CN102674559A - 利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法，将密闭的反应区分成若干级处理单元，各处理单元投加有机质与碳酸盐岩，各级处理单元的有机质与碳酸盐岩混合比例不同，前端有机质所占比例较大，沿反应池方向有机质所占比例逐步降低，最后一级全部为碳酸盐岩，各级处理单元逐级呈梯级排列，前高后低；各单元进、出水口满足上进下出或下进上出、水流稳定。本方法效果好、投资低、废水处理成本低。

Description

利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体来说涉及一种利用有机质及碳酸盐岩混合填料去除矿山酸性废水中的Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺等(重)金属离子，提高废水pH的方法。

背景技术

煤炭作为最重要的能源之一，伴随着煤的大量开采，产生了一系列的环境问题。其中，酸性煤矿废水(AMD)就是一个突出的环境问题，AMD具有低pH值、高矿化度和腐蚀性强的特点，并携带有大量重金属元素和有害化学物质，导致当地水、土环境和生态系统受到严重的破坏。大量废弃的小煤窑(矿)数量多、分布广，而且矿山排水通常流量较小、pH值较低(2～3左右)、AMD污染时间长，处理难度大，对环境和人类影响严重。

目前，处理AMD的方法主要有中和法、硫化物沉淀法、人工湿地法等。中和法作为一种简便可靠的方法被广泛应用于AMD处理中，但消耗的中和试剂量大，会产生大量的污泥，易对环境造成二次污染；硫化物沉淀法去除效果好，但是pH值难以控制，硫化物沉淀剂较贵，处理成本高；人工湿地法在一些发达国家被广泛用来处理酸性矿坑排水，该法投资少、运行费用低，管理方便，但占地面积大，受环境因素的影响明显，当酸度较高时，改良湿地法处理AMD有一定的局限性。为此人们对矿山酸性废水的处理方法在不断改进和探索中，中国专利公开号CN1618742  于2005年05月25日，公开了一种“有色金属矿山酸性废水源头治理的方法”，其利用有色金属矿山选矿过程中产生的废物以废治废，但此种方法针对有色金属矿山，有一定的局限性；中国专利公开号CN1508079于2004年06月30日，公开了一种“防止矿山产生酸性废水的方法”，利用石灰乳对矿山四周进行饱和喷淋，在其表面铺设防水材料，该方法能从源头上治理矿山废水，但实施困难，存在一定的风险性；中国专利公开号CN1418831于2003年05月21日，公开了“一种处理有色金属酸性废水的方法”，其方法为一段石灰中和加二段聚合硫酸铁沉淀处理有色金属酸性废水，此方法污泥量较大，易产生二次污染。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺点而提供的一种效果好、投资低、废水处理成本低，利用有机质与碳酸盐岩混和填料处理矿山酸性废水的方法。

本发明技术方案如下：

一种利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法，将密闭的反应区分成若干级处理单元，各处理单元投加有机质与碳酸盐岩，各级处理单元的有机质与碳酸盐岩混合比例不同，前端有机质所占比例较大，沿反应池方向有机质所占比例逐步降低，最后一级全部为碳酸盐岩，各级处理单元逐级呈梯级排列，前高后低；各单元进、出水口满足上进下出或下进上出、水流稳定。

所述的方法，包括四级处理单元，第一级至第四级石灰石与有机质体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1、4∶0；有机质为矿山附近易得的有机质，可以是动物粪便，秸秆，也可以是城市生活污水处理厂的剩余活性污泥等不同来源但有机质含量高的废弃有机物，碳酸盐岩粒径在20～40mm。

所述的方法，每个处理单元底部设反洗水管，当反应产物被截留在填料区域形成堵塞，由反洗水管进水，对填料区进行反洗，排出沉淀。

本发明的一种利用有机质及碳酸盐岩混合填料去除矿山酸性废水中的Fe²⁺、Mn²⁺、Zn²⁺等(重)金属离子，提高废水pH的方法，包括废水从进水口进入、经反应区处理后，水从排水口排出，污泥大部随废水排出，少部沉积在反应池内，定期由大流量废水反洗排出，其中：利用硫酸盐还原菌在无氧环境中可将SO₄ ^2-还原为S^2-的原理，使矿山酸性废水通过由有机质和碳酸盐岩组成的填料区，有机质提供还原菌生长所需的物质基础，碳酸盐岩不断对废水进行pH调节，使反应区内的水环境满足还原菌的生长要求，促进其快速增长繁殖。生成的S^2-不断和水中的Fe²⁺等金属离子反应，生成FeS等沉淀物质，实现去除废水中的Fe²⁺的目的。而锌等金属离子的高效去除，在一些类似相关研究中，锌的赋存状态应用PHREEQC模型指示主要是形成锌的碳酸盐。另外铁的氢氧化物和有机混合物也会对锌产生吸附作用，从而使锌能够大量去除。最后一级全部由碳酸盐岩组成，主要是对出水的pH进行调整，使其满足出水pH6～9的要求，避免已形成的沉淀物重新溶回水中，减少出水的COD含量。

本发明与现有技术相比，利用了硫酸盐还原菌在厌氧环境中可将SO₄ ^2-还原为S^2-这一特点，通过有机质及碳酸盐岩混和填料创造适于硫酸盐还原菌的生长环境(可以通过是否出现硫化氢气味来判断是否出现厌氧反应，由于有了硫化氢气味，则判定反应器内出现硫酸盐还原菌。)，使其将SO₄ ^2-大量转化为S^2-，从而获得去除Fe²⁺等金属离子所需的S^2-，实现FeS等金属离子的沉淀去除。填料中的有机质前多后少主要在于前段需要对来水中的氧进行去除，避免对后续的厌氧环境产生破坏；后段接近出水，填料中有机质比例降低，可以减少有机酸的大量产生和出水COD含量过高，减少碳酸盐岩的损耗及对环境的二次污染。

本方法出水碱度较高，pH均值可达到6以上；对铁的去除效果很好，进水浓度在100mg/L左右时，铁去除率可达90％以上；当进水中Zn²⁺浓度为10mg/L时，锌的去除率达95％以上；此外，该方法对去除酸性煤矿废水中的铜、镉等污染物也有良好效果。由于碳酸盐岩廉价易得，基建费用低，因而能够很大程度上降低废水的处理成本；综上所述，本方法酸中和能力强、投资低、生产周期长、运行费用低，管理方便，去除铁、铜、铅、锌、镉等污染物质的效果良好，能有效改善矿区的生态环境现状，在碳酸盐岩地区有很好的应用前景。

附图说明

图1为运用本发明的隔板式反应池的结构示意图。

1进水；2出水；3反洗水；4隔板式反应池(处理单元)；5填料；6水面。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参见图1，一种利用有机质及碳酸盐岩(采用的碳酸盐岩粒径约在20～40mm左右，粒径主要与石、水接触面积和堵塞有关，如果pH过低，易于产生沉淀则可采用更大粒径颗粒)混合填料去除矿山酸性废水中的Fe²⁺，Zn²⁺等重金属离子，调整废水pH的方法，以四级隔板式反应池(即处理单元)为例，第一级至第四级石灰石与有机质体积比分别为1∶3，2∶2，3∶1，4∶0；有机质为矿山附近易得的有机质，可以是动物粪便，秸秆，也可以是城市生活污水处理厂的剩余活性污泥等不同来源但有机质含量高的废弃有机物。每个处理单元底部设反洗水管，当反应产物被截留在填料区域形成堵塞，由反洗水管进水，对填料区进行反洗，排出沉淀。利用此方法进行10个实施例的处理，结果见下表1，10个实施例中的进水水质基本相同。

表1

若废水pH较低，若pH低于4.0，则在第一级之前设置一个碳酸盐岩反应池，通过碳酸盐岩反应池后的废水pH提高至4.0以后进入本系统进行处理。

可见，沿反应池方向，四级反应池的有机质在混和填料中的比例是逐步降低的，最后一级全部为碳酸盐岩。由于面对的水质不同，如果水质情况较好，所需级数就较少，而水质较差时，采用的级数就比较多。级数多时，中间的配比就会由高到低形成很多级配。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法，其特征在于，  将密闭的反应区分成若干级处理单元，各处理单元投加有机质与碳酸盐岩，各级处理单元的有机质与碳酸盐岩混合比例不同，前端有机质所占比例较大，沿反应池方向有机质所占比例逐步降低，最后一级全部为碳酸盐岩，各级处理单元逐级呈梯级排列，前高后低；各单元进、出水口满足上进下出或下进上出、水流稳定。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括四级处理单元，第一级至第四级石灰石与有机质体积比分别为1∶3、2∶2、3∶1、4∶0；有机质为矿山附近易得的有机质，可以是动物粪便，秸秆，也可以是城市生活污水处理厂的剩余活性污泥等不同来源但有机质含量高的废弃有机物，碳酸盐岩粒径在20～40mm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个处理单元底部设反洗水管，当反应产物被截留在填料区域形成堵塞，由反洗水管进水，对填料区进行反洗，排出沉淀。