释放和分解或降解两个途径得到净化。释放是针对可挥发性的有机化合物。他进入植物体内，通过植物挥发作用而得到释放;分解或者降解是针对部分不可挥发的有机化合物可通过酶分解或者螯合作用降解。如骆世明等研究表明，在风车草和香根草的潜流人工湿地对养殖废水COD的处理效果非常明显。贺聪等研究发现水生维管植物对有机污染物的净化效果明显，茭白、慈姑、水葱等湿地植物对COD、BOD的去除效果良好，都达到了70%以上。徐锦涛等研究表明，香蒲对酿酒厂废水中BOD、COD、酚类物质的去除率达90%以上。

　　二是湿地植物在处理有机污染物的过程需要良好的抗逆性，来耐受污水中不利环境的冲击。植物通过挥发或者分解或者降解作用来代谢和螯合有机污染物，但是有机污染物本身并不能作为植物的能源和碳源，同时还会对植物的生长起到一定的抑制作用。

　　1.2 湿地植物对矿山废水中油类污染物的去除效果研究

　　油类污染物是矿山中较为普遍的污染物，他是包含苯、甲苯、乙苯、二甲苯、萘、蒽、PAH(多环芳烃)等碳氢化合物的混合物。油类污染物进入水体后，会降低水中的溶解氧含量，会增强水体酸性，还会增加水体浊度，从而导致水体污染。同时油类污染物也会对水生动物有着致命的危险，如油膜粘附和填塞水生动物鳃部使其窒息死亡，进一步恶化水体生态环境，并且会浸入土壤孔隙内形成油膜，产生堵塞作用，抑制植物的生长，严重的会导致农作物死亡。

　　植物在处理土壤污染的时候发挥着重要的作用，植物根系可以去除矿山废水中的油类污染物，通过3个途径进行降解，微生物作用和化学反应。如刘晓燕等人利用4种土著植物即蔗草、芦苇、三棱草、茈菰与嗜油菌共同对对土壤中的柴油具有较好的去除效果，去除率都达到了65%以上。

　　1.3 湿地植物对矿山废水中重金属污染物的去除效果研究

　　重金属污染的其中一个主要来源是矿产资源开采活动中产生的酸性矿山废水。重金属离子对水环境、土壤环境以及人类健康会造成极大威胁。因此，寻找合适的去除重金属的途径刻不容缓。人工湿地法是目前对重金属的处理方法之一，湿地植物对废水中重金属的去除也发挥着一定的作用。一些有毒有害的物质经过湿地植物形成的生态系统来吸附、富集和吸收后，水体得到净化，如锰、铅、铁、镉、砷、汞等。也可以将重金属自根部向植物其他部分迁移，植物不仅对重金属具有较强的耐受性，而且对重金属有较强的富集能力。

　　一是湿地植物种类不同，净化效果不同。李冰等研究发现，宽叶香蒲是多种重金属耐受性植物，人工湿地中的宽叶香蒲对含铅锌矿废水处理效果明显;陈明利等研究发现凤眼莲、水花生等湿地植物对废水中Cd2+的去除率达到65.3%;莫健伟等研究发现褐藻对金吸收量大，绿藻对铜、汞等金属的去除率明显，马尾藻和鼠尾藻对铜、铅、汞等重金属的去除率达70%以上。还有研究发现，浮萍能对Zn、Fe和Mn有一定的富集，芦苇Pb、Mn和Cr有一定的富集，宽叶香蒲和黑三棱是Pb和Zn有一定的富集，凤眼莲对Zn2+和Cd2+有较高的去除率。

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　二是污染源浓度不同，同一种湿地植物净化效果也不同。林芳芳等研究了芦苇、香蒲、鸭跖草这3种植物对重金属铅的吸收和富集，发现3种植物对铅的富集与吸收分别是香蒲﹥芦苇﹥鸭跖草，在小于10,mg/L的浓度下，鸭跖草对铅的富集效果比香蒲、芦苇要好很多，而在大于10,mg/L的浓度下，香蒲比芦苇、鸭跖草的富集量要多1倍。也有研究发现，香蒲有很强的吸收和富集铅、锌的能力，净化塘1年生香蒲吸收铅为2,502.18,mg/kg以上，锌为1,952.08,mg/kg，铜为55.87,mg/kg，镉为11.10,mg/kg，年净化铅为20.52,t，锌为18.91～22.45,t，铜为0.34～0.41,t，镉为0.23～0.27,t。而茭白对锌的富集能力较强，是灯芯草的1.79倍，风车草能富集水体中30%的铜和锰，对锌、镉、铅的富集也在5%～15%。

　　三是当植物受到外界胁迫时，植物对营养元素的吸收可能会受到影响。如较高浓度的重金属能够抑制植物体对Ca、Mg等矿质营养元素的吸收和转运，研究指出，随重金属Cu、Cd浓度的增加，K的外流量增加。研究表明，小麦幼苗经过Cd处理后，其茎叶K、Ca和Mg等营养元素的含量下降;在用Zn做胁迫重金属源时，也发现了相同的实验现象。

　有色冶炼行业作为我国国民经济发展的支柱产业，不断发展壮大，越来越多的大型冶炼厂投入建设，但是环境问题，尤其是铜冶炼过程中的重金属废水治理一直是困扰着企业发展的难题。国家对新建铜冶炼项目实行“增产不增污，增产又减污，总量控制”等政策，要求铜冶炼厂实现重金属废水，这对铜冶炼企业是一个新的挑战。

　　铜陵地区某冶炼厂于1978年建成投产，至2017年全面关停，期间进行了多次升级改造，形成了系统多、能耗高、环保设施不健全等的局面，较严重的环境污染和高生产成本难以适应社会发展需求及市场竞争。在面临环保日趋严苛和企业发展难以为继的双重压力下，该厂提出了异地搬迁改造方案，通过对老厂进行转型改造，以实现铜冶炼老企业的产能升级与节能减排。该项目建设投资17.62亿元，其中环保投资占比达到总投资的29.83%，主工艺采用铜精矿配料—圆盘制粒—富氧顶吹熔池熔炼—智能数控吹炼—回转式阳极炉精炼—PC电解精炼流程，冶炼烟气制酸采用稀酸动力波洗涤器洗涤净化+二转二吸制酸+离子液脱硫工艺，生产电解铜200kt/a、硫酸760kt/a。目前该项目正在进行投料试生产，笔者对废水处理工艺及废水梯级回用措施进行探讨。

　　1、给排水系统概述

　　给排水系统承担着向生产车间各个环节供应不同类别的水的任务，同时还要对车间排出的废水进行收集、输送、处理和排放。该项目给水系统分为生产给水系统、生活给水系统、事故给水系统、循环冷却水供水系统、回用水供水系统、消防给水系统等7个部分，其总用水量为4.8282×105m3/d。其中新水用量9629m3/d，回用及循环水用量4.73191×105m3/d，工业用水循环率达到98.0%。

　　生产排水系统采用清污分流、雨污分流制，厂区内建设了1座1500m3/d初期雨水处理站和1座2600m3/d深度废水处理站。项目投产后产生的含重金属废水量约为1449m3/d，清洁废水量为2261m3/d，经处理后全部回用，无生产废水外排。

　　2、废水来源

　　按照排水的水质，可将厂区需要进行处理的废水分为生产废水、循环冷却系统排污水和场地初期雨水三部分。

　　2.1 生产废水

　　在铜冶炼生产过程中，矿石中的重金属会在冶炼过程中通过废水排放出来，这些重金属废水水质较为复杂，厂区内生产废水主要来自以下区域：

　　1)熔炼区域废水。

　　熔炼渣、转炉吹炼渣以及阳极板浇铸时需用工业水进行直接喷水冷却，因冷却水和熔体直接接触，因此该区域废水中含有炉渣的微粒和溶解的重金属Cu，Pb，Zn，As等。

　　2)电解区域废水。

　　经电解完成的阴极板表面沾有含CuSO4，H2SO4，H2O电解液，清洗阴极板可使部分铜离子进入废水系统，致使废水中含有Cu2+，H2SO4，Ni，As，Bi，Sb，Ag等物质。另电解槽定期清理过程中，用水将黏附于阳极和池壁的泥状物质冲洗掉，产生的废水中含有阳极泥及Cu，As，Bi，Pb，Sb等。

　　3)硫酸区域废水。

　　冶炼烟气制酸产生的污酸污水，占到全厂重金属废水的80%以上。制酸流程中烟气湿法降温洗涤时开路出来的稀酸，由于烟气中含有重金属烟尘，通过湿法洗涤后，由气相转入液相。该区域污水含酸量大、污染物种类多，主要成分为H2SO4，Cu，As，Pb，Zn等。

　　2.2 循环冷却系统排污水

　　铜冶炼过程中，根据工艺需求，需设置大量的循环水冷却系统，以保证设备、介质适宜的工作环境。循环水系统在循环过程中，由于温度、流速的变化以及工艺的需要，导致水分不断蒸发，无机盐离子和有机物逐渐浓缩。当循环冷却水系统中有害物质达到一定的浓度时，即需排污。厂区循环冷却水系统的排污水主要来自熔炼循环水、浇铸机循环水、电解及净液循环水、硫酸循环水、制氧循环水、动力区域循环水、渣缓冷循环水等9个独立的循环冷却水系统。

　　2.3 初期雨水

　　初期雨水的特点是水量大、成分简单、重金属含量低、pH值接近中性、处理成本低，中水回用适应面广。目前，尽管对主要重金属污染区域，比如，制酸、冶炼、收尘等区域的初期雨水进行了收集处理，但由于厂区物料运输及堆存、烟道清灰作业等生产活动，降雨期间厂区初期雨水仍然会出现重金属离子浓度超标的情况。

　　3、废水处理工艺探析

　　3.1 生产废水处理工艺

　　铜冶炼厂生产废水种类多、成分复杂，必须进行合理的废水分类和预处理。但是分水过细，则建筑物过多、排水管网过长、管理难度大;分水过粗，则污染因子可能相互干扰，增大废水回用难度。考虑到硫酸区域废水量大、成分复杂等特点，该项目设置2套生产废水处理系统，1套单独处理硫酸区域产生的酸性废水，另1套则处理其他区域的生产废水。

　　酸性废水采用“硫化—石膏—一次中和—氧化—二次中和”的工艺流程。硫酸净化工序中产生的酸性废水首先通过圆锥沉降槽进行沉降，脱除废水中的铅等杂质后进入硫化工序，通过加入Na2S进行脱铜和脱砷处理。其反应后液进入石膏处理站，通过加入石灰石浆液在搅拌的情况下进行充分反应，除去硫酸以及部分氟离子。经硫化和石膏工序处理后，反应后液进入中和工序。在中和工序中，加入以强化除砷效果，并按“一次中和—氧化—二次中和”三步进行。中和后液再通过浓密机沉降，上清液泵入脱钙工序处理后回用。其他区域的生产废水则直接采用“一次中和—氧化—二次中和”的工艺流程来进行处理。此方案既提高了系统整体的净水回收率，又降低了工程投资和运行费用，经济性能优异。

　　3.2 循环冷却系统排污水处理工艺

　　厂区循环排污水首先进入原水调节池，在此调节水量和水质，然后采用提升泵将废水提至斜板沉淀池。在斜板沉淀池前端设置絮凝剂和助凝剂反应池，废水与药剂进行化学反应后，泥水分离，上清液提升至多介质过滤系统，采用物理吸附原理去除水中大部分胶体。然后采用超滤/反渗透膜处理技术，通过超滤除去水中胶体、颗粒和分子量较高的物质，通过反渗透膜除去有机物、盐和微生物。为提高系统回收率，一级反渗透浓水进入纳滤系统，纳滤系统产出的浓水进入脱钙工序处理后回用，产出的淡水直接作为硫酸系统循环水的补充水。

　　针对铜冶炼厂循环排污水的复杂情况，该组合技术以化学处理为预处理、物理吸附为二级处理、超滤-反渗透-纳滤组合技术作为循环排污废水的深度处理。通过对多种废水处理技术的合理化联用，将循环排污水进行层层净化，为废水梯级回用创造了良好的前置条件。