CN109205802B - 一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置与方法，该装置包括：上层膜与下层膜，在上层膜与下层膜之间填充有基质；在所述上层膜上设置有孔径为1‑2mm的微孔I，在所述下层膜上设置有孔径为0.01‑0.05mm的微孔II；所述基质由吸水性的基质II和吸附钒的基质I按照一定的规则间隔设置而成；所述上层膜由折叠膜和非折叠膜按照相同的规则间隔设置而成；所述基质II的四周通过膜层包覆，其中，基质II的上层膜为所述折叠膜；侧面和底部的膜层为所述下层膜；侧面的膜层上开设有微孔III，微孔III的孔径为0.01‑0.05mm。本申请可以防止金属钒随雨水径流进行迁移扩散，减少其更大范围的污染。
Description
技术领域
本发明涉及环境治理技术领域，尤其涉及一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置及方法。
背景技术
随着现代工业化生产的迅速发展和新开矿山数量的陆续增加，尾矿的排放、堆积量也越来越大。目前，仅我国在国民经济中运转的矿物原料约50亿t。世界各国每年采出的金属矿、非金属矿、煤、黏土等在100亿t以上，排出的废石及尾矿量约50亿t。以有色金属矿山累计堆存的尾矿为例，美国达到80亿t，前苏联为41亿m3。在我国，全国现有大大小小的尾矿库400多个，全部金属矿山堆有的尾矿则达到50亿t以上，而且以每年产出5亿t的尾矿的速度增加。目前我国铁矿山年排出尾矿量约1.3亿t，有色矿山年排出尾矿量约1.4亿t，黄金矿山每年排出的尾矿量达2450万t。而且随着经济的发展，对矿产品需求大幅度增加，矿业开发规模随之加大，产生的选矿尾矿数量将不断增加；加之许多可利用的金属矿品位日益降低，为了满足矿产品日益增长的需求，选矿规模越来越大，因此产生的选矿尾矿数量也将大量增加，而大量堆存的尾矿，给矿业、环境及经济等造成不少的难题。
尾矿中重金属流入耕地后，会破坏农作物生长、使农作物受污染；流入水系则又会使地面水体和地下水源受到污染，毒害水生生物；尾矿流入或排入溪河湖泊，不仅毒害水生生物，而且会造成其他灾害，有时甚至涉及相当长的河流沿线。目前，我国因尾矿造成的直接污染土地面积已达百万亩，间接污染土地面积1000余万亩。因此，有必要对尾矿造成的环境、土地污染进行有效治理。
发明内容
本发明的目的在于解决上述现有技术存在的缺陷，提供一种能够对尾矿中钒污染雨水径流进行原位收集与修复的装置与方法。
一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，包括上层膜与下层膜，在上层膜与下层膜之间填充有基质；在所述上层膜上设置有孔径为1-2mm的微孔I，在所述下层膜上设置有孔径为0.01-0.05mm的微孔II；
所述基质由吸水性的基质II和吸附钒的基质I按照一定的规则间隔设置而成；所述上层膜由折叠膜和非折叠膜按照相同的规则间隔设置而成；所述基质II的四周通过膜层包覆，其中，基质II的上层膜为所述折叠膜；侧面和底部的膜层为所述下层膜；侧面的膜层上开设有微孔III，微孔III的孔径为0.01-0.05mm。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述吸附钒的基质I其原料按照质量份计算，包括：
颗粒直径为0.01-0.02mm的凹凸棒石5-10份；
颗粒直径为1-2mm的硅胶10-15份；
颗粒直径为0.05-0.1mm的腐殖酸矿粉10-15份
颗粒直径为1-2mm的羧甲基壳聚糖8-10份
颗粒直径为0.01-0.02mm的磷酸二氢钙5-10份
颗粒直径为0.1-0.2mm的菱锰矿粉3-6份
微生物菌渣30-40份；
所述微生物菌渣由群氨化细菌、放线菌培养液过滤后混合形成。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述群氨化细菌与放线菌的比例为1:2。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述基质I由所述原料均匀混合后，经高压挤压造粒后形成的直径为3-4mm的颗粒。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述微孔I在上层膜的开孔率为20％-40％；微孔II在下层膜的开孔率40-60％；微孔III在所述侧面的膜层上的开孔率为30-50％。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述上层膜、下层膜、基质II的侧面膜层均为聚四氟乙烯膜。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述基质II的布置间距为50cm-100cm；基质II的填料宽度为5-10cm。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述基质II由基质I与高吸水树脂按1:1混合而成；所述高吸水树脂吸水倍率200-600倍，粒径0.5-1mm。
进一步地，如上所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，所述上层膜与下层膜之间的间距为5-15cm；上层膜、下层膜、用于包覆基质II的膜层其厚度均为0.05-0.2mm。
一种对尾矿钒污染雨水径流进行原位收集与修复的方法，采用如上所述的装置构成的整体材料覆盖在尾矿斜坡上，用锚杆固定，对尾矿钒污染雨水径流进行原位收集与修复。
有益效果：
本申请主要针对尾矿场含金属钒的表面雨水径流进行原位收集与修复，防止金属钒随雨水径流进行迁移扩散，减少其更大范围的污染，通过采用本发明提供的装置对金属钒进行原位收集与修复，其收集与修复效果优良，成本低廉，适于大量推广使用。
附图说明
图1为本申请对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置在雨水径流前的结构示意图；
图2为本申请对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置在雨水径流后的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本申请提供一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，包括上层膜1与下层膜2，在上层膜1与下层膜2之间填充有基质；在所述上层膜1上设置有孔径为1-2mm的微孔I11，在所述下层膜2上设置有孔径为0.01-0.05mm的微孔II 21；
所述基质由吸水性的基质II4和吸附钒的基质I3按照一定的规则间隔设置而成；所述上层膜1由折叠膜12和非折叠膜13按照相同的规则间隔设置而成；所述基质II 4的四周通过膜层包覆，其中，基质II的上层膜为所述折叠膜；侧面和底部的膜层为所述下层膜；侧面的膜层上开设有微孔III，微孔III的孔径为0.01-0.05mm。
具体地，所述上层膜1与下层膜2均为聚四氟乙烯薄膜(具有较好的抗老化能力及力学强度，宽度100-150cm)，膜厚度0.05-0.2mm；上层膜1开有孔径1-2mm的微孔(微孔I)，开孔率为20％-40％，用于进行雨水的渗入；下层膜2开有孔径0.01-0.05mm的微孔(微孔II)，开孔率40-60％，用于进行内部经处理后雨水的缓慢渗出，同时又保障两层膜之间的材料不会流失；上下两层膜之间的间距5-15cm。
所述基质I均匀填充于两层薄膜之间，组成如下：
5-10份的凹凸棒石(颗粒直径0.01-0.02mm)
10-15份的硅胶(颗粒直径1-2mm)
10-15份的腐殖酸矿粉(颗粒直径0.05-0.1mm)
8-10份的羧甲基壳聚糖(颗粒直径1-2mm)
5-10份的磷酸二氢钙(颗粒直径0.01-0.02mm)
3-6份的菱锰矿粉(颗粒直径0.1-0.2mm)
30-40份的微生物菌渣(群氨化细菌、放线菌培养液过滤后混合形成，2种菌渣的比例为1:2)
所述凹凸棒石、硅胶对金属钒具有吸附作用，腐殖酸矿粉对钒离子具有螯合、吸附、络合、氧化置换作用，能够改变钒的价态、使钒与其他物质反应生成沉淀而被凹凸棒石、硅胶等物质吸附、能够改变钒的迁移转化和生物活性；所述羧甲基壳聚糖能够与钒发生络合反应，从而络合物吸附在凹凸棒石、硅胶等物质上；所述磷酸二氢钙能有与钒离子发生置换反应而生成带有钒的沉淀而被凹凸棒石、硅胶等物质吸附；所述菱锰矿粉能够与钒发生置换反应，从而生成带有钒的沉淀而被凹凸棒石、硅胶等物质吸附；所述微生物菌渣能够降低金属钒的毒性，其原理为：微生物对重金属的生物积累机理主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种形式，微生物通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子,或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子。
综上所述，本申请采用以原料配比的基质，在各个原料的相互作用以及协同作用下，可以很好地对尾矿钒污染雨水径流进行原位收集与修复。
微孔III的薄膜也为聚四氟乙烯膜，厚度0.05-0.2mm，开有孔径0.01-0.05mm的微孔，开孔率30-50％；
折叠膜12也为聚四氟乙烯膜，厚度0.02-0.05mm，折叠成褶皱状态。
基质II由基质I与高吸水树脂(吸水倍率200-600倍，粒径0.5-1mm)按1:1混合；基质II的布置间距为50cm-100cm；基质II的填料宽度为5-10cm。
本发明提供的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置原理如下：
遇到降雨后径流水分由微孔I渗入，经基质I吸附、微生物等作用，实现钒污染的收集与修复。基质II在吸水后膨胀，将折叠膜胀平(高度5-10cm)，形成横向凸起(如图2)，该凸起具有阻挡雨水径流的作用，从而将雨水聚集在两两凸起之间，从而使基质I能够更加充分的吸收与修复雨水中的金属钒；同时基质2也可以处理一部分雨水径流。
应用时，将整体材料覆盖在尾矿斜坡上，用锚杆等固定。
实验例：
为对本发明做进一步说明设置下列5组实验，但本发明并不局限于此。其中实验1、实验3、实验4和实验5按照如下步骤分别进行实验。
表1实验设计
[1]按表1称取相应材料，将其混合均匀，经高压挤压造粒后(压缩比20:1)形成直径3mm左右的颗粒，形成相应的基质1。
[2]称取20g基质1和20g高吸水树脂聚丙烯酸钠混合形成相应的基质2。
[3]配制25L浓度为10.0mg/L，pH为7.0，本底离子强度为NaCl＝40mmol/L的钒溶液置于30L塑料瓶中。
[4]按照图1制成聚四氟乙烯膜径流收集构造，收集构造收集总长为1.2cm，宽0.8m，上下薄膜间距为10cm，其上层膜表面设置孔径为1.5mm的微孔1，开孔率为35％左右，下表面开孔率为40％、孔径为0.01mm的微孔2，按照图1在其中部设置径流拦挡结构，拦挡结构长0.1m，拦挡结构两侧设置微孔3，孔径为0.01mm，其上的折叠膜的长度约为0.1m。
[5]将所制得的基质1和基质2填充于径流收集构造相应空腔内，并将径流收集构造铺设于PVC透明凹槽中，然后将PVC凹槽与水平面呈35°角固定，PVC凹槽下端设置渗透液体收集瓶。
[6]将装有钒溶液的塑料瓶固定在与PVC透明凹槽上端，并用医用输液管控制流速(约50mL/h)将塑料瓶中钒溶液均匀地引入PVC透明凹槽中，使其流经聚四氟乙烯膜径流收集构造中，渗透液流入收集瓶中。
[7]待渗透液收集完成后，将其在12000r/min下离心8min，取上清液测定钒含量，并计算钒的去除率。
实验2按照以上步骤中[1]和[3]进行实验，形成基质1，将其混合均匀后直接铺于PVC凹槽中，然后将PVC凹槽与水平面呈35°角固定，PVC凹槽下端设置渗透液体收集瓶。然后按照以上实验步骤中[6]、[7]分别进行实验。
实验结果如下表2
表2实验结果
通过表1、表2可以看出，采用本发明修复装置对尾矿中钒污染雨水径流进行原位收集与修复的效果最佳。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，包括上层膜与下层膜，在上层膜与下层膜之间填充有基质；在所述上层膜上设置有孔径为1-2mm的微孔I，在所述下层膜上设置有孔径为0.01-0.05mm的微孔II；
所述基质由吸水性的基质II和吸附钒的基质I按照一定的规则间隔设置而成；所述上层膜由折叠膜和非折叠膜按照相同的规则间隔设置而成；所述基质II的四周通过膜层包覆，其中，基质II的上层膜为所述折叠膜；侧面和底部的膜层与所述下层膜材料相同；侧面的膜层上开设有微孔III，微孔III的孔径为0.01-0.05mm；
所述基质II由基质I与高吸水树脂按1:1混合而成；所述高吸水树脂吸水倍率200-600倍，粒径0.5-1mm。
2.根据权利要求1所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述吸附钒的基质I其原料按照质量份计算，包括：
颗粒直径为0.01-0.02mm的凹凸棒石5-10份；
颗粒直径为1-2mm的硅胶10-15份；
颗粒直径为0.05-0.1mm的腐殖酸矿粉10-15份；
颗粒直径为1-2mm的羧甲基壳聚糖8-10份；
颗粒直径为0.01-0.02mm的磷酸二氢钙5-10份；
颗粒直径为0.1-0.2mm的菱锰矿粉3-6份；
微生物菌渣30-40份；
所述微生物菌渣由群氨化细菌、放线菌培养液过滤后混合形成。
3.根据权利要求2所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述群氨化细菌与放线菌的比例为1:2。
4.根据权利要求2所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述基质I为将所述原料均匀混合后，经高压挤压造粒后形成的直径为3-4mm的颗粒。
5.根据权利要求1所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述微孔I在上层膜的开孔率为20％-40％；微孔II在下层膜的开孔率40-60％；微孔III在所述侧面的膜层上的开孔率为30-50％。
6.根据权利要求1所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述上层膜、下层膜、基质II的侧面膜层均为聚四氟乙烯膜。
7.根据权利要求1所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述基质II的布置间距为50cm-100cm；基质II的填料宽度为5-10cm。
8.根据权利要求1所述的对尾矿钒污染雨水径流收集修复的装置，其特征在于，所述上层膜与下层膜之间的间距为5-15cm；上层膜、下层膜、用于包覆基质II的膜层厚度均为0.05-0.2mm。
9.一种对尾矿钒污染雨水径流进行原位收集与修复的方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的装置构成的整体材料覆盖在尾矿斜坡上，用锚杆固定，对尾矿钒污染雨水径流进行原位收集与修复。
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