CN102701545B - 一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺，它包括至少三级拦截坝，拦截坝呈自然落差的梯形状分布，对酸性矿山废水进行初级处理、中和处理、还原处理和去杂处理。本发明的有益效果是：利用自然落差在天然沟渠上建立梯级拦截坝，同时利用梯级坝的阻隔、微生物的物理、化学反应以及植物根系的过滤、吸附等作用，是一种后续辅助及深度处理方法，增加了处理效果、简化了现有方法的复杂程度和处理难度，并降低成本且提高水质，进一步降低了重金属含量及酸性，减少矿山废水对水源地及生态环境的破坏。

Description

一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺

技术领域

本发明涉及一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺，属于污水处理技术领域。 

背景技术

在我国西南地区含有大量的金属矿产和煤矿资源，而大部分金属矿山以金属硫化物的形式存在。现开采的以及废弃金属矿山或煤矿中的硫化物在空气中氧和微生物的作用下，经 

过程后形成硫酸盐化合物而溶解于水中。如此，不仅增加了水中重金属离子的浓度，提高水体的酸性(即降低水体的pH值)。 

目前国内外关于矿山酸性废水的治理方法主要有物理法(吸附法)、化学法(絮凝法、沉淀法、螯合剂法)、膜处理法及人工湿地法等，各种处理技术得到一定的应用，但也因各自的缺点和局限性而难以得到推广，主要体现在： 

吸附法：该方法是利用某些具有微孔结构的物质(主要为活性炭等)的吸附性能对重金属离子的吸引而去除重金属离子以达到净化废水的目的。活性炭对污染物的吸附能力是有限度的，饱和的活性炭不经处理而废弃必然引发资源浪费及环境污染等问题，同时，现在使用的吸附剂种类很多，最常见的是活性炭，但活性炭吸附速率较慢，且吸附容量较小，故不适于处理污染物浓度较高的废水，另外活性炭再生程序复杂，也限制了它的使用范围。 

中和法：该方法是利用酸碱中和沉淀的原理，根据大部分重金属氢氧化物不溶于水或微溶于水，通过向酸性矿井水中加入一定量的碱性物质使重金属离 子形成氢氧化物沉淀，以达到去除废水中重金属离子和提高废水pH的一种方法。但由于处理产生的废渣量大、不易处理及可能会引发二次污染等问题。 

微电解絮凝法：该方法以Fe-C填料为主，利用铁屑在废水中产生的电化学腐蚀作用，是电化学氧化还原、电化学对絮体的电富集作用、电化学作用产生的凝聚、新生絮体的吸附和床层过滤等作用的综合效应，其主要缺点体现在：①、电解塔底的铁屑易板结，这导致Fe-C电子转移困难，而使铁屑上H⁺→H₂包裹着铁屑使其难以氧化溶解，而降低处理效果。②、铁-碳微电解反应需在酸性条件下进行（pH一般在3-4），这使得对pH的控制成为一个重要问题。而排出水则要求中性，两者的矛盾提高了运行成本。③、在微电解过程中，阳极反应：Fe-2e^-→Fe²⁺，需要及时的补充铁屑和更换残渣，增加了操作难度，在水处理反应进行到一段时间后，出现堵塞、结块等不利现象，同时微电解反应进行前和进行后都存在着pH值调节的问题，提高了成本。 

硫化物沉淀浮选法：主要是利用重金属硫化物在水中的溶解度比金属氢氧化物小的原理，通过加入一定量的硫化剂使重金属以硫化物形式沉淀而达到降低水中重金属浓度的方法。该方法中使用到了H₂S、Na₂S等硫化剂，容易造成硫化物的二次污染、硫化物形成过程中pH不易控制、原料的成本较高且处理后的废水中硫含量达不到国家排放标准，硫的二次污染严重，且硫化剂的成本较高等缺点使其应用受到限制。 

高分子螯合剂法：采用高分子有机螯合剂与金属离子发生螯合反应，生成稳定且不溶于水的金属螯合物来除去废水中重金属离子的方法。用于处理废水高分子螯合剂必须满足下列条件：①生成的金属络合物不溶于水及酸碱溶液中，且半径较大易于沉降。②生成的金属络合物毒性小。③稳定性相对较好，能稳定存在。④反应过程中的螯合剂的添加量应较少，且市场价格便宜。 

人工湿地法：由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地表生态系统，主要利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学、生物三重协同作用实现对污水的高度净化。但该方法也存在一些限制性因素例如：部分植物的生长周期长、生长慢、吸附能力有限且大部分的植物适于生长在中性及低碱性的水体中。 

膜处理法：膜分离技术是利用膜两侧的渗透压差，水中的离子在渗透压不等的作用下，利用膜的选择透过性，将水中离子进行分离和浓缩的一种分离技术。但由于工业废水往往含有酸、碱等物质，处理条件较苛刻。且该方法处理成本较高，膜处理技术在一定程度上能有效的处理矿山酸性废水，但是膜的使用寿命以及膜的制备成本及维护费用使得该技术不能广泛的推广。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺，能提高酸性矿山废水的处理效果，简化处理工艺，降低处理难度，减少成本。 

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，它包括至少三级拦截坝，拦截坝呈自然落差的梯形状分布，其中，第一级拦截坝与酸性矿山废水初级沟渠之间的水坝底部设置有粗石灰石层，第二级拦截坝与第一级拦截坝之间的水坝底部设置有细石灰石层和微生物层，微生物层位于细石灰石层上，第三级拦截坝与第二级拦截坝之间的水坝中设置有水生植物层，所述微生物层为厌氧微生物层。 

所述的拦截坝呈从高至低的自然落差的梯形状分布。 

所述的第二级拦截坝与第一级拦截坝之间的水坝位于和酸性矿山废水初 级沟渠临近的农村生活污水沟渠的交汇处。 

所述的第二级拦截坝与第一级拦截坝之间的水坝的储蓄深度为1～3米。 

一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的工艺，它包含以下步骤： 

（1）对酸性矿山废水进行初级处理，去除废水中较大、较为明显的杂质和颗粒，然后排入酸性矿山废水初级沟渠中； 

（2）中和处理：对酸性矿山废水初级沟渠中的废水进行中和处理，在第一级拦截坝与酸性矿山废水初级沟渠之间的坝体底部加石灰石，调节废水的pH值，降低废水中的重金属溶解度； 

（3）还原处理：将第二级拦截坝与第一级拦截坝之间的水坝建在农村生活污水和酸性矿山废水初级沟渠交汇处，并在水坝底部铺上细石灰石和微生物层，生活污水为厌氧微生物的生长提供营养物质，利用厌氧微生物的还原作用将

转变为S^2-，S^2-与重金属离子形成金属硫化物而去除； 

（4）去杂处理：在第三级拦截坝与第二级拦截坝的坝体中种植水生植物，利用水生植物茂盛的根系过滤水中的颗粒物，而进一步降低水中重金属污染物的浓度。 

本发明方法的有益效果在于：利用自然落差在天然沟渠上建立梯级拦截坝，同时利用梯级坝的阻隔、微生物的物理、化学反应以及植物根系的过滤、吸收等作用，是一种后续辅助及深度处理方法，增加了处理效果、简化了现有方法的复杂程度和处理难度，并降低成本且提高水质，进一步降低了重金属含量及酸性，减少矿山废水对水源地及生态环境的破坏。 

图1为本发明的系统结构示意图； 

附图说明

图2为本发明的系统俯视示意图。 

其中，1-第一级拦截坝，2-第二级拦截坝，3-第三级拦截坝，4-酸性矿山废水初级沟渠，5-细石灰石层，6-微生物层，7-水生植物层，8-粗石灰石层，9-农村生活污水沟渠。 

下面结合附图进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。 

具体实施方式

如图1、图2，一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，它包括至少三级拦截坝，拦截坝呈自然落差的梯形状分布，其中，第一级拦截坝1与酸性矿山废水初级沟渠4之间的水坝底部设置有粗石灰石层8，第二级拦截坝2与第一级拦截坝1之间的水坝底部设置有细石灰石层5和微生物层6，微生物层6位于细石灰石层5上，第三级拦截坝3与第二级拦截坝2之间的水坝中设置有水生植物层7。 

所述的拦截坝呈从高至低的自然落差的梯形状分布。 

所述的第二级拦截坝2与第一级拦截坝1之间的水坝位于和酸性矿山废水初级沟渠4临近的农村生活污水沟渠9的交汇处。 

所述的第二级拦截坝2与第一级拦截坝1之间的水坝的储蓄深度为1～3米。 

所述的微生物层6为厌氧微生物层。 

一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的工艺，它包含以下步骤： 

（1）对酸性矿山废水进行初级处理，去除废水中较大、较为明显的杂质和颗粒，然后排入酸性矿山废水初级沟渠4中； 

（2）中和处理：对酸性矿山废水初级沟渠4中的废水进行中和处理，在第一级拦截坝1与酸性矿山废水初级沟渠4之间的坝体底部加石灰石，可选择在底面贴上一层较厚的以碳酸钙为主要成分的大理石板或石灰石板，调节废水的PH值，降低废水中的重金属溶解度； 

（3）还原处理：将第二级拦截坝2与第一级拦截坝1之间的水坝建在农村生活污水和酸性矿山废水初级沟渠交汇处，并在水坝底部铺上细石灰石和微生物层，生活污水为厌氧微生物的生长提供营养物质，利用厌氧微生物的还原作用将

转变为S^2-，S^2-与重金属离子形成金属硫化物而去除； 

（4）去杂处理：在第三级拦截坝3与第二级拦截坝2的坝体中种植水生植物，利用水生植物茂盛的根系过滤水中的颗粒物，而进一步降低水中重金属污染物的浓度。 

首先，在废水排放处修建第一级拦截坝1，在坝底部加入石灰石，可选择在坝体底面贴上一层较厚的大理石板或石灰石板（其主要成份为碳酸钙），既美观，又可部分中和矿井水的酸性且在一定程度上降低重金属溶解度。之后，在第一级拦截坝1的下游修建一个第二级拦截坝2，该坝应建于农村生活污水和矿井水交汇处（生活污水为厌氧微生物如硫酸还原菌的生长提供必须的营养物质）。在第二级拦截坝2处，通过水和底泥中微生物如硫酸还原菌等，此等微生物能将硫酸根离子还原为硫离子，而且硫离子可以进一步与溶解于水中的重金属离子形成硫化物沉淀而沉降于底泥中。最后，在第三级拦截坝3处引种（或自生，这在我国南方地区有较为可能）水生植物，其目的是为了去除水中颗粒性物质，因为颗粒越小，其表面能就越大，从而吸附大量的重金属离子于 其表面上。水生植物一般具有较发达的根系，其在水中起到过滤、吸附及阻隔等作用，去掉废水中颗粒性等物质，以减少水中重金属污染物的浓度，达到治理废水的目的。在第一级拦截坝1处的沉积物需要定期进行疏浚处理，防止硫酸盐还原菌过量繁殖，产生大量的硫化氢气体和重金属硫化物而使水体发黑发臭。且过量的消耗水体中的营养物质，也会影响水生植物的生长。同时，必须定期对水生植物采集，防止水生植物在水体中死亡腐烂进而污染水体。将收集到的沉积物和水生植物进行填埋或回收处理避免对环境造成污染。 

Claims (5)

1.一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：它包括至少三级拦截坝，拦截坝呈自然落差的梯形状分布，其中，第一级拦截坝（1）与酸性矿山废水初级沟渠（4）之间的水坝底部设置有粗石灰石层（8），第二级拦截坝（2）与第一级拦截坝（1）之间的水坝底部设置有细石灰石层（5）和微生物层（6），微生物层（6）位于细石灰石层（5）上，第三级拦截坝（3）与第二级拦截坝（2）之间的水坝中设置有水生植物（7），所述微生物层（6）为厌氧微生物层。

2.根据权利要求1所述的利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：所述的拦截坝呈从高至低的自然落差的梯形状分布。

3.根据权利要求1所述的利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：所述的第二级拦截坝（2）与第一级拦截坝（1）之间的水坝位于和酸性矿山废水初级沟渠（4）临近的农村生活污水沟渠（9）的交汇处。

4.根据权利要求1所述的利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：所述的第二级拦截坝（2）与第一级拦截坝（1）之间的水坝的储蓄深度为1～3米。

5.一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的工艺，其特征在于：它包含以下步骤：

（1）对酸性矿山废水进行初级处理，去除废水中较大、较为明显的杂质和颗粒，然后排入酸性矿山废水初级沟渠（4）中；

（2）中和处理：对酸性矿山废水初级沟渠（4）中的废水进行中和处理，在第一级拦截坝（1）与酸性矿山废水初级沟渠（4）之间的坝底部加入石灰石，调节废水的pH值，降低废水中的重金属溶解度；

（3）还原处理：将第二级拦截坝（2）与第一级拦截坝（1）之间的水坝建在农村生活污水和酸性矿山废水初级沟渠交汇处，并在水坝底部铺上细石灰石和微生物层，生活污水为厌氧微生物的生长提供营养物质，利用厌氧微生物的还原作用将

转变为S^2-，S^2-与重金属离子形成金属硫化物而去除；

（4）去杂处理：在第三级拦截坝（3）与第二级拦截坝（2）的坝体中种植水生植物，利用水生植物茂盛的根系过滤水中的颗粒物，而进一步降低水中重金属污染物的浓度。

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