CN109650676A - 一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法 - Google Patents

一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，包括：矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物；生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准；当配水井内的温度低于嗜盐微生物的存活温度时，通过曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。本发明的方法可以较低的成本在寒冷干旱地区连年运行采矿废水的处理，不受外界气温影响，而且本发明的方法还可以利用微生物代谢产物保育地表植物，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦。

Description

一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术，具体涉及一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法。
背景技术
我国矿产资源多分布于西部寒冷干旱地区，这些地区多处于山区，水资源缺乏，地表水多为间歇性河流，蒸发量远大于降水量，常年流量稀释能力差。而矿产资源的开发过程中又不可避免地对地层、地下水流场和地表造成损害，导致矿区生态环境破坏严重，水资源短缺问题日益凸显，目前我国40%的矿区属于严重缺水。
我国水资源与煤炭资源呈逆向分布，矿区多位于西北五省缺水地区，煤矿开采对矿区地层、地下水流场和地表造成损害，导致自然水源断流或地下水资源因流入采空区形成矿井水而失去地下水赋存量，生态环境破坏严重，水资源短缺问题日益凸显，全国煤炭开采每年损失的矿井水相当于每年工业和民用水量的60%。但随着相关约束政策出台及技术进步，矿井水综合利用逐渐步入正轨，然而，总体看来，当前矿井水综合利用仍是一种“被动”行为，处理成本不断增加，令煤炭行业发展承受较大压力，为达标而投加大量化学药剂、使用工业吸附剂等处理矿井水，不断向水体中引入其他化学成分或产生高盐浓水，造成了“看不见”的污染。因此，研发西部干旱半干旱地区矿井水生态处理相关技术具有现实意义，应在矿井水治理中做减法，创新真正的清洁环保技术，拒绝在环保治理中产生新的污染。
目前矿井水的处理方式是经过在采空区和集水区发生过滤、沉淀、吸附、离子交换、自生矿物生成等物理化学过程，其悬浮物、钙离子及其他有害离子大幅度减少，净化处理后的矿井水用于井下生产用水、洗煤厂生产用水、煤矿附属厂矿生产用水、绿化用水等，其余全部排入地表水系。但近期，各省市出台矿井水综合利用及水资源保护相关措施，例如，内蒙古自治区的《饮用水源地环境保护专项行动》，原排水口封闭，废水不再排入地表水源，或排水水质达到地表III类水标准，同时，矿井水排入防风林或其他植被土壤中造成盐碱化甚至植物死亡的问题屡见不鲜，矿区大量略超标的矿井水的存储、回用及排放面临巨大的环保压力。因此，急需找到一种对矿区大量略超标矿井废水进行处理的低成本生态方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法。本发明的方法可以保证以较低的成本在寒冷干旱地区连年运行采矿废水特别是矿井废水的处理，不受外界气温影响，管理容易，而且本发明的方法还可以利用微生物代谢产物保育地表植物，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦。另外，本发明的方法还可以适当处理来自于膜法的浓盐水。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，该方法包括：
矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物；
生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准；当所述配水井内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述配水井底部的曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述沉淀方式依次包括澄清、絮凝沉淀和斜板沉淀，预处理后的废水中TDS含量在1500ppm以下；更优选地，所述矿井废水中掺入了膜法产生的浓盐水；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在生化处理步骤中，活性污泥浓度控制为3-8g/L；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的配水井内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤；
嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的配水井内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥；
更优选地，所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4；
进一步优选地，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥；更优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的；进一步优选地，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水，第n级驯化后出水满足灌溉水标准。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在生化处理过程中向废水里面投加嗜盐微生物生长所必须的营养成分，优选地，所述生化处理的时间为1-4天。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述方法还包括生化处理后配水井出水的处理步骤，一部分或全部配水井出水输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；或者一部分或全部配水井出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述生化处理步骤中，所述配水井内因生化处理而产生的微生物代谢产物污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥，进一步优选地，微生物代谢产物污泥每5~10天通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥；微生物代谢产物污泥的回流量为污泥总量的30-50%。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述方法是在如下系统中完成的，所述系统包括：配水井，设置于冻土层以下；曝气装置，设置于所述配水井底部，用于向配水井内曝气；透气管道，一端与所述配水井连接，另一端伸出地表，以使配水井与外界空气连通；以及污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述配水井底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，配水井位于所述潜流层的一侧，潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述配水井的废水；优选地，所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层；更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成；所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括配水花墙，设置于所述配水井与所述潜水层之间；更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间；
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述配水井包括多个独立的区域，优选地，所述配水井包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明的配水井设置于冻土层以下，冻土层之下运行废水生化处理系统，避免冬季低温导致微生物失活；在干旱寒冷的地区可以基本保证微生物存活，偶尔不符合条件可以通过曝气装置向配水井内曝入热空气来满足微生物的生长条件，可以以较低成本在干旱寒冷地区长年运行采矿废水的处理，其可以使寒冷地区生化处理廉价稳定运行，本发明方法出水可达地表III类水标准；
（2）本发明可以将产生的污泥回流至地表植被恢复层进行堆肥，促进地表植被的生长，同时配水井的出水可以用于灌溉地表植被，本发明的方法并未产生任何二次污染，合理利用了废水处理过程中产生的污泥，对环境非常有利，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦；
（3）本发明方法简单高效，微生物接种源比较普通，采用市政污水处理厂污泥作为微生物接种源时，在配水井内停留时间3-5天即可获得含有嗜盐微生物的活性污泥，当采用该活性污泥进行污水处理时，可每使用5~10天后将其泵出配水井，经过螺杆式污泥脱水机处理至含水量70%以下后导入地表堆肥，保育植物；
（4）本发明方法采用的系统是适用于干旱寒冷地区特别是西部地区全年运行采矿废水的系统。本发明的方法还对从配水井内排出的废水做进一步低成本的处理，产业价值高。
附图说明
图1为本发明方法中使用的系统结构示意图。
在附图中，附图标记如下：
101-植被恢复层；102-潜流层；1021-石笼部；1022-多介质填料层；103-防渗层；105-配水井（配水井）；106-曝气装置；107-收水井（收水装置）；108-污泥脱水机；109-透气管道；110-配水花墙。
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，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明提供了一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，用于生化处理的含有嗜盐微生物的活性污泥的培养过程中，无论是富集增值步骤使用的富集废水还是驯化步骤使用的驯化废水，均是通过将合成废水母液稀释适当倍数后获得的；每升合成废水母液中含有2-4g酵母膏（品牌：Solarbio，货号：Y8030）、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4。
一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，包括：
（1）矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物；
沉淀方式依次包括澄清和絮凝沉淀，还可以在絮凝沉淀后增加斜板沉淀池，以增加固体悬浮物的去除效果，为了保证出水水质，进入配水井的废水中TDS含量在1500ppm以下；优选地，预处理前所述矿井废水中掺入了膜法产生的浓盐水。预处里后将废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理；
（2）生化处理步骤，将预处理后的废水或者混合废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，优选活性污泥浓度控制为3-8g/L；经生化处理后的出水满足灌溉水标准；当所述配水井内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述配水井底部的曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。为了保证出水水质，配水井的进水流量为20~100m3/h。
所述含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法包括：
（a）微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的配水井内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤；
通常情况下，富集废水的用量为配水井总体积的四分之一到二分之一；微生物接种源可以为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤；对于市政污泥和河道底泥在接种前需要脱水，使其含水量低于70%，微生物接种源的接种量优选为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g。
富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的。
所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液（也可以成为配水井出水）用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥；优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L。排掉的上清液，可以提升到地表植被恢复层，用于灌溉植物，也可以通过配水花墙进入潜水层进行处理，有关植被恢复层、配水花墙和潜水层将在介绍系统时进行详细介绍。
（b）嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的配水井内将富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥。
所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的。也就是说，制备第二级驯化废水是将合成废水母液稀释20倍后获得的，制备第三季驯化废水是将合成废水母液稀释15倍后获得的，依次类推。
这种富集和驯化方法，不仅驯化效果好而且驯化时间短，操作比较简单。
所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水；优选地，第n级驯化后的出水满足灌溉水标准，即出水COD≤30 ppm, SO4 2- ≤200 ppm，TDS≤1000 ppm。
在富集和驯化步骤中，当配水井内的温度低于嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于配水井底部的曝气装置向配水井内吹入热空气，以维持配水井内温度合适，不至于造成大量微生物死亡；优选地，维持配水井内温度不低于12oC。
所述含有嗜盐微生物的活性污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥或者用于高盐废水的处理。污泥回流频率以活性污泥着床及微生物代谢情况决定。具体地，污泥通过回流管路通过提升泵泵至脱水机内，经脱水处理后使其含水量下降到70%以下，然后进行堆肥。或者直接在含有该活性污泥的配水井中进行高盐废水比如采矿废水的处理。
含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法中，一部分或全部配水井的出水（包括富集增值和驯化步骤中的出水）输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水井；或者一部分或全部配水井的出水输送至地表植被层，然后水自植被层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水井；潜流层包括靠近配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层。
本发明的生化处理的时间为1-4天，具体处理时间与进水水质等有关，通常按照进水的有机质浓度和活性污泥的情况向废水中投加营养成分，本发明的矿井废水因有机质含量低，所以本发明需要在生化处理过程中向废水里面投加嗜盐微生物生长所必须的营养成分，比如投加葡萄糖、尿素、磷酸二氢钾以及少量的无机营养液，这些营养成分只要能够保证嗜盐微生物正常生长即可，比如可以向废水中加入酵母膏，用量为3g/L废水。
对于生化处理后配水井出水，本发明采用以下方法进行处理：一部分或全部配水井出水输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；或者一部分或全部配水井出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层；
对于配水井内因生化处理而产生的微生物代谢产物污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥，进一步优选地，微生物代谢产物污泥每5~10天通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥；微生物代谢产物污泥的回流量为污泥总量的30-50%。
以上方法中，涉及多种结构和装置，因此，本发明方法是在如下系统中完成的， 该系统可以实现上述在寒冷干旱地区培养含有嗜盐微生物活性污泥并采用该活性污泥连年运行高盐废水的处理，本发明系统的实施例参见图1，该系统包括：设置于冻土层以下的配水井105，设置于配水井105底部且用于向反应器内曝气的曝气装置106；用于使配水井105与外界空气连通的透气管道109，透气管道109一端与配水井105连接，另一端伸出地表；污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机108，污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与配水井底部连接，污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与污泥脱水机108连接。配水井105可以具有SBR反应器的结构。
为了使本发明培养嗜盐微生物过程中产生的污泥或者生化处理废水过程中产生的微生物代谢产物得到好的利用和处理，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层101，在植被恢复层101上种植植物，来源于污泥脱水机108的污泥放置于植被恢复层101表面进行堆肥。
在该系统中，还可以将来自配水井105的出水进行进一步处理，也可以将植被恢复层101向下渗透的废水进行进一步处理。系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层101正下方的潜流层102以及位于潜流层102正下方的防渗层103，配水井105位于潜流层102的一侧，潜流层102通过过滤方式处理来自植被恢复层101和/或来自配水井105的废水。配水井105和潜流层102之间可以同配水花墙和/或过滤墙连通，也可以管线连通。配水花墙和/或过滤墙的设置可以使水流更均匀而且容易控制水流速度。花墙可以是砖墙，过滤墙是由多种介质形成的墙体，可以包括方解石、蒙脱石、煤矸石、斜发沸石、方沸石、菱沸石、蛇纹石等。
潜流层102包括靠近配水井一侧的前端石笼部1021和远离配水井一侧的多介质填料层1022。为了保证废水的过滤效果，前端石笼部1021包括1-4层，每一层由石头堆砌而成；所述多介质填料层包括1-5层，填料层的原料可以为粗砾石、粉煤灰基陶粒、煤矸石、方解石、火山岩、天然沸石、石英砂、天然沙土中的一种或多种。优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层，该种填料层的设置可以进一步提高出水水质。
系统还包括收水井107，入口通过收水总管与潜水层102的出口连接，用于收集处理后的水。收水总管底部设置排空阀门，优选，收水井配置内循环泵。
利用该系统除了可以培养嗜盐微生物污泥以外，还可以采用该种活性污泥处理矿井废水：（1）夏季运行时，废水经地下布水系统进入配水井，进水流量为20~100m3/h，配水井中废水经过1～4天预处理后一部分抽提到地表灌溉，耐盐植物经过根系吸收后多余水分经沙地渗滤至下层；其余配水井中废水导入下层潜流层，经过垂直流经前端石笼部过滤吸附后进入中端多介质填料层，自驱动水平潜流，处理后的水在床层底部经收水管进入收水井静置回用或外排至地表。（2）低温期运行时，地表草灌木按季收割待来年灌溉保育，此时配水井中废水预处理后全部进入下层潜流层。配水井及潜流层温度平稳运行，温度保持在8～15℃，解决寒冷地区上冻的问题。
本发明配水井底部配有曝气装置和污泥回流装置，且安装透气管道至地表。上层植被修复层使用配水井预处理后的水保育耐盐耐氟耐寒植物，改善土质，恢复植被；上下层之间留有缝隙，使上层植物灌溉后渗透的水分进入下层潜流层，进一步净化水分，避免水分流失；下层潜流层位于系统所在地的冻土层以下，在重力作用下废水先经过前端石笼层以垂直流方式净化后，在中段水流以水平潜流方式延浸润曲线自驱动前进，最终在床层底部经收水管进入收水井，冬季潜流层运行温度保持在8～15℃，解决寒冷地区上冻的问题。
本发明利用嗜盐微生物去除废水中氨氮，配水井预处理后的矿井水一部分提升至地表灌溉，保育优选的吸盐固氟植物，吸收矿井水中的部分盐分及氟离子，改善土质，恢复植被；冬季减少灌溉次数及水量；另一部分预处理后矿井水经过配水花墙使水流减速，并扩大喷洒水流面积至吸附过滤墙，经过多介质过滤后进入潜流层，先通过前端石笼以垂直流方式过滤，快速去除悬浮物；后进行水平多介质过滤水体净化，水流延浸润曲线自驱动流动，吸附盐分在填料表层形成微晶，同时进一步去除悬浮物。中间当地沙土层模拟当地自然条件，对水流进入地表水源前过渡处理。水力推动无需机械外力；尾端还可以纵向过滤墙后出水经沙滤渗透至地下，或导入地表水源形成径流，以补给流失的地下水和断流的地表水。
硫酸盐还原菌富集驯化后，可以用于去除采矿废水中的SO4 2-，以其为电子受体，并通过投放葡萄糖作为碳源和电子供体，将采矿废水中的SO4 2-转化为硫化氢气体释放排出。
实施例
第一步：含有嗜盐微生物的培养
每升合成废水母液中含有3g酵母膏、30g (NH4)2SO4、40mL乳酸钠、10gK2HPO4、50gNa2SO4。
（1）微生物的富集增值：将含水量为70%的市政污泥（即生活污水处理厂的生化池中的污泥）接种到本发明系统的配水井内，并向配水井中引入富集废水（是通过将合成废水母液稀释30倍获得的），富集废水的体积占配水井总体积的二分之一，每升富集废水中接种含水量为70%的微生物接种源3g，然后在富集废水中进行微生物的富集增值，得到富集后的污泥，富集后的污泥中含有大量微生物；富集过程中，采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2h，相邻两次曝气之间静置45min，共曝气7次，曝气时溶解氧的浓度为3mg/L左右，整个曝气结束后静置1.5h，然后排掉上清，沉淀为富集后的污泥。排掉的上清，通过配水花墙进入潜水层进行处理；
（2）嗜盐微生物的驯化步骤，在配水井内将富集后的污泥首先在第一级驯化废水中进行驯化，第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的，共驯化4级，第二级驯化废水是将合成废水母液稀释20倍后获得的，第三级驯化废水是将合成废水母液稀释15倍后获得的，第四级驯化废水是将合成废水母液稀释10倍后获得的，每级驯化的条件为曝气8h后静置45min，然后出水；出水用于灌溉地表植被此时得到的污泥即为含有嗜盐微生物活性污泥。
第二步，生化处理
（1）向煤矿疏干水中掺入一定量的膜法产生的浓盐水，然后将混合废液经过地下采空区地下水库澄清、加药絮凝沉淀过滤以及斜板沉淀过滤后，直接由地下布水管进入本发明系统的配水井，配水井的进水流量为20~100m3/h；
（2）配水井中具有含有嗜盐微生物的活性污泥，活性污泥浓度控制为5g/L左右，进入配水井的水质：COD为30~100 ppm, SO4 2- 为260~350ppm, TDS为1100~1500ppm；配水井的进水流量为20~100m3/h，在处理过程中按照进水的有机质浓度和活性污泥的情况向配水井的废水中投加微生物生长必须的营养成分，在好氧条件下经常规生化处理3天后出水，系统连续运行半年，配水井出水均满足灌溉水标准，其中COD≤30 ppm, SO4 2- ≤200 ppm，TDS≤1000ppm；收水井的出水可满足地表三类水排放标准，其中COD≤20 ppm, TDS≤800 ppm。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，其特征在于，该方法包括：
矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物；
生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准；当所述配水井内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述配水井底部的曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述沉淀方式依次包括澄清、絮凝沉淀和斜板沉淀，预处理后的废水中TDS含量在1500ppm以下；更优选地，所述矿井废水中掺入了膜法产生的浓盐水。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在生化处理步骤中，活性污泥浓度控制为3-8g/L；
优选地，所述含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的配水井内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤；
嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的配水井内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥；
更优选地，所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4；
进一步优选地，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g；
优选地，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥；更优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L；
优选地，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的；进一步优选地，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水，第n级驯化后出水满足灌溉水标准。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在生化处理过程中向废水里面投加嗜盐微生物生长所必须的营养成分，优选地，所述生化处理的时间为1-4天。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括生化处理后配水井出水的处理步骤，一部分或全部配水井出水输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；或者一部分或全部配水井出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置；所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层；
优选地，在所述生化处理步骤中，所述配水井内因生化处理而产生的微生物代谢产物污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥，进一步优选地，微生物代谢产物污泥每5~10天通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥；微生物代谢产物污泥的回流量为污泥总量的30-50%。
6.根据权利要求1-5中任一所述方法，其特征在于，所述方法是在如下系统中完成的，所述系统包括：
配水井，设置于冻土层以下；
曝气装置，设置于所述配水井底部，用于向配水井内曝气；
透气管道，一端与所述配水井连接，另一端伸出地表，以使配水井与外界空气连通；以及污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述配水井底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，配水井位于所述潜流层的一侧，潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述配水井的废水；优选地，所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层；更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成；所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述系统还包括配水花墙，设置于所述配水井与所述潜水层之间；更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间；
优选地，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述配水井包括多个独立的区域，优选地，所述配水井包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
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