CN107350262A - 工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统及方法，该系统包括前端输送单元、后端处理单元；后端处理单元包括：输入端接于前端输送单元的混合管道；脱水堆存场地，其包括：透水堆石坝、设置于透水堆石坝一侧的土工管袋堆存体、设置于透水堆石坝另一侧的渗滤液收集池，土工管袋堆存体层叠堆放有若干土工管袋，混合管道将固废浆液输送至土工管袋堆存体各土工管袋，土工管袋堆存体的底部设置有渗滤液导排系统。本系统中固废运输和处置费用较低，废水大部分可回收，减少对环境影响，堆放胶囊态的固体废弃物的堆场安全稳定性高，不易发生堆场边坡失稳、坍塌、滑坡、泥石流等安全风险的问题。

Description

工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统及 方法

技术领域

本发明涉及工矿业颗粒态固体废弃物的安全与环保处理领域，尤其是涉及一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统及方法。

背景技术

工矿业颗粒态固体废弃物是指采选、冶炼、化工、污水处理等工矿业生产中产生的细小的颗粒态的固态废弃物质，如尾矿、赤泥、粉煤灰、磷石膏、石灰渣等。

目前，对于“工矿业颗粒态固体废弃物”生产企业主要的处理方法有两种：“湿排法”与“干排法”。

(1)湿排法

目前，我国工矿业颗粒态固体废弃物(如尾矿)处理多采用湿排法，采用传统的低成本的水力输送法(管道泵送)，以浆液的形式，输送到处置场地(如尾矿库)中，固体废弃物颗粒在处置场地上自然分选沉积，以沼泽的状态进行存储。目前，我国仅因尾矿造成的直接污染面积已达百万亩，而且尾矿库坝体高度随着尾矿的大量堆放而增加，不安全隐患日益增大。据测算，每年因固体废弃物的污染造成的经济损失在300亿元人民币左右，其中每年要花费10-15亿元用于输送尾矿，15-25亿元用于维护尾矿库。

一方面，浆液固液分离产生的渗滤液可能含有大量污染物质(如重金属、强酸、强碱、氟离子等)，渗透入地下水可能造成处置场地及其周边地区环境污染和生态破坏，其影响将是持久性的。

另一方面，湿排处置场地生产运行期间始终处于储水运行状态，一旦溃坝，颗粒态固体废弃物和渗滤液(一般污染物含量高)组成的高势能体，成为泥石流危害波及范围较大，对下游的人员安全与环境安全造成重点影响。

(2)干排法

干排法是近年来新的工矿业颗粒态固体废弃物(如尾矿)处理技术，是通过机械压滤、真空过滤、多段浓密以及沉淀池等工艺将工厂生产的工矿业颗粒态固体废弃物实现干料和水的最大化分离，干料再运输至堆场储存，水则可以回工厂利用。

一、干排法的优点：

1)节约大量生产用水，回水利用率高，降低了堆存场地水污染的环境风险，即减少了污水处理费用，也有利于回收废水中的有价物质；

2)干排的工矿业颗粒态固体废弃物(如尾矿)可以二次利用，如建筑材料、填充采空区等；

3)干排筑坝工程量小，对要求场地要求小，节约占地面积，可以不建设常规的尾矿库，可以利用现有的尾矿库，甚至可只建设简单的堆场。同等库容条件下，实际库容比湿排库大30％(湿排有很大的水区、考虑防洪库容等)；

4)闭库后的土地复垦与生态恢复周期短，对周围的环境的污染和影响小，可以分期恢复，工作面积小。

5)干排堆存的尾矿库生产运行期间(暴雨短时积水除外)，大多处于无水运行状态，坝体垮塌后影响范围较小。

二、干排法的缺点：

1)干排法能大幅减少输送量(只运输干料)，但在工厂与处置场地之间非长距离、高扬程输送情况下，干料一般用带式运输机或自卸汽车运输到处置场地，成本(需要二次转运)反而比湿排的水力输送法高。

2)干排法的前期设备(如机械过滤设备)投资相对较高，建设周期长。

3)干排法不适合在我国南方等多雨地区使用，干排堆体在大量和长期雨水作用下，颗粒态固体废弃物容易流态化，流态化后其力学强度很低，易引起堆场边坡失稳、坍塌、滑坡、泥石流等安全风险的问题；且大量的固体废弃物会随着雨水，污染下游河流、土地。

另外，针对尾矿干排和湿排的经济性比较如下表1所示：

表1尾矿干排与传统湿排经济性对比

发明内容

本发明的目的在于提供一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统及方法，其综合了“湿排法”和“干排法”的优点，固废运输和处置费用较低，废水大部分可回收，减少对环境影响，适用于南方等多雨环境，土工管袋包裹下的胶囊态固体废弃物不会像干堆法处置的固体废弃物一样在降水的作用下容易重新流态化，堆放胶囊态的固体废弃物的堆场安全稳定性高，不易发生堆场边坡失稳、坍塌、滑坡、泥石流等安全风险的问题，即使垮塌后影响范围也很小，风险可控。

本发明的实施方式提供了一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统，其包括：将固废浆液输送至处置场地的前端输送单元；对固废浆液进行处置的后端处理单元；后端处理单元包括：输入端接于前端输送单元的混合管道；脱水堆存场地，其包括：透水堆石坝、设置于透水堆石坝一侧的土工管袋堆存体、设置于透水堆石坝另一侧且用于收集来自土工管袋堆存体所渗出的渗滤液的渗滤液收集池，土工管袋堆存体层叠堆放有若干土工管袋，混合管道将固废浆液输送至土工管袋堆存体各土工管袋，土工管袋堆存体的底部设置有渗滤液导排系统。

与现有技术相比，本发明提供的一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统综合了“湿排法”和“干排法”的优点，固废运输和处置费用较低，废水大部分可回收，减少对环境影响，适用于南方等多雨环境，土工管袋包裹下的胶囊态固体废弃物不会像干堆法处置的固体废弃物一样在降水的作用下容易重新流态化，堆放胶囊态的固体废弃物的堆场安全稳定性高，不易发生堆场边坡失稳、坍塌、滑坡、泥石流等安全风险的问题，即使垮塌后影响范围也很小，风险可控。

进一步，混合管道采用蛇形混合管道。

进一步，渗滤液导排系统下方设置有防渗层。

建立前述工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统的方法，其包括：

利用水力输送法将固废浆液输送至处置场地；

利用土工管袋装填固废浆液；

利用装填有固废浆液的土工管袋堆叠构成土工管袋堆存体；

利用设置于土工管袋堆存体底部的渗滤液导排系统将渗滤液导向渗滤液收集池；

其中，土工管袋堆存体与渗滤液收集池之间设置有可让渗滤液通过的透水堆石坝。

进一步，水力输送法中的输送固废浆液的管道中添加有脱水药剂，如絮凝剂、固结剂、胶结剂等，需根据固废的种类性质及输送浆液的含有的物质不同，试验确定脱水药剂种类和添加数量。

进一步，水力输送法中的输送管道末端设置有蛇形混合管道，经过水力搅拌，药剂与固废浆液中的微小的固体颗粒作用絮凝胶结成大颗粒。

进一步，土工管袋由土工布编织而成，有效容积2-2000m³,宽条抗拉强度50-100kN/m，工厂缝合强度10-100kN/m，CBR顶破强力1-10kN，等效孔径0.1-0.5mm。利用袋壁压力和自重作用，混合溶液中的固废大颗粒逐渐在土工管袋内表面形成反滤层，固体废弃物被截留在土工管袋中，经过自然脱水3～5周，脱水固结后的呈土工管袋包裹的固体废弃物，该胶囊态的固体废弃物具有良好力学强度；而大部分的水可通过袋布过滤排出，通过先布置好的滤液收集系统收集后，可回用于生产；或者在加入脱水药剂的同时，加入污水处理的药剂(如对于总磷超标的废水，加入适量的氯化铁，使得形成磷酸盐沉淀的形式固结在土工管袋中；对于重金属超标的废水，加入适量的重金属螯合剂)，使得土工管袋相当于水处理的单元，最终实现滤液达标排放。

附图说明

图1为工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统工艺流程图；

图2为工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统中土工管袋充填与脱水示意图；

图3为工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统中土工管袋安全堆存系统示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明的实施方式提供了一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统，参见图3，其包括前端输送单元和后端处理单元。将固废浆液输送至处置场地的前端输送单元以固废浆液的形式输送至处置场地，例如安装有输送泵的输送管道构成的前段输送单元(图中未示)。对固废浆液进行处置的后端处理单元包括：输入端接于前端输送单元的混合管道，例如蛇形混合管道；脱水堆存场地，其包括：透水堆石坝2、设置于透水堆石坝一侧(即图3的右侧)的土工管袋堆存体、设置于透水堆石坝另一侧(即图3的左侧)且用于收集来自土工管袋堆存体所渗出的渗滤液的渗滤液收集池1，渗滤液收集池的海拔高度要低于土工管袋堆存体所在的工作面，土工管袋堆存体层叠堆放有若干土工管袋3，混合管道将固废浆液输送至土工管袋堆存体各土工管袋3，土工管袋堆存体的底部设置有渗滤液导排系统4。

值得一提的是，对于滤液含有污染物的项目，脱水堆存场地布置时，渗滤液导排系统4下方设置有防渗层5。

参见图2，土工管袋采用土工布编织而成，容积为2～2000m³，根据现场需要进行选择，而土工管袋为长方体或者圆柱体，从图2可知，土工管袋具有采用预制块构成的浆液填充口A，该图示出了水位线B、固废颗粒固结物C。

参见图1，建立前述工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统的方法，其包括：

步骤1、利用水力输送法将固废浆液输送至处置场地：采用“湿排法”输送方式，使用成熟的、综合费用低的水力输送法(管道泵送方法)，以固废浆液的形式，管道输送到处置场地中。

步骤2、利用土工管袋装填固废浆液，并利用装填有固废浆液的土工管袋堆叠构成土工管袋堆存体，并利用设置于土工管袋堆存体底部的渗滤液导排系统将渗滤液导向渗滤液收集池：固废浆液充填入土工管袋(由聚丙烯或者聚乙烯类树脂等为原料的土工布编织而成，有效容积2-2000m³,宽条抗拉强度50-100kN/m，工厂缝合强度10-100kN/m，CBR顶破强力1-10kN，等效孔径0.1-0.5mm，构造如图2所示)中，利用袋壁压力和自重作用，混合溶液中的固废大颗粒逐渐在土工管袋内表面形成反滤层，固体废弃物被截留在土工管袋中，经过自然脱水3～5周，脱水固结后的呈土工管袋包裹的固体废弃物，该胶囊态的固体废弃物具有良好力学强度；而大部分的水可通过袋布过滤排出，通过先布置好的滤液收集系统收集后，可回用于生产；或者在加入脱水药剂的同时，加入污水处理的药剂(如对于总磷超标的废水，加入适量的氯化铁，使得形成磷酸盐沉淀的形式固结在土工管袋中；对于重金属超标的废水，加入适量的重金属螯合剂)，使得土工管袋相当于水处理的单元，最终实现滤液达标排放。

其中，土工管袋堆存体与渗滤液收集池之间设置有可让渗滤液通过的透水堆石坝，该透水堆石坝在发挥透水作用的同时，还能够对土工管袋堆存体起到支撑作用，防止发生堆场边坡失稳、坍塌、滑坡、泥石流等安全风险的问题。

在步骤2之前还包括如下步骤：水力输送法中的输送固废浆液的管道中添加有脱水药剂，如絮凝剂、固结剂、胶结剂等，需根据固废的种类性质及输送浆液的含有的物质不同，试验确定脱水药剂种类和添加数量。保持固废浆液污泥浓度(1％-20％)，缺水需补充水。并且，水力输送法中的输送管道末端设置有蛇形混合管道，经过水力搅拌，药剂与固废浆液中的微小的固体颗粒作用絮凝胶结成大颗粒。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (7)

1.一种工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统，其特征在于，其包括：

将固废浆液输送至处置场地的前端输送单元；

对固废浆液进行处置的后端处理单元；

所述后端处理单元包括：

输入端接于所述前端输送单元的混合管道；

脱水堆存场地，其包括：透水堆石坝、设置于透水堆石坝一侧的土工管袋堆存体、设置于透水堆石坝另一侧且用于收集来自土工管袋堆存体所渗出的渗滤液的渗滤液收集池，所述土工管袋堆存体层叠堆放有若干土工管袋，所述混合管道将固废浆液输送至土工管袋堆存体各土工管袋，所述土工管袋堆存体的底部设置有渗滤液导排系统。

2.根据权利要求1所述的工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统，其特征在于，所述混合管道采用蛇形混合管道。

3.根据权利要求1所述的工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统，其特征在于，所述渗滤液导排系统下方设置有防渗层。

4.一种建立如权利要求1-3任一所述工矿业颗粒态固体废弃物的脱水与安全堆存一体化系统的方法，其特征在于，该方法包括：

利用水力输送法将固废浆液输送至处置场地；

利用土工管袋装填所述固废浆液；

利用装填有固废浆液的土工管袋堆叠构成土工管袋堆存体；

利用设置于土工管袋堆存体底部的渗滤液导排系统将渗滤液导向渗滤液收集池；

其中，土工管袋堆存体与渗滤液收集池之间设置有可让渗滤液通过的透水堆石坝。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水力输送法中的输送固废浆液的管道中添加有脱水药剂。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水力输送法中的输送管道末端设置有蛇形混合管道。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述土工管袋由土工布编织而成，有效容积2-2000m³,宽条抗拉强度50-100kN/m，工厂缝合强度10-100kN/m，CBR顶破强力1-10kN，等效孔径0.1-0.5mm。