提要：湘江流域是我國著名的有色金屬基地，流域水體重金屬污染嚴(yán)重，污染源主要集中于有色冶金、化工行業(yè)。“十一五”期間， “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”課題立足流域尺度重金屬污染防控體系構(gòu)建，主要突破了鋅冶煉行業(yè)、化工行業(yè)重金屬點(diǎn)源污染控制技術(shù)，綜合集成了內(nèi)源、面源控制與污染監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)，建成了鉛鋅冶煉廢水處理與回用等萬噸級規(guī)?；痉豆こ蹋瑯?gòu)建了湘江全流域動態(tài)水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系，制訂的流域重金屬污染綜合防治方案支撐了《湘江流域重金屬污染治理實(shí)施方案》的實(shí)施，推進(jìn)了我國受重金屬污染河流的綜合治理。水專項(xiàng)研究成果提升了湘江流域水污染防治技術(shù)水平，促進(jìn)了地區(qū)污染減排。課題（2008-2012年）實(shí)施期，湘江水質(zhì)得到逐步改善，干流省控?cái)嗝姊?/span>-Ⅲ類水質(zhì)所占比例保持在100%，Ⅱ類水質(zhì)斷面數(shù)逐步增加。

一、背景

湘江是長江的重要支流，近年來由于流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，流域重金屬污染問題十分突出，結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型污染特征非常顯著。水體中鉛、鋅、鎘、砷等重金屬超標(biāo)現(xiàn)象普遍，“十五”期間流域31個(gè)國控?cái)嗝骀k超標(biāo)25%，主要集中在衡陽松柏段、湘潭、株洲和長沙等地。流域內(nèi)重金屬污染事件時(shí)有發(fā)生，如2009年婁底雙峰縣的鉻污染事件、長沙瀏陽市的鎘污染事件等，對沿江城市飲用水源等造成了嚴(yán)重威脅。同時(shí)，流域內(nèi)含重金屬“三廢”排放導(dǎo)致土壤污染，食品安全隱患顯現(xiàn)。

水專項(xiàng)“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”課題系統(tǒng)開展了流域重金屬污染問題的系統(tǒng)診斷，經(jīng)過3年多的科研攻關(guān)，突破重金屬廢水處理等重大共性關(guān)鍵技術(shù)9項(xiàng)，研制的鉛、鎘、銅、鋅、錳等重金屬在線監(jiān)測儀器實(shí)現(xiàn)了在線實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)，并在長沙市等4個(gè)水質(zhì)自動站應(yīng)用，數(shù)據(jù)有效保證率在95%以上，確保了飲用水安全；開發(fā)的水環(huán)境重金屬污染仿真與管理決策系統(tǒng)提高了湖南省環(huán)境管理機(jī)構(gòu)的快速反應(yīng)能力、跨區(qū)域的協(xié)同管理能力和輔助決策能力等。2011和2012年，“國家重金屬污染防治工程技術(shù)研究中心”和“國家環(huán)境保護(hù)重金屬污染監(jiān)測重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”分別獲得環(huán)境保護(hù)部批準(zhǔn)。編制的《湘江流域重金屬污染綜合防治方案》支撐了2011年國務(wù)院“湘江流域重金屬污染治理實(shí)施方案”（發(fā)改環(huán)資[2011]664號）的發(fā)布。

二、主要成果與應(yīng)用

（一）突破了生物制劑等重大共性關(guān)鍵技術(shù)，支撐了工業(yè)區(qū)水體重金屬污染治理

1、鉛鋅廢水處理及鋅渣清潔生產(chǎn)減污關(guān)鍵技術(shù)

濕法工藝是目前世界各國鋅冶煉廣泛采用的工藝，其產(chǎn)量占總鋅產(chǎn)量的85%以上。株冶集團(tuán)是中國乃至亞洲最大的濕法煉鋅企業(yè)，最大的鋅及鋅合金生產(chǎn)、出口基地。株冶集團(tuán)重金屬廢水產(chǎn)生量巨大（10000立方米/天），鋅冶煉過程中伴生大量汞、鉛、鎘等其他重金屬存在。

針對傳統(tǒng)石灰法處理鋅冶煉廢水回用率低、難以達(dá)標(biāo)等難題，課題發(fā)明了細(xì)菌代謝產(chǎn)物功能擴(kuò)增的多基團(tuán)嫁接方法，強(qiáng)化了生物活性功能團(tuán)，研制了含有羥基和羧基等大量官能基團(tuán)的生物制劑，建成了1萬噸/年生物制劑中試生產(chǎn)線；開發(fā)了重金屬廢水“多基團(tuán)配合-水解-脫鈣-分離”深度凈化新工藝，在株冶集團(tuán)建成了規(guī)模為14400 立方米/天的重金屬冶煉廢水處理與回用示范工程。處理后，重金屬離子完全達(dá)到《鉛鋅工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB25466-2010），鈣離子脫除到50 毫克/升以下，有效解決了再生水回用結(jié)垢的難題，廢水回用率達(dá)到95%以上，大幅度削減了企業(yè)用水量，年節(jié)約水費(fèi)600多萬元，年削減重金屬排放量80%以上。

針對常壓富氧“逆流浸出”工藝中鋅渣回收、鐵沉淀和污酸排放等問題，創(chuàng)新研發(fā)了“順流浸出”工藝，突破了冶煉過程銦回收、濕法除氯及除氯渣、沉鐵渣和硫渣資源化等關(guān)鍵技術(shù)，在株冶集團(tuán)率先建成了10萬噸/年常壓富氧直接浸鋅減污技術(shù)示范工程，實(shí)現(xiàn)年處理鋅冶煉浸出渣16.1萬噸，鋅渣浸出率提高了20%；冶煉過程中的鋅、銀等金屬綜合回收率提高了15%左右，其中年回收鋅3萬噸左右，銀10余噸，新增產(chǎn)值3.5億元左右。與原工藝相比，新工藝淘汰了傳統(tǒng)的揮發(fā)窯處理浸出渣工藝、焙燒和制酸系統(tǒng)設(shè)備，每年減少含汞、砷的污酸排放18萬立方米，水耗降低163萬立方米，實(shí)現(xiàn)有色冶煉過程清潔生產(chǎn)及廢渣的綜合利用，為企業(yè)節(jié)能減排提供了重要科技支撐。

2013年11月，習(xí)近平主席赴中南大學(xué)國家重金屬污染防治工程技術(shù)研究中心，觀看了重金屬廢水生物制劑深度凈化和回用系統(tǒng)演示，了解運(yùn)用生物技術(shù)手段治理重金屬污染情況，對課題研究團(tuán)隊(duì)刻苦攻關(guān)、勇于創(chuàng)新的精神給予肯定。

2、鈦白粉含重金屬酸性廢水處理關(guān)鍵技術(shù)

我國是鈦白粉生產(chǎn)大國，鈦白粉總產(chǎn)量居世界第二位，且我國采用的鈦白粉生產(chǎn)工藝皆為硫酸法，由此產(chǎn)生的廢水重金屬污染問題突出。湘江流域株化集團(tuán)年排放污水高達(dá)1500萬噸，高濃度酸性廢水直排湘江，總砷等重金屬的最高時(shí)分別超標(biāo)14倍和20倍，是造成霞灣港水體污染的主要原因之一。

針對傳統(tǒng)硫酸法處理鈦白粉酸性廢水普遍存在的設(shè)備結(jié)垢和運(yùn)行不穩(wěn)定問題，課題研發(fā)了“分步中和氧化、混凝共沉脫鈣”鈦白粉酸性廢水深度處理與回用新技術(shù)，突破了酸性含鐵廢水深度除鐵和堿性高鈣廢水曝氣混凝沉淀除鈣兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)為我國鈦白粉行業(yè)酸性含鐵廢水治理提供了一套高效低成本解決方案。在中鹽湖南株洲化工集團(tuán)有限公司建成日處理14400 噸的鈦白粉廠酸性廢水深度處理與回用示范工程。廢水噸處理成本降低20%以上，回用率達(dá)到50%以上，年減排廢水300萬噸，企業(yè)年增效1500萬元，為清水塘水體色度達(dá)標(biāo)做出了重要貢獻(xiàn)。同時(shí)，該新技術(shù)還在廣西北海高嶺科技有限公司“60萬噸/年高嶺土選礦酸性廢水處理工程”和廣東茂名高嶺科技有限公司“7200噸/天高嶺土選礦酸性廢水處理與回用工程”中推廣應(yīng)用。

3、復(fù)合重金屬廢水電化學(xué)處理關(guān)鍵技術(shù)

針對鉛鋅冶煉廢水、鈹冶煉廢水和堆渣場滲濾液的水質(zhì)特點(diǎn)，研發(fā)了以電化學(xué)為核心的復(fù)合重金屬污染廢水處理技術(shù)。突破了防鈍化復(fù)合重金屬電絮凝裝置、電還原-膜組合工藝研制、微波化學(xué)技術(shù)、以及高效敏化劑的制備等關(guān)鍵技術(shù)。研發(fā)了新型中和劑、新型離子去除劑、阻垢緩蝕劑、高效敏化劑等輔助制劑。上述關(guān)鍵技術(shù)和輔助試劑在水口山四廠綜合廢水處理（4200 立方米/天）和松柏渣場滲濾液處理示范工程中示范應(yīng)用，出水鉛、鎘、砷等重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB9878-1996）的第一類污染物最高允許排放濃度，水口山第四冶煉廠可實(shí)現(xiàn)年減排鉛、鋅、銅、鎘、砷、汞總量達(dá)200余噸，減排效果明顯。

上述水專項(xiàng)技術(shù)成果在湘江應(yīng)用后，對流域水環(huán)境的改善起到了重要的支撐作用。“十一五”期間，株洲市工業(yè)廢水污染物排放量均大幅下降，其中鉛、汞、砷、鎘分別下降95%、94%、58%和48%。“十一五”期間，衡陽市國控重點(diǎn)源重金屬污染物鋅、鎘、砷、鉛和汞中總鉛和總汞呈下降趨勢，工業(yè)廢水達(dá)標(biāo)率從2007年的32.93%增加到2010年的48.15%。清水塘工業(yè)區(qū)入江廢水的色度在2008年前常年處于200稀釋倍數(shù)以上，2011年下降至平均50倍以下。清水塘工業(yè)區(qū)入江廢水中重金屬濃度呈持續(xù)降低趨勢，且隨廢水減排而大幅度減少；2011年湘江霞灣港至馬家河的水質(zhì)監(jiān)測未出現(xiàn)過重金屬超標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了入江廢水中重金屬減排、廢水色度污染消除和湘江霞灣港至馬家河段水質(zhì)明顯改善的目標(biāo)。

（二）開發(fā)了河道重金屬底泥清淤和生態(tài)修復(fù)技術(shù)，支撐了霞灣港清淤重大治理工程。

自20世紀(jì)50年代以來，清水塘工業(yè)區(qū)內(nèi)的工業(yè)廢水主要通過霞灣港排入湘江，成為湖南最大的工業(yè)排污口。由于超標(biāo)排放等原因，歷經(jīng)長年累積沉淀，霞灣港僅含重金屬的底泥就有5萬多立方米，霞灣港底泥中汞、鎘、鉛、砷等重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，列為湖南“一江四港”環(huán)境綜合治理的重要水域。

課題從河道、底泥和重金屬三方面建立了多層次、多目標(biāo)的霞灣港底泥疏浚評價(jià)指標(biāo)體系與生態(tài)修復(fù)總體方案。提出了用于處理清淤事故排放的高濃度重金屬河水的可滲透吸附反應(yīng)墻，制定了霞灣港重金屬污染底泥環(huán)保清淤技術(shù)方案，并開展了霞灣港重金屬污染治理工程。底泥清淤與河道生態(tài)修復(fù)貫穿整個(gè)霞灣港，清淤長度4.3公里，清淤面積為2.1萬平方米，兩期工程清淤底泥總量達(dá)5萬立方米。其應(yīng)用的核心技術(shù)“水泥+粉煤灰+DTCR固化/穩(wěn)定化”處理重金屬重度污染底泥技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的重金屬污染底泥的處理處置方法，水泥用量僅相當(dāng)于傳統(tǒng)水泥固化的40%，底泥固化體重金屬浸出率低，可達(dá)到生活垃圾填埋場污染控制標(biāo)準(zhǔn)（GB 16889-2008），處理成本僅相當(dāng)于傳統(tǒng)方法的50%。該技術(shù)已推廣到株洲市大湖重金屬污染治理工程中，為國內(nèi)重金屬污染底泥的治理提供了實(shí)用技術(shù)和應(yīng)用借鑒。

因湘江流域是我國重要的糧食生產(chǎn)基地之一，受重金屬污染影響，農(nóng)產(chǎn)品安全形勢十分嚴(yán)峻。水專項(xiàng)采用鉛同位素示蹤技術(shù)、內(nèi)梅羅綜合污染評價(jià)技術(shù)等進(jìn)行評價(jià)，調(diào)查和探明了湘江流域土壤重金屬污染狀況。研究結(jié)果表明：湘江流域受重金屬污染土壤總面積為723萬畝，占流域總面積的5％，其中超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)二級總面積為400萬畝，超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)三級總面積為323萬畝。污染土壤中耕地面積為328萬畝，占流域耕地面積的12.5％。污染土壤中，鎘最大超標(biāo)390倍，砷最大超標(biāo)275倍，鉛最大超標(biāo)50倍，汞最大超標(biāo)43倍，鉻最大超標(biāo)6倍。

針對土壤重金屬面源污染，研發(fā)建立了“農(nóng)藝-鈍化-改制”綜合治理技術(shù)體系，篩選出17種對重金屬具有較強(qiáng)富集能力的植物品種（苧麻、構(gòu)樹、水稻等），并應(yīng)用于尾礦堆集地生態(tài)恢復(fù)。在株洲馬家河鎮(zhèn)中路村建成3公頃的示范工程，面源重金屬流失輸出平均降低54.7%，該技術(shù)具有一定的推廣應(yīng)用前景。

（三）建設(shè)了多種重金屬一體在線聯(lián)合檢測與仿真數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)流域重金屬過程監(jiān)測和監(jiān)控

針對現(xiàn)有重金屬在線檢測儀集成度不高、穩(wěn)定性差等問題，研制了鉛、鎘、銅、鋅、錳五位一體在線聯(lián)合檢測儀和砷、鉻、汞在線分析儀，數(shù)據(jù)有效率保證在95%以上，實(shí)現(xiàn)對五種重金屬的快速（5-10 分）、靈敏（檢出限最低可達(dá)1.0×10-9 摩爾/升）和低擾聯(lián)測。在湘江流域長沙市二水廠、馬家河、朱亭和草市鎮(zhèn)4個(gè)水質(zhì)自動監(jiān)測站應(yīng)用，對湘江水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障了飲用水的安全。依托湖南力合科技發(fā)展有限公司建成了重金屬在線監(jiān)測儀器中試平臺和標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)線，形成了年產(chǎn)200臺（套）以上的生產(chǎn)能力，銷售收入達(dá)2500余萬元，利潤額超過560萬元，經(jīng)濟(jì)效益明顯。研發(fā)的儀器已廣泛應(yīng)用于水質(zhì)、環(huán)保、電鍍，冶煉等領(lǐng)域，并在廣西龍江鎘污染、高州水庫、紫金礦業(yè)等重金屬污染事故中的現(xiàn)場和預(yù)警監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用。

為實(shí)時(shí)掌握流域水質(zhì)狀況，從而為水質(zhì)改善措施提供可靠的參考，開發(fā)了融合GIS技術(shù)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的水環(huán)境重金屬污染仿真與管理決策系統(tǒng)；在株洲楓溪港至湘潭易俗河水廠湘江主干流、總長20公里范圍內(nèi)建立“湘江水環(huán)境重金屬污染仿真與管理決策系統(tǒng)”平臺。該系統(tǒng)具有水質(zhì)查詢、水質(zhì)預(yù)測、水質(zhì)變化定量分析等功能。平臺的建設(shè)提高了湖南省湘江流域水環(huán)境的監(jiān)管、流域水環(huán)境突發(fā)事件的快速反應(yīng)、跨行政區(qū)域的協(xié)同管理、信息發(fā)布和輔助決策等管理能力。

三、關(guān)于加強(qiáng)鉛鋅冶煉行業(yè)重金屬污染控制的建議

（一）調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高產(chǎn)業(yè)準(zhǔn)入門檻

嚴(yán)格執(zhí)行國家產(chǎn)業(yè)政策和相關(guān)產(chǎn)業(yè)調(diào)整振興規(guī)劃，堅(jiān)決取締關(guān)停重污染企業(yè)。抓緊完善產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄，依法加大對不符合產(chǎn)業(yè)政策、污染嚴(yán)重的落后生產(chǎn)工藝、技術(shù)和設(shè)備的淘汰力度。大力推進(jìn)企業(yè)清潔生產(chǎn)，尤其是重金屬排放量巨大的企業(yè)，如湘江流域的株洲冶煉集團(tuán)股份有限公司、中鹽株化集團(tuán)公司、水口山有色金屬集團(tuán)有限公司等。依法實(shí)施強(qiáng)制性清潔生產(chǎn)審核，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。國家和地方污染治理資金應(yīng)優(yōu)先支持重金屬企業(yè)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，推進(jìn)資源綜合利用。

（二）強(qiáng)化重金屬污染全過程控制，推進(jìn)流域綜合防治

針對我國典型的重金屬污染問題，從主要重金屬礦產(chǎn)開發(fā)過程中的“采礦-選礦-冶煉-堆渣-渣液排放”的系統(tǒng)出發(fā)，分析主要金屬礦產(chǎn)開發(fā)流程中各環(huán)節(jié)重金屬污染產(chǎn)生、排放的物質(zhì)流和經(jīng)濟(jì)技術(shù)參數(shù)，綜合提出重金屬污染源過程控制的系統(tǒng)控制目標(biāo)，以及各過程的控制環(huán)節(jié)、手段和控制參數(shù)。從清潔生產(chǎn)、點(diǎn)源、面源、內(nèi)源污染控制等方面建立全流域的重金屬污染控制技術(shù)體系。

（三）制定重金屬污染河流生態(tài)修復(fù)戰(zhàn)略，共建生態(tài)文明

從河流空間特征再造技術(shù)、生態(tài)化堤岸構(gòu)建技術(shù)、人工濕地構(gòu)架技術(shù)三個(gè)方面全面開啟重金屬污染河流生態(tài)修復(fù)戰(zhàn)略，主要突破河漫灘及橫斷面的改造技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)和人工濕地構(gòu)建技術(shù)三項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)。通過重金屬污染河流生態(tài)修復(fù)戰(zhàn)略，修復(fù)受重金屬污染流域的水環(huán)境，恢復(fù)原有流域生物種類和原有生態(tài)位，使自然種群數(shù)量逐步增加恢復(fù)流域水環(huán)境生物多樣性，使生態(tài)系統(tǒng)功能發(fā)揮最大作用，進(jìn)而使河流的涵養(yǎng)水源、防洪、泄洪的等功能得到改善