溶液池膜下水与气体的抽排处理方案分析

黎良涛

摘要：缅甸蒙育瓦莱比塘铜矿项目是目前亚洲最大的湿法炼铜项目，项目地处亚热带湿热地区，在每年的5-9月份雨水丰沛，地下水汽量暴增，大量的地下水及溢出的气体极易使得溶液池的HDPE防渗膜被顶起并出现膜鼓包的现象，对防渗膜的损伤极大。每当出现这种情况，建设单位都是将溶液池里多达百万立方米的溶液排完后进行处理，投入了大量的物力财力。在这样的背景下，我们结合现场条件并总结经验，设计了溶液池膜下水与气体的抽排处理方案来解决防渗膜被地下水或气体顶起问题，极大地减少了工程量并缩短了处理时间，同时投入较少，不失为绿色环保的解决方案。

关键词：溶液池;膜鼓包;地下水汽;抽排处理

溶液池防渗膜鼓包问题，如果长期得不到解决，将会导致膜在高压下拉升，膜将会越来越薄，最后直接破裂。因此，膜鼓包问题应尽早处理，避免膜被破坏，一旦膜破裂就会导致溶液泄漏造成环境污染，处理起来更加麻烦，需要抽干整个溶液池的溶液才能修补。本文对溶液池防渗膜出现鼓包原因及解决方案进行分析，以供参考。

1    溶液池防渗膜出现鼓包现象的原因及危害

缅甸蒙育瓦莱比塘铜矿项目溶液池防渗膜出现鼓包现象的主要原因是不同季节的环境变化导致地下累积的气体逸出及雨季地下水量暴增溢出地面，当溶液池防渗膜下的气体及地下水累积达到一定的数量时，防渗膜就会逐渐被顶起甚至冒出溶液池液面形成防渗膜鼓包，随着水与气体的增加鼓包会逐渐增大。有时是雨季水量过大将膜冲坏局部进水，这样也会导致膜下积水鼓包。

2    溶液池防渗膜出现鼓包现象传统的处理方案及处理的难点

2.1 溶液池防渗膜出现鼓包现象传统的处理方案

针对溶液池防渗膜出现鼓包现象，建设单位采取的方法是通过大型不锈钢化工离心泵将溶液池的溶液排尽，然后在防渗膜上剖开一道口子将里面的气体排出，同时将小型的不锈钢潜水泵放到防渗膜下抽排膜下的液体，当防渗膜下的液体及空气排尽后，再将HDPE防渗膜焊接修复。

2.2 传统处理方案的实施难点

这种处理膜鼓包的方法需要消耗大量的时间，同时要投入大量机械设备和电气设备，这种大型的湿法炼铜项目，溶液池数量多且单个溶液池的容积大，其有效容积从几十万立方米至几百万立方米不等，因溶液中主要溶质为高浓度的硫酸铜及稀硫酸，腐蚀性强，抽排溶液的主要设备只能采用大型不锈钢化工离心泵，泵额定流量一般为500 m?/h左右，需要多台泵同时工作以加快抽排溶液的速度，当溶液池的液位下降到0.5 m以下时，由于液位太低，泵的吸液管进水口处容易造成漩涡，漩涡将空气带入管道破坏了吸液管的真空度，溶液无法吸入泵的转轮腔室，此时大型的化工离心泵已经不能抽排溶液。因此当溶液池的液位下降到0.5 m以下后，必须采用不锈钢潜水泵继续抽排溶液，不锈钢潜水泵的额定流量远小于化工离心泵，为了加快抽排溶液的进度，采用多台不锈钢潜水泵同时工作，同时因为溶液腐蚀性强，不锈钢潜水泵长期浸泡在溶液中，溶液会腐蚀某些部件后渗入到电机中使得潜水泵报废。整个溶液抽排过程一般长达一个多月，在这期间该溶液池一直处于停产状态，对业主的整个生产链造成了较大影响，同时在整个溶液抽排过程中，需要投入大量的安装工作，包含变压器、相关的控制柜、配电柜等电气设备安装，大量的高压电缆、动力电缆及其他电线电缆敷设，工程量大且成本高，因此，找到一种既能够不影响工艺生产，又能够缩短处理时间的方案，对溶液池防渗膜出现鼓包现象的处理具有重要意义。

3    建设单位设计溶液池防渗膜出现鼓包现象的处理方案

建设单位针对溶液池防渗膜出现鼓包现象的处理方法是先将池内溶液排干，然后将鼓包部位剖开一个缺口进行抽排膜下水与气体，这种方案消耗大量资源，处理周期长且对生产造成一定影响。如果能采取一种简洁有效的方案，在不抽排池内溶液的前提下也能将膜下的气体与水排出，使防渗膜的鼓包部位能够快速消除，将对缅甸蒙育瓦莱比塘铜矿项目预防与处理防渗膜鼓包问题具有十分重要的意义。最后，通过查阅相关资料并结合现场的实际条件，设计了两种溶液池防渗膜出现鼓包现象的处理方案。

3.1 小型真空泵、离心泵组合处理方法

方案一：当溶液池底的HDPE防渗膜形成鼓包被顶出液面时，可采用小型真空泵、离心泵组合抽排的方法[1]。选择溶液池围堤上距离鼓包最近的位置，将柔韧性较好的DN50 HDPE管沿着溶液池边坡从膜下深入到鼓包的下方，DN50 HDPE管的另一端连接到离心泵，离心泵出口用DN50 HDPE管接到溶液池，用橡胶软管将真空泵连接到离心泵出口的三通上实现两台泵的组合[2]，具体见图1所示结构原理图。

该方案中，离心泵型号为50BZ-35、电机功率为4 kw、额定流量为14 m?/h、额定电压为380 V、整泵的价格在4 000元左右;真空泵的型号为2X-30、吸气率为30 L/S、电机功率为3 kw、额定电压为380 V、整泵的价格在4 000元左右。在野外无可用的永久电源情况下，可配置一台10 KW三相柴油发电机即可满足使用。组合泵工作时，先关闭图1中B阀门并打开A阀门，开启真空泵，通过真空泵将离心泵转轮室及进液管里面的空气抽完，使防渗膜鼓包里面的水在负压的情况下进入离心泵转轮室，当50软管看到液体抽出时，立即关闭A阀门并迅速关闭真空泵，然后开启离心泵并打开阀门B实现膜下水的抽排。当膜下水抽排完毕时，膜下剩下的全部为空气，离心泵无法继续工作，这时关闭离心泵及阀门B，然后打开阀门A并开启真空泵，利用真空泵将膜下的空气继续排出。当空气排出部分后，可能随膜下气压变小，其他部位的膜下水又排放过来，这时当看到连接真空泵的橡胶软管有水抽出时，再次关闭真空泵并开启离心泵抽水，如此往复地利用组合泵，将HDPE膜鼓包部位的空气及水全部排出。

方案一的优缺点：该方案的优点在于使用的设备功率小，工作时最高负荷只有4 kw，并且所有设备质量较轻和安装方便，在野外运输车辆无法到达的位置也能用人工方便快捷地搬运设备进行安裝，抽排作业易于实现。另外此方案使用的设备小，工程造价低，方案实施时不用先将池内溶液排完，节约了大量的工期。该方案的缺点在于，因溶液池及防渗膜的结构特点，只能采用小功率的组合泵，抽排膜下水与空气的排量不会很大，鼓包位置的消除效果不会立竿见影，只能慢慢消除，往往一个100 m2左右的鼓包需要7～10 d才能消除。

3.2 小型自吸罐[3]与离心泵组合处理方法

方案二：由于各个溶液池均出现过不同程度的HDPE防渗膜鼓包现象，在新建溶液池时，需要采取有效的手段进行预防，通过总结处理各个溶液池防渗膜鼓包的经验，分析研究制定了小型自吸罐与离心泵组合处理方法。在修建溶液池时，在池底修建一个小型的积液坑，池底设置坡降且积液坑处于最低位置，在池底表面（防渗膜下）分布树状的DN110带钻孔波纹管，通过带钻孔的波纹管将防渗膜下的水、空气导入积液坑，积液坑内安装有一根DN400的PE管沿着坡面上升到池顶。在溶液池外安装一套由自吸罐和离心泵组合的抽水系统。具体见图2所示结构原理图。

该方案中，离心泵型号为50BZ-35、电机功率为4 kw、额定流量为14 m?/h、额定电压为380 V、整泵的价格在4 000元左右;自吸罐的直径约1.2 m、高度约1.5 m，用现场5 mm厚的钢板制成，在池底的积液坑内设置有一个浮球液位计，自吸罐上安装两个电磁阀A、D和两个手动阀B、C，可实现自动抽排膜下水。该抽排系统第一次工作时，先打开阀门B、C，通过阀门C将自吸罐注满水，注水完毕后，关闭阀门B，同时将抽水系统的电源接上。当池底积液坑的液位上升使浮球液位计浮起时，浮球液位计动作，使电源配电箱内的电磁继电器吸合，电磁阀A、D打开且离心泵通电运行实现抽排膜下水，当膜下液位降低时浮球液位计悬空，浮球液位计动作，使电源配电箱内的电磁继电器断开，水泵停止并电磁阀A、D关闭，抽水结束。地坑泵当液位再次升起使浮球液位计浮起时，水泵又将启动抽水，这样一来实现了膜下水的自动抽排。

方案二的优缺点：该方案的优点在于实现了膜下水的自动监测与抽排，只投入小水泵及自吸罐，综合造价低，能可靠地预防溶液池地下水与空气造成膜鼓包。但是该方案只能用于新建溶液池、必须在溶液池建设时安装好池底表面的导排水管道及修筑好积液池等工作，前期修好并投入运行中的溶液池因没有该导排系统而无法使用本方案抽排膜下水及空气，另外由于浮球液位计的电气元件因水位变化经常动作，极易疲劳损坏，一旦误动作，可能使得水泵不停地运转，在空载运转时可能会烧坏机封或叶轮，若浮球液位计损坏误动作使水泵一直停泵时，池底膜下水位上升，可能会将防渗膜顶起出现鼓包，为此需要定期对该抽水系统进行检查，每隔一段时间更换新的浮球液位计，以保证系统的正常运行。

4    方案的验证

采用这两种方式能够抽排和预防溶液池膜下水及膜下气体来解决膜鼓包问题，确保整个溶液生产线能够在不停产的情况下进行无损害的处理。2019年使用方案一对缅甸莱比塘铜矿2#暴雨池的膜鼓包问题进行了处理，避免了池内接近60万方溶液的抽排，为业主节约了大笔费用，并保证了处理期间对生产无影响，处理过程只用了两周。2020年又采取方案一对3#堆浸场中间液池的膜鼓包问题进行了处理，只用了一周时间，同样节约了大笔费用且不影响生产。方案二主要应用于堆浸场新增3-2中间液池，经过两年左右时间的运行，该系统仍在十分可靠地运行，避免了地下水及空气造成防渗膜鼓包现象，同时新建1-3中间液池也将安装方案二的预防系统，池子建成后防渗膜也将受到该方案的保护。这两套方案在缅甸莱比塘铜矿项目的成功经验，可以用于化工、冶金、污水处理、造纸等多个行业的类似问题处理，该方案能在不影响工业生产的情况下实施，大大节约处理成本，节省处理时间。

参考文献

[1] 徐善春.真空罐的设计与应用[J].粮油装备与自备控制，2014（11）：21.

[2] 岳斌彬.内浮顶储罐的密封改造與节能应用[J].炼油与化工，2019，30（5）：48-49.

[3] 上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2004：56.