CN103755043B - 一种煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统 - Google Patents
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Abstract
一种煤矿酸性废水的井下原位修复的生物可渗透反应墙系统属于水污染控制工程技术领。本发明包括进水槽、生物可渗透性反应墙体、出水池，所述进水槽高出采空区地面0.3~0.5m，所述生物可渗透反应墙体有四层，依次由缓冲保护墙、铁粉可渗透反应墙、生物麦饭石可渗透反应墙，缓冲保护墙组成；所述出水池为分段隔板式，保证系统在运行过程中生物可渗透墙体内始终为充水厌氧状态；该系统设置在煤矿采空区，避免了地面处理的占地、污染环境、需敷设长距离输送管道等缺点。该系统结构简单、成本低、安全、高效，运行过程中无需人工值守。本发明是在传统PRB的基础上，以麦饭石固定混合硫酸盐还原菌构建了具有生物强化功能的新型PRB。
Description
技术领域
本发明属于水污染控制工程技术领域，具体涉及一种煤矿酸性废水的井下原位修复的生物可渗透反应墙系统。
背景技术
可渗透反应墙（permeable reactive barrier，简称PRB）是目前欧美等许多发达国家新兴起来的用于原位去除地下水及土壤中污染组分的新方法。美国环保署（USEPA）1998年发行的《污染物修复的PRB技术》将PRB定义为：在底下安置活性材料墙体以拦截污染羽状体，使羽状体通过反应介质后，其污染物能转化为环境可接受的另一种形式，从而实现使污染物浓度达到环境标准的目标。由于PRB技术原位处理煤矿酸性废水具有作用时间长、处理能力强、操作及维护费用也极具经济效益而备受关注，国外已有工程实践应用，并取得了良好的修复效果。然而传统PRB技术修复高铁锰硫酸盐含氨氮的煤矿酸性废水，往往需要多种活性材料的复合才能达到较好的处理效果，不仅施工难度大，而且由于活性填料之间的相互作用降低了PRB渗透性能，极大了缩短使用寿命。
目前煤矿酸性废水治理技术，主要分为抽出-地面处理与原位被动处理两类。传统抽出-地面处理的中和法处理成本高、污泥处置不当易造成二次污染，湿地法处理效果随季节波动性较大。近年来，以硫酸盐还原菌（sulfate-reducing bacteria，简称SRB）为优势菌种的微生物法因具有处理的彻底性、环境的友好性、经济的节约性，逐渐成为煤矿酸性废水治理研究的热点。但是在应用过程中也暴露出许多问题，例如高浓度重金属离子及强酸对SRB的抑制、往往需要添加多种营养盐促进其生长繁殖等。大量的研究表明，Fe0具有增强SRB环境耐受力和提高活性的作用，将其与SRB协同应用于煤矿酸性废水及重金属废水处理已有较多研究报道，但其研究成果离实际工程应用还有相当距离。
因此，充分利用煤矿采空区构建既不影响煤矿安全生产又不占用地面土地资源的井下原位修复系统，实现混合硫酸盐还原菌法与PRB技术的耦合达到高铁锰硫酸盐含氨氮的煤矿酸性废水资源化的处理，不仅能够增强PRB的处理能力，提高使用寿命，同时也能取得显著的经济、环境以及社会效益，对保持矿区地下水自然平衡也会起到一定的积极作用。
发明内容
本发明针对煤矿酸性废水高铁锰硫酸盐含氨氮及低pH和COD的特点，针对传统PRB易堵塞、处理效果不佳以及硫酸盐还原菌易受低pH、高浓度重金属抑制的问题，提出了将混合硫酸盐还原菌与PRB技术耦合构建煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统。
本发明一种煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统，设置于煤矿采空区，底面及侧面经过防渗处理；包括进水槽、生物可渗透性反应墙体、出水池，所述进水槽高出采空区地面0.3~0.5m，所述生物可渗透反应墙体有四层，依次由缓冲保护墙、铁粉可渗透反应墙、生物麦饭石可渗透反应墙，缓冲保护墙组成；所述出水池为分段隔板式，保证系统在运行过程中生物可渗透墙体内始终为充水厌氧状态；煤矿酸性废水在进水槽前汇集自然沉淀，在重力的作用下首先流入缓冲保护墙，再依次流经铁粉可渗透反应墙、生物麦饭石可渗透反应墙和缓冲保护墙，经过生物-非生物协同处理之后流入出水池。
所述进水槽、生物可渗透反应墙体、出水池三部分的比例要根据特定煤矿酸性废水的实际水质状况、出水指标要求等因素确定。
所述缓冲保护墙装填的是粒径2~5mm石英砂与粒径0.5~1mm铁粉按10:1的体积比均匀混合构成的混合填料。
所述铁粉可渗透反应墙是由粒径1~2mm的铁粉构成。
所述生物麦饭石可渗透反应墙是以麦饭石为填充材料固定经过富集培养的混合硫酸盐还原菌而构成。所述混合硫酸盐还原菌污泥为污水厂二沉池污泥用富集培养液经4周培养所得。
缓冲保护墙装填的是粒径2~5mm石英砂与粒径0.5~1mm铁粉按10:1的体积比均匀混合构成的混合填料，一方面起到模拟含水层均匀布水的作用；另一方面通过所含铁粉与进水中的溶解氧作用，缓解后续铁粉可渗透反应墙的粘固结块，提高铁粉利用率。
铁粉可渗透反应墙其作用在于提高煤矿酸性废水的pH值，降低氧化还原电位，维持厌氧环境，为生物麦饭石可渗透反应墙中的混合硫酸盐还原菌提供电子供体H2，同时以物理、化学作用去除部分锰和氨氮。
所述生物麦饭石可渗透反应墙是以麦饭石为填充材料固定经过富集培养的混合硫酸盐还原菌而构成，混合硫酸盐还原菌在异化代谢硫酸盐的同时实现铁锰氨氮等多种污染物的同步去除。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明相对现有技术具有如下优点及效果：
（1）该系统设置在煤矿采空区，避免了地面处理的占地、污染环境、需敷设长距离输送管道等缺点。
（2）该系统结构简单、成本低、安全、高效，运行过程中无需人工值守。
（3）本发明是在传统PRB的基础上，以麦饭石固定混合硫酸盐还原菌构建了具有生物强化功能的新型PRB。
（4）本发明成功实现硫酸盐还原菌处理煤矿酸性废水的实践应用，系统在运行过程中无需另加碳源及无机营养源。
附图说明
图1是本发明煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统的示意图，其中1进水槽，2缓冲保护墙，3铁粉可渗透反应墙、4生物麦饭石可渗透反应墙，5第一出水池， 6第二出水池。
图2为本发明煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统相对位置图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步详细说明。
以下实施例中麦饭石取自辽宁省阜新市，粒径为0.3~0.6mm。
一种煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统，设置于煤矿采空区，底面及侧面经过防渗处理；包括进水槽1、生物可渗透反应墙体、出水池，所述进水槽1高出采空区地面0.3~0.5m，所述生物可渗透反应墙体有四层，依次由缓冲保护墙2、铁粉可渗透反应墙3、生物麦饭石可渗透反应墙4，缓冲保护墙2组成；所述出水池为分段隔板式，保证系统在运行过程中生物可渗透墙体内始终为充水厌氧状态。煤矿酸性废水在进水槽前汇集自然沉淀，在重力的作用下首先流入缓冲保护墙2，再依次流经铁粉可渗透反应墙3、生物麦饭石可渗透反应墙4和缓冲保护墙2，经过生物-非生物协同处理之后流入出水池。
所述进水槽1、生物可渗透反应墙体、出水池三部分的比例要根据特定煤矿酸性废水的实际水质状况、出水指标要求等因素确定。
所述缓冲保护墙装填的是粒径2~5mm石英砂与粒径0.5~1mm铁粉按10:1的体积比均匀混合构成的混合填料。
所述铁粉可渗透反应墙是由粒径1~2mm的铁粉构成。
所述生物麦饭石可渗透反应墙是以麦饭石为填充材料固定经过富集培养的混合硫酸盐还原菌而构成。所述混合硫酸盐还原菌污泥为污水厂二沉池污泥用富集培养液经4周培养所得。
本发明煤矿酸性废水井下原位修复的生物PRB系统的示意图如图1所示，在完成系统框架建设后，将各活性填料同步装填到相应的位置，然后向系统内注满煤矿酸性废水，此时再向麦饭石反应墙内接种经过富集培养的混合硫酸盐还原菌污泥，在连续进、出水的条件下开始启动系统。经过约2周的连续处理可以完成启动。
运行时，经过预沉淀的煤矿酸性废水首先进入进水槽1，在重力的作用下慢慢渗入缓冲保护墙2，然后依次进过铁粉可渗透反应墙3、生物麦饭石可渗透反应墙4、缓冲保护墙2，进入第一出水池5，最后溢流进入第二出水池6。进过处理的水可以回用于煤矿的生产生活作业。
实施例1
某煤矿矿井水的特征污染物有SO4 2-、Fe2+、Mn2+、 NH3-N，pH值及COD较低，在煤矿所处不同的地质埋藏条件下所形成的矿井水各指标差别较大。为此建造了尺寸为55cm′10 cm ′10 cm的小试系统，进行了模拟试验研究，煤矿酸性废水水质如下：
。
将上述废水加入到煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统中，试验结果表明，在维持流速180~220mm/d的条件下，矿井水1出水的pH为8.3，SO4 2-、Fe2+、Mn2+、 NH3-N平均去除率分别为47.2%、99.9%、59.1%、13.8%，COD≤100mg/L；矿井水2出水的pH为7.1，SO4 2-、Fe2+、Mn2+、 NH3-N去除率分别为24.5%、100%、57.4%，26.4%，COD≤45mg/L。由此可见该系统具有良好的pH调节能力，在不加碳源的条件下可有效实现Fe、Mn等重金属离子的良好井下原位去除，同时也具有一定的SO4 2-及NH3-N去除能力。
Claims (2)
1.一种煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统，设置于煤矿采空区，底面及侧面经过防渗处理；其特征在于包括进水槽、生物可渗透反应墙体、出水池，所述进水槽高出采空区地面0.3~0.5m，所述生物可渗透反应墙体有四层，依次由缓冲保护墙、铁粉可渗透反应墙、生物麦饭石可渗透反应墙，缓冲保护墙组成；所述出水池为分段隔板式，保证系统在运行过程中生物可渗透反应墙体内始终为充水厌氧状态；煤矿酸性废水在进水槽前汇集自然沉淀，在重力的作用下首先流入缓冲保护墙，再依次流经铁粉可渗透反应墙、生物麦饭石可渗透反应墙和缓冲保护墙，经过生物-非生物协同处理之后流入出水池；所述缓冲保护墙装填的是粒径2~5mm石英砂与粒径0.5~1mm铁粉按10:1的体积比均匀混合构成的混合填料；所述铁粉可渗透反应墙是由粒径1~2mm的铁粉构成；所述生物麦饭石可渗透反应墙是以麦饭石为填充材料固定经过富集培养的混合硫酸盐还原菌污泥而构成，所述混合硫酸盐还原菌污泥为污水厂二沉池污泥用富集培养液经4周培养所得。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿酸性废水井下原位修复的生物可渗透反应墙系统，其特征在于所述进水槽、生物可渗透反应墙体、出水池三部分的比例要根据特定煤矿酸性废水的实际水质状况、出水指标要求因素确定。
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