CN103466778A - 充分利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充分利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法。酸性矿山废水（AMD）从废水池流入主反应池，二池的液位差使其以一定流速从主反应池底部进入；反应产生的CO₂和AMD使碳酸盐岩颗粒始终处于悬浮扰动状态，经反应后的浑浊液以跌水方式流经跌水挡板进入澄清池，上清液由出水管排出，沉积物经排泥管从澄清池底部排出。采用本发明的方法能使反应原材料碳酸盐岩能充分被消耗，延长了系统寿命且能稳定运行，日处理污水总量可观，能承受水质变化冲击，操作简便，运行成本低。

Description

充分利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法

技术领域

本发明涉及一种充分利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法。

背景技术

近年来,我国加大了矿产资源的开采，然而对酸性矿山废水(acid mine drainage,以下简称AMD)的处理却没有达到应有的程度。大量硫化物矿石在分离矿产有效价值成份后，被弃至于废石堆、尾矿库、洗矿槽等处，在地表与大气和雨水接触逐渐氧化产生了大量硫酸类的酸性废水，同时溶解有毒理性较高的重金属离子，影响水环境，污染生活生产用水。

AMD的处理主要分为主动处理、被动（间接）处理及生物生态处理。主动处理主要是直接加药中和，存在消耗大量药剂且沉积物过多的问题；生物生态处理主要利用植物和微生物处理，存在着植物和微生物抵抗AMD的能力差处理时间长的问题。所以，众多研究者采用被动（间接）处理，即使用碳酸盐型岩石(CaCO₃含量高于90%)作为中和AMD的经济优选方案。然而在实际生产过程中，普遍存在反应物岩石表面易沉积铁的氢氧化物及钙镁的硫酸盐类等反应产物，影响反应速度和进行程度；出水碱度不够，出水金属离子浓度较高；反应速率较慢，不能满足生产要求等问题。为了使生成的铁的氢氧化物及钙镁的硫酸盐类的物质不沉积于岩石表面，研究人员作了许多努力：在利用碳酸盐岩AMD处理的前期，利用好氧微生物生长需要消耗溶解氧的原理，加入有机质消耗AMD内的溶解氧，后续反应在无氧状态下进行，以避免Fe(2+)氧化成Fe（3+）并形成氢氧化物沉积在岩石表面，待碱度提高了再复氧以利于金属离子沉积，然而这种利用好氧微生物分解有机物达到去除氧的方法，受到微生物活性耐进水水质冲击的抵抗能力、有机物对后续岩石的堵塞以及氧的去除程度不理想等不利因素限制。利用AMD流经尺寸由大到小的碳酸盐岩来达到前期沉积铁的氢氧化物和钙镁的硫酸盐而不易堵塞后续处理，延长水力停留时间的方法来达到去除效果，同样存在着不同尺寸岩石酸中和潜力利用不充分的问题。总的来说，几种利用石灰岩处理AMD都存在着反应岩石酸中和潜力利用不充分、系统寿命短、抗进水变化能力弱、处理污水总量小及速度慢等问题，不能满足矿山实际生产所产生废水的处理需求。

发明内容

本发明的目的是改进碳酸盐岩处理酸性矿山废水中存在碳酸盐岩的酸中和能力未能充分利用的问题。提供一种利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法，能使碳酸盐岩石充分被消耗，延长了系统寿命且能稳定运行，日处理污水总量可观，能承受水质变化冲击，运行成本低等优点。

具体步骤为：

（1）建造一个废水处理装置，包括废水池、进水管、碳酸盐岩、主反应池、跌水挡板、澄清池、出水管和排泥管；废水池通过进水管与主反应池相连，废水池位置高于主反应池；主反应池底部为倒圆锥体设计，内部加入粒径小于或等于3.0cm的碳酸盐岩到锥体高度的1/2（静止时），主反应池通过跌水挡板与澄清池相连；澄清池为倒锥体形的池体设计，澄清池顶部连接出水管，底部连接排泥管。 

废水池底部与主反应池液面液位差大于或等于4.6m，满足其在主反应池底部产生6m/s的上升流速，该流速能使主反应池厚度1.5-2.5m的碳酸盐岩颗粒进入悬浮状态。

（2）酸性矿山废水从废水池在一定水头下经进水管流入主反应池；利用进水处截面积小流速大的特点，使碳酸盐岩颗粒始终处于挠动状态，出水处截面积大流速小，利于较大颗粒的重复使用。

（3）主反应池的浑浊液流经跌水挡板，使混合液充分复氧后进入澄清池；澄清池倒锥体形的池体设计，利于沉积的底泥利用重力从排泥管排出，上清液由出水管排出。

本发明的利用碳酸盐岩处理酸性矿业废水的原理为：酸性矿山废水（AMD）从储水池流入主反应池，在主反应池内产生的CO₂气体和上升的酸性废水与碳酸盐岩颗粒接触摩擦，中和过程中产生的盐类物质和铁的沉淀物不能在颗粒物表面沉着，保持颗粒物表面的反应活性，充分利用其酸中和潜力，经反应后的浑浊液以跌水方式流经跌水挡板进入澄清池，上清液由出水管排出，沉积物经排泥管从澄清池底部排出。

本发明的显著特点在于：①主反应池底部的倒圆锥体设计，底部进水产生的上升流速使碳酸盐岩颗粒形成悬浮流态，使碳酸盐岩颗粒保持搅动摩擦，脱落附着在碳酸盐岩表面的絮体或沉淀，不断使石灰石出现新的可反应表面；②主反应池的截面尺寸：借鉴滤池反冲洗的特点，底部截面积为顶部截面积的1%，流入流速为不小于6m/s；③储水池底部与主反应池的上液面差:以一定体积的水流的势能转化为同等体积密度为水的2.3-2.5倍的岩石颗粒的动能的能量守恒原理核算，以流速6m/s,锥体高1m，母线与地面夹角为60°计算，故作用自由水头应将保持在4.6m以上；④这种设计能保持池底部流速大、挠动较强，利于碳酸盐岩充分反应，而顶部流速较缓，利于未充分反应的岩石下沉继续反应，而充分反应后形成的絮体及沉淀物等浑浊液流入澄清池；⑤主反应池中产生的CO₂气体，也能对池内碳酸盐岩石产生搅动作用；⑥在澄清池顶部设置跌水版，让流入澄清池的浑浊水复氧；⑦澄清池底部设排泥管，顶部设出水管；⑧主反应池和储水池都可以植入地下以降低液面。

本方法与现有处理设计而言，优点在于：反应过程中产生的铁的氢氧化物、钙镁的硫酸盐絮体及其他沉淀物会在水力搅动、反应产生的二氧化碳气体摩擦下脱落，保持AMD与碳酸盐岩表面的反应持续进行；碳酸盐岩在主反应池内能被充分利用，充分反应后的残体、絮体及沉淀物都随水流进去澄清池不在主反应池内沉积，只需要定期加入石灰石岩石即可长期运行；污泥经排泥管利用水静压力排出，沿程短，利于实际运行；主反应池、澄清池、排泥管和出水管各只设一个，简单方便，投资低，运行管理方便。

本方法出水碱度能达到280mg/L（以CaCO₃计)以上，平均pH值达到6.70以上；原生金属Fe(3+)、Fe(2+)、和Mn(2+)进水浓度分别为42.10mg/L、142.04mg/L、37.21mg/L，出水浓度则分别为1.35mg/L、0.39mg/L、8.50mg/L。同时对次金属砷、镉、铅、铜、锌都有较好的去除效果。本发明使用碳酸盐类岩石可以是普通石灰石、白云石等价廉易得的岩类，能达到很好的处理效果，实际运行方便，操作简单，管理方便，系统稳定性能好，处理速度快，承受水质变化冲击能力强，运行成本低。对采用经济高效的手法保护周边环境提供了很好的参考。

附图说明

图1为本发明实施例的废水处理装置结构示意图。

图中标记：1-废水池，2-进水管，3-碳酸盐岩，4-主反应池，5-跌水挡板，6-澄清池，7-出水管，8-排泥管。

具体实施方式

实施例：

（1）在某矿床附近采用埋入式建造一个废水处理装置，包括废水池1、进水管2、碳酸盐岩3、主反应池4、跌水挡板5、澄清池6、出水管7和排泥管8。废水池1通过进水管2与主反应池4相连，废水池1位置高于主反应池4；主反应池4底部为倒圆锥体设计，内部加入粒径小于或等于3.0cm的碳酸盐岩3到锥体高度的1/2（静止时），主反应池4通过跌水挡板5与澄清池6相连；澄清池6为倒锥体形的池体设计，澄清池6顶部连接出水管7，底部连接排泥管8。

（2）酸性矿山废水从废水池1在一定水头下经进水管2流入主反应池4；利用进水处截面积小流速大的特点，使碳酸盐岩4颗粒始终处于挠动状态，出水处截面积大流速小，利于较大颗粒的重复使用。

（3）主反应池4的浑浊液流经跌水挡板5，使混合液充分复氧后进入澄清池6；澄清池6倒锥体形的池体设计，利于沉积的底泥利用重力从排泥管8排出，上清液由出水管7排出。

利用此设计方案，稳定运行10天，在每天的同一时间、同一地点取样测定的结果见表1。

    表1： 

Claims (1)

1. 一种利用碳酸盐岩酸中和潜力处理酸性矿山废水的方法，特征在于具体步骤为：

（1）建造一个废水处理装置，包括废水池、进水管、碳酸盐岩、主反应池、跌水挡板、澄清池、出水管和排泥管；废水池通过进水管与主反应池相连，废水池位置高于主反应池；主反应池底部为倒圆锥体设计，静止时，内部加入粒径小于或等于3.0cm的碳酸盐岩到锥体高度的，主反应池通过跌水挡板与澄清池相连；澄清池为倒锥体形的池体设计，澄清池顶部连接出水管，底部连接排泥管； 

废水池底部与主反应池液面液位差大于或等于4.6m，满足其在主反应池底部产生6m/s的上升流速，该流速能使主反应池厚度1.5-2.5m的碳酸盐岩颗粒进入悬浮状态；

（2）酸性矿山废水从废水池在一定水头下经进水管流入主反应池；利用进水处截面积小流速大的特点，使碳酸盐岩颗粒始终处于挠动状态，出水处截面积大流速小，利于较大颗粒的重复使用；

（3）主反应池的浑浊液流经跌水挡板，使混合液充分复氧后进入澄清池；澄清池倒锥体形的池体设计，利于沉积的底泥利用重力从排泥管排出，上清液由出水管排出。

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