CN103787557B - 一种酸性矿井废水的治理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种酸性矿井废水的治理装置，包括可渗透反应井，反应井底部铺设布水集水层，中部为混合填料生化反应与微生物燃料电池区，微生物燃料电池与反应井以同心圆结构布置，微生物燃料电池阴极由金属丝网支撑的碳布围成的筒状体构成，筒状体与反应井壁之间填充固载硫酸盐还原菌的生物质及大陶粒的混合填料，筒状体内部填充城市污水厂活性污泥作为阳极区，碳棒作为阳极插入污泥中，反应井上部铺设泌水过滤层，阴阳两极均用导线导出，外接电阻构成一个完整的电回路。本发明治理装置可原位治理酸性矿井废水，能够将酸性矿山废水有效调节pH至≥6，并有效降低重金属离子浓度。

Description

一种酸性矿井废水的治理装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种酸性矿井废水的治理装置。
背景技术
金属矿、高硫煤矿、尾矿坝产生的酸性矿井废水(Acidic Mine Drainage,简称AMD)污染是一个世界性的问题，AMD具有低pH值、高酸度、高重金属离子浓度以及含大量硫酸盐等特点，因此，AMD具有很大的危害性，它会腐蚀金属设备，污染地表水和地下水，引起土壤酸化和盐渍化，废水中的重金属还会通过食物链进入人体，危害到人体健康。
目前关于治理酸性矿井废水的主要办法由人工湿地法、连续碱生产系统(SAPS)、硫酸盐还原菌生化处理法和原位治理的可渗透反应墙(PRB)等。但是碱法存在二次污染；人工湿地法需大面积湿地；硫酸盐还原菌生化处理最适pH为7，预处理调节pH效果差、且硫酸盐还原菌对重金属离子耐受性差；可渗透反应墙大多数难以再生，易堵塞，寿命短，出水质量难调控，达不到处理要求。原位治理酸性矿井废水技术有待完善。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种酸性矿井废水的治理装置，本发明治理装置利用固载硫酸盐还原菌生化反应与以污泥为有机底物的微生物燃料电池联合处理酸性矿井废水，以硫酸根为电子受体，利用微生物燃料电池强化生化法处理硫酸根和重金属，实现酸性矿井水pH值调节。
本发明采用的技术方案是：
一种酸性矿井废水的治理装置，包括可渗透反应井，反应井底部铺设布水集水层，中部为混合填料生化反应与微生物燃料电池区，微生物燃料电池与反应井以同心圆结构布置，微生物燃料电池阴极由金属丝网支撑的碳布围成的筒状体构成，筒状体与反应井壁之间填充固载硫酸盐还原菌的生物质及大陶粒的混合填料，筒状体内部填充城市污水厂活性污泥作为阳极区，碳棒作为阳极插入污泥中，反应井上部铺设泌水过滤层，阴阳两极均用导线导出，外接电阻构成一个完整的电回路。
所述布水集水层由细陶粒组成，陶粒粒径1～2mm；
所述混合填料中生物质为玉米芯，破碎至8-20目；所述玉米芯与大陶粒的质量比为1:8，所述大陶粒粒径4-6mm；
所述泌水过滤层由细陶粒层和石英沙层组成，石英砂层在细陶粒层上；泌水过滤层下面铺设细金属丝网以支撑泌水过滤层。处理后的酸性矿井废水从泌水层上部溢流水口即出水口自流外排，也可与水泵接管强制排出处理后的矿井水，通过吸水泵的抽提使可渗透反应井形成上升流态，控制吸水泵的抽提速度实现反应时间可控。
所述泌水层中间部位设置污泥更换管，用来抽取反应后的污泥以及补充新鲜污泥，当污泥产电电压降低至几mv时，补充有机碳源或更换污泥。
本发明治理装置可原位治理酸性矿井废水，能够将酸性矿山废水有效调节pH至≥6，直接改善反应区酸性环境，有利于硫酸盐还原菌生长及提高对酸性矿井废水的处理效率，能够有效降低重金属离子浓度，且水力停留时间可控，保证出水达标排放；本发明治理装置中厌氧无膜型微生物电池能够消解污泥，提高溶解性COD含量与传质速率，为生化区硫酸盐还原菌提供碳源，系统不易堵塞、再生方便；本发明治理装置中混合填料以大陶粒为骨架、以生物质为硫酸盐还原菌载体，可有效缓解可渗透反应井因生物质降解产生塌陷，有效防止堵塞失效。
附图说明
图1为酸性矿井废水的治理装置示意图
图中：1、柱型有机玻璃管；2、细陶粒层；3、筒状体阴极；4、混合填料；5、污泥；6、碳棒阳极；7、泌水过滤层；8、进水口；9、出水口。
具体实施方式
试验室模拟可渗透反应井系统包括柱型有机玻璃管1、混合填料4、微生物燃料电池系统和一台蠕动泵。因岩体和坝体渗透系数远小于混合填料反应床，采用柱型有机玻璃管1模拟代替岩体打孔柱形反应井壁。反应井分下中上三段：下段为进水区铺一层8cm厚、粒径为1～2mm的细陶粒层2，细陶粒层中间高度管壁上设进水口8，模拟集水层，同时起到布水和缓冲作用。中段高50cm，为厌氧生化反应与微生物燃料电池区，以同心圆结构布置：在有机玻璃圆柱中间放入由细铁丝网支撑的碳布做成中空的筒状体阴极3；在筒状体阴极3外层加入反应床混合填料4[由固载硫酸盐还原菌的玉米芯与粒径4-6mm的大陶粒按体积比1:8均匀混合而成，复活的方法是：向玉米芯与粒径4-6mm的大陶粒混合物中投加硫酸盐还原菌液(菌液中硫酸盐还原菌浓度为3.25×108个/mL)1.2L和硫酸盐还原菌培养液(配方见表1)3.8L，让固载硫酸盐还原菌活化，并在反应介质陶粒与玉米芯上附着生长6天]，在筒状体阴极3内加入生活污水处理厂活性污泥5作为阳极区，将一根长约45cm的碳棒6插入筒状体阴极3内部填充的污泥中心作为阳极；阴阳两极均用绝缘铜导线导出，外接可调电阻构成一个完整的电回路。上段借助阴极细铁丝网支撑铺设细陶粒层和石英沙层为泌水过滤层7，柱状反应井上端设出水口9。系统进水由下端进水口8通过蠕动泵控制进水量及水力停留时间，上端溢流出水形成上升流态。
启动运行：系统搭建好之后，开始进行实验进水。模拟酸性矿井水进水保持硫酸根为1000～3000mg/L,Zn2+17.92mg/L、Cd2+20.72mg/L、Cu2+19.68mg/L、Pb2+3.146mg/L、总铁20mg/L，模拟酸性矿井水在混合填料4中的水力停留时间为24h，将进水pH从6、5、4不断调低，每个pH条件运行7天。实验结果显示出水pH一直能够保持在6.2以上；碳硫比达1:1左右，硫酸根去除率63％左右；重金属离子Zn2+、Cd2+、Cu2+、Pb2+、总铁去除率分别大于98.1％、99.6％、99.8％、98.3％、97.0％。该种基于微生物电池的可渗透反应井处理酸性矿井废水装置具有调节pH至中性、为硫酸盐还原菌提供碳源、强化处理硫酸根及重金属离子的功能。
表1 SRB培养液配方表

Claims (5)

1.一种酸性矿井废水的治理装置，包括基于微生物电池的可渗透反应井，反应井底部铺设布水集水层，中部为混合填料生化反应与微生物燃料电池区，微生物燃料电池与反应井以同心圆结构布置，微生物燃料电池阴极由金属丝网支撑的碳布围成的筒状体构成，筒状体与反应井壁之间填充固载硫酸盐还原菌的生物质及大陶粒的混合填料，筒状体内部填充生活污水厂活性污泥作为阳极区，碳棒作为阳极插入活性污泥中，反应井上部铺设泌水过滤层，阴阳两极均用导线导出，外接电阻构成一个完整的电回路。
2.如权利要求1所述的治理装置，其特征在于：所述布水集水层由细陶粒组成，细陶粒粒径1～2mm。
3.如权利要求1所述的治理装置，其特征在于：所述混合填料中生物质为玉米芯，破碎至8-20目；所述玉米芯与大陶粒的质量比为1:8，所述大陶粒粒径4-6mm。
4.如权利要求1所述的治理装置，其特征在于：所述泌水过滤层由细陶粒层和石英沙层组成，石英砂层在细陶粒层上部，在混合填料生化反应与微生物燃料电池区上面铺设细金属丝网以支撑泌水过滤层。
5.如权利要求1所述的治理装置，其特征在于：所述泌水过滤层中间部位设置污泥更换管，污泥管穿过泌水过滤层，下管口深入至污泥阳极区中部，上管口至井口；当微生物电池产电电压降低至几mv时，用来抽取反应后的污泥，补充新鲜城市污水处理厂活性污泥为作为有机底物。
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