CN110306639B - 一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架、透水层，所述固定框架内设有竖直滑轨，反渗反应箱设于固定框架内，所述反渗反应箱外侧设有滑槽，滑槽与竖直滑轨滑动配合，所述反渗反应箱内设有竖直隔板，将反渗反应箱内分隔成左、右两个区域，右区域靠近尾矿库，左区域远离尾矿库，右区域设有反渗层，左区域设有反应层，右区域设有进水孔，左区域设有出水孔，竖直隔板设有通水孔。本发明的固定框架结合反渗反应箱的反渗层、反应层并配合透水层，构成拦挡‑反应‑渗透一体化结构，有效拦截尾矿渗水中重金属污染物，而且稳定性高，可有效拦挡泥砂土石，防止水土流失等地质灾害的发生。

Description

一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统
技术领域
本发明属于尾矿治理技术领域，具体涉及一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统。
背景技术
矿石经过一系列的选别作业得到精矿，选别剩下的成分以矿浆的形式排出，形成尾矿。尾矿坝主要应用于堆存金属和非金属矿山进行矿石选别后排出的尾矿或其他工业废渣，在矿山环境的保护和治理中起到很大的作用。
尾矿坝设计与建设的核心问题是库容与安全问题。库容问题涉及到尾矿库的使用年限、投入产出比等经济层面的问题。而安全问题则涉及人民生命财产及生态环境保护等问题。
尾矿坝按是否透水可分为不透水坝和透水坝。传统的尾矿坝为防止有害成分的泄露，通常是不透水或局部透水按尾矿挡水坝进行设计。渗流模型试验和实践指出，初期坝不透水，堆积坝的浸润线将在初期坝顶以上高程逸出。因此透水坝是初期坝中最基本的坝型，也是理想的坝型。目前关于尾矿坝结构的优化主要针对的是提高库容、降低浸润线（中国专利CN105544459A，一种尾矿坝结构及施工方法；中国专利CN205024641U，一种新型尾矿坝；中国专利CN208266851U，一种尾矿坝的排渗系统；中国专利CN202881902 U，新型尾矿坝防渗处理系统）。关于渗水中重金属污染物泄露的治理主要集中在提高所添加的吸附剂的吸附能力。如中国专利CN205557446 U公开了一种尾矿坝结构，设有重金属吸附层和酸中和结构层，该结构能够对废水中的重金属和酸根离子有效去除；中国专利CN206278953U公开了一种含施氏矿物吸附层的尾矿坝，通过加入施氏矿物能有效较少尾矿库渗滤水的重金属浓度。二者均没有考虑到反应层的使用寿命及后期材料更换问题。
可渗透反应墙（PRB）在地下水污染处理技术中有独特的优势，目前国内将PRB应用到尾矿库建设方面的案例很少。而常规渗透反应墙能阻截泥砂土石、溶解态污染物，同时通过吸附反应层能有效阻截重金属污染物，并成功应用于很多实例。但由于没有承重结构，墙体强度刚度不足，无法维持堆场稳定。如果将可渗透反应墙技术应用于尾矿坝的建设中，必将大大改善重金属污染问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统。
本发明的目的是这样实现的，沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架、透水层，所述固定框架内设有竖直滑轨，反渗反应箱设于固定框架内，所述反渗反应箱外侧设有滑槽，滑槽与竖直滑轨滑动配合，所述反渗反应箱内设有竖直隔板，将反渗反应箱内分隔成左、右两个区域，右区域靠近尾矿库，左区域远离尾矿库，右区域设有反渗层，左区域设有反应层，右区域设有进水孔，左区域设有出水孔，竖直隔板设有通水孔。
与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：
1、本发明的固定框架结合反渗反应箱的反渗层、反应层并配合透水层，构成拦挡-反应-渗透一体化结构，有效拦截尾矿渗水中重金属污染物，解决了传统尾矿坝透水与重金属治理不能兼顾的问题，而且结构简单、施工方便、稳定性高，能有效降低浸润线，保证尾矿库的安全，可有效拦挡泥砂土石，防止水土流失等地质灾害的发生，适用于尾矿初期坝的建设，可广泛应用于山谷型、山坡型和平地型尾矿库；
2、本发明反应层的固体填料由吸附剂、还原性物料、承托性粒料组成，其中承托性粒料起到承托和均匀分配的作用，加大渗滤液与吸附剂、还原性物料的接触面，提高处理效果；本发明反应层不仅能够有效去除渗滤液中的重金属，而且不会对环境产生二次污染；
3、本发明固定框架内的多个竖格均可装入反渗反应箱，多个反渗反应箱之间组成多级拦挡-反应体系，进一步提高处理效果，而且反渗反应箱也可随时方便取出，对反渗层以及反应层进行维护，确保出水水质达到排放标准；
4、本发明U形反冲管可对反渗层进行反冲洗，清除附着在砂砾上的沉淀物或泥沙，大大降低反渗层的堵塞，提高其透水能力；U形反冲管也可对反应层进行反冲洗，起到搅拌填料的作用；监测检查孔可对反渗层的过水率和反应层的出水水质进行监测，确保反渗层、反应层正常处理；
5、本发明透水层采用的笼状格栅透水坝墙，可通过其自重起压盖作用，增强了坝体的稳定性，并且，笼状格栅透水坝墙透水性良好，能够有效降低尾矿堆积坝的浸润线、提高尾矿库的库容，极大地减少了尾矿坝“溃坝”的可能性与危害性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为笼状格栅透水坝墙的结构示意图；
图3为固定框架的俯视结构示意图；
图4为图3的主视结构示意图；
图5为图3的左视结构示意图；
图6为反渗反应箱的立体结构示意图；
图7为反渗反应箱的进水孔的结构示意图；
图中：1-固定框架，2-透水层，3-竖直滑轨，4-反渗反应箱，5-竖直隔板，6-反渗层，7-反应层，8-进水孔，9-出水孔，10-通水孔，11-竖格，12- U形反冲管，13-排水管，14-收集池，15-监测检查孔，16-料口，17-尾矿库。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
如附图1~图7所示本发明沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架1、透水层2，所述固定框架1内设有竖直滑轨3，反渗反应箱4设于固定框架1内，所述反渗反应箱4外侧设有滑槽，滑槽与竖直滑轨3滑动配合，所述反渗反应箱4内设有竖直隔板5，将反渗反应箱4内分隔成左、右两个区域，右区域靠近尾矿库，左区域远离尾矿库，右区域设有反渗层6，左区域设有反应层7，右区域设有进水孔8，左区域设有出水孔9，竖直隔板5设有通水孔10。
优选地，所述固定框架1内设有若干个竖格11，竖格11内分别设有竖直滑轨3，每个竖格11均设有一列从上到下依次堆叠的反渗反应箱4，反渗反应箱4的滑槽与竖直滑轨3滑动配合，可根据需要，将对应竖格11的反渗反应箱4拉出并对固体填料进行更换，再装回竖格11。
优选地，优选地，所述固定框架1内设有3个竖格11，竖格11内分别设有竖直滑轨3，每个竖格11均设有一列从上到下依次堆叠的反渗反应箱4，反渗反应箱4的滑槽与竖直滑轨3滑动配合。
优选地，优选地，所述固定框架1内设有6个竖格11，竖格11内分别设有竖直滑轨3，每个竖格11均设有一列从上到下依次堆叠的反渗反应箱4，反渗反应箱4的滑槽与竖直滑轨3滑动配合。
优选地，优选地，所述固定框架1内设有9个竖格11，竖格11内分别设有竖直滑轨3，每个竖格11均设有一列从上到下依次堆叠的反渗反应箱4，反渗反应箱4的滑槽与竖直滑轨3滑动配合。
优选地，所述固定框架1为钢筋混凝土结构，固定框架1底部埋入土层中，埋入深度为0.5~1m。
优选地，所述反渗反应箱4中，同一列上下相邻的反渗反应箱4之间填充有膨润土，同一列反渗反应箱4与竖格11之间填充有膨润土。
优选地，所述反渗反应箱4材质为不锈钢。
优选地，所述透水层2为笼状格栅透水坝墙，内坡面为垂面的梯形结构，笼状格栅透水坝墙内部填充砾石，砾石粒径为5~10mm，可挡土、透水，保持堆场稳定。
优选地，所述透水层2的厚度为1.5m。
优选地，所述反渗层6为砂石层，砂石粒径为0.2~0.5mm，且D15/d85≤4, D15/d15≥5，其中D15为反渗层添加的滤料粒径，小于该粒径的土占总土量的15%；d85为被保护土的粒径，小于该粒径的土占总土重的85%；d15为被保护土的粒径，小于该粒径的土占总土重的15%，砂石层起到阻挡土颗粒、防止随水流失的作用，被保护土为尾矿库。
优选地，所述反应层7为固体填料层，固体填料层是由吸附剂、还原性物料、承托性粒料按质量比1:8:10混合构成，用于去除渗滤液中的重金属。
优选地，所述吸附剂为活性炭，吸附渗水中的无机物或有机物。
优选地，所述还原性物料为零价铁粉，零价铁粉为微米级的铁粉，通过强还原性可以把重金属转化为无毒的单质或化合物，并且起到催化作用加快化学反应进行。
优选地，所述承托性粒料为石英砂，石英砂起到支撑作用，不仅可将密集的铁粉分散开来，增加了反应接触面积，提高了处理效率和铁粉利用率；同时反应介质的渗透性增大，解决了系统严重堵塞的问题，加大了废水处理量。
优选地，所述反渗反应箱4顶部设有起吊环。
优选地，所述进水孔8有多个，且均布于反渗反应箱4靠近尾矿库的侧面，所述出水孔9有多个，且均布于反渗反应箱4远离尾矿库的侧面之上部，所述通水孔10有多个，且均布于竖直隔板5之下部，进水孔8、通水孔10、出水孔9之间可延长水流通过时间，提高处理效果。
优选地，所述进水孔8、出水孔9、通水孔10均为梅花型圆孔。
优选地，所述出水孔9均布于反渗反应箱4远离尾矿库的侧面之上部三分之一区域。
优选地，所述通水孔10均布于竖直隔板5之下部三分之一区域。
优选地，所述反渗反应箱4的右区域、左区域分别设有U形反冲管12，U形反冲管12上均布有反冲孔，可对反渗层进行反冲洗，清除附着在砂砾上的沉淀物或泥沙，大大降低反渗层的堵塞，提高其透水能力，也可对反应层进行反冲洗，高压水或空气冲洗固体填料，可搅拌填料。
优选地，所述反渗反应箱4的右区域、左区域顶部分别设有料口16。
优选地，所述反渗反应箱4的右区域的厚度大于左区域的厚度。
优选地，所述反渗反应箱4顶部设有监测检查孔15。
优选地，还包括排水系统，排水系统包括设置于透水层2底部的排水管13，排水管13出水端与收集池14连接。
优选地，所述收集池14设于透水层2的外坡面。
优选地，所述尾矿库为山谷型、山坡型或平地型尾矿库。
本发明工作原理和工作过程：先对尾矿库边界进行清理，将坝基范围内的弃土、乱石及表层腐植土等清理干净，之后将基础整平，分层回填密实；尾矿库处理完毕后，沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架1、透水层2，再将反渗反应箱4装入固定框架1中；
尾矿中的渗水由进水孔8进入反渗反应箱4中，流经反渗层6，再由通水孔10进入反应层7，再从出水孔9流出反渗反应箱4并流入透水层2；反渗层6中的砂石起到透水及防治被保护土渗透变形的作用；反应层中的填料通过吸附、还原作用去除渗水中的重金属；流出的净化渗滤液通过出水孔9进入笼状格栅透水坝墙，然后流入排水管13，最后汇集到收集池14；
使用过程中，通过监测检查孔15，对反渗层6的过水率和反应层7的出水水质进行监测；当过水率≤95%时，通过U形反冲管12对反渗层6和/或反应层7进行反冲洗，保证其处理效果；当监测到出水水质的污水重金属含量超标，则将反渗反应箱4从固定框架1中拉出，拉出过程中，滑槽沿竖直滑轨3滑动，再对反渗反应箱4的反应层7的固体填料进行更换；
当进水总铅浓度为 0.5~2.0mg/L、总锌浓度为 2.0~4.0mg/L时，使用本发明对尾矿场库的渗滤液进行处理，经过本发明处理后水中总铅的含量低于《铅锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)规定的限值 0.50mg/L，总锌的含量低于《铅锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)规定的限值 1.50mg/L。

Claims (9)

1.一种尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于沿尾矿库渗水流向依次设置固定框架（1）、透水层（2），所述固定框架（1）内设有竖直滑轨（3），反渗反应箱（4）设于固定框架（1）内，所述反渗反应箱（4）外侧设有滑槽，滑槽与竖直滑轨（3）滑动配合，所述反渗反应箱（4）内设有竖直隔板（5），将反渗反应箱（4）内分隔成左、右两个区域，右区域靠近尾矿库，左区域远离尾矿库，右区域设有反渗层（6），左区域设有反应层（7），右区域设有进水孔（8），左区域设有出水孔（9），竖直隔板（5）设有通水孔（10）；所述进水孔（8）有多个，且均布于反渗反应箱（4）靠近尾矿库的侧面，所述出水孔（9）有多个，且均布于反渗反应箱（4）远离尾矿库的侧面之上部，所述通水孔（10）有多个，且均布于竖直隔板（5）之下部。
2.根据权利要求1所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述固定框架（1）内设有若干个竖格（11），竖格（11）内分别设有竖直滑轨（3），每个竖格（11）均设有一列从上到下依次堆叠的反渗反应箱（4），反渗反应箱（4）的滑槽与竖直滑轨（3）滑动配合。
3.根据权利要求2所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述反渗反应箱（4）中，同一列上下相邻的反渗反应箱（4）之间填充有膨润土，同一列反渗反应箱（4）与竖格（11）之间填充有膨润土。
4.根据权利要求1所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述透水层（2）为笼状格栅透水坝墙，内坡面为垂面的梯形结构，笼状格栅透水坝墙内部填充砾石，砾石粒径为5~10mm。
5.根据权利要求1所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述反渗层（6）为砂石层，砂石粒径为0.2~0.5mm，且D15/d85≤4, D15/d15≥5，其中D15为反渗层添加的滤料粒径，小于该粒径的土占总土量的15%；d85为被保护土的粒径，小于该粒径的土占总土重的85%；d15为被保护土的粒径，小于该粒径的土占总土重的15%，被保护土为尾矿库。
6.根据权利要求1所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述反应层（7）为固体填料层，固体填料层是由吸附剂、还原性物料、承托性粒料按质量比1:8:10混合构成。
7.根据权利要求1、2或3所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于还包括排水系统，排水系统包括设置于透水层（2）底部的排水管（13），排水管（13）出水端与收集池（14）连接。
8.根据权利要求1、2或3所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述反渗反应箱（4）的右区域、左区域分别设有U形反冲管（12），U形反冲管（12）上均布有反冲孔。
9.根据权利要求1、2或3所述尾矿库重金属污染及地质灾害防治系统，其特征在于所述反渗反应箱（4）顶部设有监测检查孔（15）。
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Application publication date: 20191008

Assignee: Huanze energy saving and environmental protection technology Yunnan Co.,Ltd.

Assignor: Kunming University of Technology Asset Management Co.,Ltd.

Contract record no.: X2022530000008

Denomination of invention: A heavy metal pollution and geological disaster prevention system for tailings pond

Granted publication date: 20200915

License type: Common License

Record date: 20221228

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