CN103449671B - 一种煤矿酸性矿井水的处理装置及其处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤矿酸性矿井水的处理系统及其处理工艺，该处理系统包括掺粉煤灰多孔混凝土反应池和人工湿地，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池包括相连通的酸碱中和区和沉淀区，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池上设有与酸碱中和区相通的进水管，所述沉淀区的上部与人工湿地的上部之间通过连通管相连通，所述人工湿地的底部设有出水管。通过掺粉煤灰多孔混凝土和人工湿地结合对煤矿酸性矿井水进行处理，运用物理、化学、生物方法实现对煤矿酸性矿井水的高效处理，实现污水净化。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其是涉及一种煤矿酸性矿井水的处理装置及其处理工艺。
背景技术
煤矿酸性矿井水(酸性水，AMD)是由于煤层或者顶、底板中含硫化合物氧化形成H2SO4而使矿井水呈酸性。酸性水的pH一般为2-5，SO4 2-浓度可达1000-4000mg.L-1，并含有Fe、Mn、Cd、Cr、Cu和As等多种有害污染物。
酸性水是地表水和地下水中重金属和硫酸盐污染的主要来源。据不完全统计，在采煤过程中，全国煤矿年排矿井水约22亿m3，平均吨煤涌水量约为4m3，其中大部分成为酸性水。大量的酸性水如未经处理而直接排入环境，不仅会对井下的金属设备产生很强的腐蚀作用，也会对环境中的动植物及其微生物造成严重破坏，给生态环境带来巨大隐患。
因此，煤矿酸性矿井水的治理刻不容缓。但目前常用的煤矿酸性矿井水处理方法，普遍存在工艺条件要求严格、处理成本高，且常受高浓度金属的限制(如As、Cd等)，以及药剂投加量不易掌握，需要时间长，易堵塞，占地面积大等问题。因此，煤矿酸性矿井水处理新材料和新工艺的探索研究，对于煤矿酸性矿井水治理具有重要的理论和现实意义。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种煤矿酸性矿井水的处理装置及其处理工艺，以达到保护矿区的水资源和生态环境，实现煤矿井安全绿色生产的目的。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种煤矿酸性矿井水的处理装置，包括掺粉煤灰多孔混凝土反应池和人工湿地，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池包括相连通的酸碱中和区和沉淀区，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池上设有与酸碱中和区相通的进水管，所述沉淀区的上部与人工湿地的上部之间通过连通管相连通，所述人工湿地的底部设有出水管。
进一步的，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池中的掺粉煤灰多孔混凝土成分为粉煤灰、水泥和砾石。
所述人工湿地为垂直流人工湿地，所述垂直流人工湿地的基质从上到下依次为沙子、砾石及鹅卵石。
所述酸碱中和区和沉淀区的底部均设有沉淀物排管。
所述掺粉煤灰多孔混凝土的孔隙率为13.0-26.7％，抗压强度为3.4-5.6Mpa。
所述沙子、砾石及鹅卵石的粒径依次分别为2.0-6mm、5-25mm及30-60mm；所述沙子、砾石及鹅卵石在垂直流人工湿地中的填充厚度依次分别为13-17cm、35-45cm及15-25cm。
一种利用上述所述煤矿酸性矿井水的处理装置的处理工艺，包括以下步骤：
1)将煤矿酸性矿井水通过进水管引入掺粉煤灰多孔混凝土反应池中，煤矿酸性矿井水依次通过酸碱中和区和沉淀区处理；
2)沉淀区处理后流出的水通过连通管引入人工湿地，依次通过人工湿地中的沙子、砾石、鹅卵石进行净化处理，最后，将处理后的水从人工湿地底部的出水管排出。
所述步骤1)中，煤矿酸性矿井水经酸碱中和区和沉淀区处理后产生的沉淀物通过酸碱中和区和沉淀区底部的沉淀物排管排出。
本发明具有如下有益效果：
通过掺粉煤灰多孔混凝土和人工湿地结合对煤矿酸性矿井水进行处理，运用物理、化学、生物方法实现对煤矿酸性矿井水的高效处理，实现污水净化；如：pH 2.62-3.41，COD 195.5-245.3mg/L，TN21.21-22.33mg/L，TP 5.60-6.19mg/L，Cu 2.67-2.91mg/L，Zn13.15-15.45mg/L，Cd 3.95-4.87mg/L，Pb 6.32-6.97mg/L的煤矿酸性矿井水，经所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池和人工湿地处理后，出水可达到如下标准：掺粉煤灰多孔混凝土反应池出水pH 6.5-8.8，COD38.57-63.90mg/L，TN 21.39-23.81mg/L，TP 1.04-1.81mg/L，Cu0.53-0.62mg/L，Zn 7.44-7.85mg/L，Cd 2.75-3.97mg/L，Pb0.11-0.23mg/L；人工湿地出水pH 7.1-7.2，COD 14.46-20.68mg/L，TN15.31-20.10mg/L，TP 0.23-0.59mg/L，Cu 0mg/L，Zn 0mg/L，Cd0.006-0.09mg/L，Pb 0mg/L。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明煤矿酸性矿井水的处理装置框图。
图中：1.掺粉煤灰多孔混凝土反应池、11.酸碱中和区、12.沉淀区、2.沉淀物排管、3.人工湿地。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
如图1所示，该煤矿酸性矿井水的处理装置，包括掺粉煤灰多孔混凝土反应池1和人工湿地3；其中，掺粉煤灰多孔混凝土反应池1包括相连通的酸碱中和区11和沉淀区12，掺粉煤灰多孔混凝土反应池1上设有与酸碱中和区11相通的进水管，沉淀区12的上部与人工湿地3的上部之间通过连通管相连通，人工湿地3的底部设有出水管，并在酸碱中和区11和沉淀区12的底部设有沉淀物排管2。
掺粉煤灰多孔混凝土反应池1中设有方形或圆柱形的掺粉煤灰多孔混凝土，掺粉煤灰多孔混凝土成分为粉煤灰、水泥和砾石。其中，粉煤灰、水泥和砾石按水灰比0.45，粉煤灰占40-60.0％，砾石占81.5-79.5％的配合比制成；粉煤灰选用普通发电厂粉煤灰；水泥选用普通硅酸盐水泥；砾石选用粒径为5-15mm的砾石。掺粉煤灰多孔混凝土的孔隙率为13.0-26.7％，抗压强度为3.4-5.6Mpa。
人工湿地3为垂直流人工湿地，垂直流人工湿地的基质从上到下依次为沙子、砾石及鹅卵石，并在基质上面种植有湿地植物。其中，沙子、砾石及鹅卵石的粒径依次分别为2.0-6mm、5-25mm及30-60mm；沙子、砾石及鹅卵石在垂直流人工湿地中的填充厚度依次分别为13-17cm、35-45cm及15-25cm，优选的，沙子、砾石及鹅卵石的填充厚度依次为15cm、40cm及20cm。
利用上述煤矿酸性矿井水的处理装置对煤矿酸性矿井水的处理工艺，包括以下步骤：
1)将煤矿酸性矿井水通过进水管引入掺粉煤灰多孔混凝土反应池中，煤矿酸性矿井水依次通过酸碱中和区和沉淀区处理；
2)将煤矿酸性矿井水经酸碱中和区和沉淀区处理后产生的沉淀物通过酸碱中和区和沉淀区底部的沉淀物排管排出；
3)沉淀区处理后流出的水通过连通管引入人工湿地，依次通过人工湿地中的沙子、砾石、鹅卵石进行净化处理，最后，将处理后的水从人工湿地底部的出水管排出。
掺粉煤灰多孔混凝土反应池中掺粉煤灰多孔混凝土对酸性水处理过程中会产生大量的絮状沉淀物以及难以达到对有机物的深度处理；而人工湿地如直接处理酸性水，人工湿地会被未处理的酸性水的强酸性破坏系统的适宜的微生物群落及湿地植物的生长环境。通过掺粉煤灰多孔混凝土和人工湿地结合对煤矿酸性矿井水进行处理，为酸性水防治提供了新途径，两者结合在一起，运用物理、化学、生物方法实现对煤矿酸性矿井水的高效处理，实现污水净化。对煤矿井安全绿色生产、水资源及矿区生态环境保护有重要意义。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种煤矿酸性矿井水的处理装置，其特征在于：包括掺粉煤灰多孔混凝土反应池(1)和人工湿地(3)，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池(1)包括相连通的酸碱中和区(11)和沉淀区(12)，所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池(1)上设有与酸碱中和区(11)相通的进水管，所述沉淀区(12)的上部与人工湿地(3)的上部之间通过连通管相连通，所述人工湿地(3)的底部设有出水管；所述掺粉煤灰多孔混凝土反应池(1)中的掺粉煤灰多孔混凝土成分为粉煤灰、水泥和砾石；所述掺粉煤灰多孔混凝土的孔隙率为13.0-26.7％，抗压强度为3.4-5.6Mpa；所述人工湿地(3)为垂直流人工湿地，所述垂直流人工湿地的基质从上到下依次为沙子、砾石及鹅卵石。
2.如权利要求1所述煤矿酸性矿井水的处理装置，其特征在于：所述酸碱中和区(11)和沉淀区(12)的底部均设有沉淀物排管(2)。
3.如权利要求1所述煤矿酸性矿井水的处理装置，其特征在于：所述沙子、砾石及鹅卵石的粒径依次分别为2.0-6mm、5-25mm及30-60mm；所述沙子、砾石及鹅卵石在垂直流人工湿地中的填充厚度依次分别为13-17cm、35-45cm及15-25cm。
4.一种利用如权利要求1所述煤矿酸性矿井水的处理装置的处理工艺，其特征在于：所述处理工艺包括以下步骤：
1)将煤矿酸性矿井水通过进水管引入掺粉煤灰多孔混凝土反应池中，煤矿酸性矿井水依次通过酸碱中和区和沉淀区处理；
2)沉淀区处理后流出的水通过连通管引入人工湿地，依次通过人工湿地中的沙子、砾石、鹅卵石进行净化处理，最后，将处理后的水从人工湿地底部的出水管排出。
5.如权利要求4所述煤矿酸性矿井水的处理装置的处理工艺，其特征在于：所述步骤1)中，煤矿酸性矿井水经酸碱中和区和沉淀区处理后产生的沉淀物通过酸碱中和区和沉淀区底部的沉淀物排管排出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190726 Address after: 010000 Jinqiao Development Zone, Hohhot City, Inner Mongolia Autonomous Region Patentee after: INNER MONGOLIA ZONGXIN WATER TREATMENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Address before: Beijing road 241000 Anhui city of Wuhu province Jiujiang District Patentee before: Anhui Polytechnic University |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A treatment device for acid mine water and its treatment process Effective date of registration: 20210618 Granted publication date: 20141224 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Hohhot Yuquan branch Pledgor: INNER MONGOLIA ZONGXIN WATER TREATMENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2021150000050 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
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Date of cancellation: 20220905 Granted publication date: 20141224 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Hohhot Yuquan branch Pledgor: INNER MONGOLIA ZONGXIN WATER TREATMENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2021150000050 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A treatment device for coal mine acid mine water and its treatment process Effective date of registration: 20220906 Granted publication date: 20141224 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Hohhot Yuquan branch Pledgor: INNER MONGOLIA ZONGXIN WATER TREATMENT EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: Y2022150000095 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |