CN110619970A - 基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池 - Google Patents

基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池 Download PDF

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彭国文
何淑雅
黄召
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Abstract

本发明公开了基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，属于铀处理领域，基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，包括滤池本体，滤池本体包括外隔离池体和内隔离池体，外隔离池体与内隔离池体之间形成腔道，位于分散层上端的通孔处种植有吸铀植物，吸铀植物的根伸入分散层内侧和腔道内侧并布满分散层内侧和腔道内侧，在分散层内侧和腔道内侧形成再生型铀辐射隔离层，利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；栽培植被的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。

Description

基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池
技术领域
本发明涉及铀处理领域，更具体地说，涉及基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池。
背景技术
铀是一种放射性物质，也是一种重要的能源物质，在水体和土壤中大多以铀酰离子(UO22+)形式存在。随着核工业的快速发展及废旧核设施的退役，一些含铀(VI)废水已给环境和人类带来了较为严重的危害，铀(VI)通常由食物链蓄积在人体肝脏和骨骼中，可诱发肺癌、肝癌、胰腺癌等多种疾病。人们在放射性废水尤其是含铀(VI)废水的处理方面,目前主要有混凝沉淀、化学沉淀、萃取、膜分离、氧化还原、沉降-结晶、凝结-絮凝、物理吸附、离子交换、电化学处理、蒸发浓缩、渗析及反渗透等方法，这些传统方法虽在一定程度取得了较好效果，但普遍存在产生的泥浆量较大,工艺流程冗长,后续处理烦琐，成本高以及二次污染等，尤其对含低/微量铀(VI)废水的处理效果很一般，正因如此，它们的应用便受到极大限制。
低浓度酸性含铀废水包括含铀的矿山水和后处理工艺工厂的外排废水，其中除放射性元素外还包括重金属。这种废水含铀的质量浓度约为1-5mg/L，远远高于国家排放标准(0.05mg/L)。酸性废水中的pH约2-4，铀一般以六价形式(UO22+)存在，所以对于酸性废水，铀比较容易弥散、迁移。由于排放源的不同，水体中铀的浓度也不尽相同，四价铀容易与无机碳形成稳定的络合物，最终形成沉淀，而六价铀可溶性较好，不容易去除，水体除铀主要指的是去除六价铀及其化合物。
针对上述低浓度酸性含铀废水的处理问题，中国专利公开号为CN106024086B公开了用于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物滤池，包括：池体，其内部提供一厌氧环境；进水管，其与池体的下部液体连通，且在连通处形成进水口，进水口设置在池体侧壁的一侧；出水管，其与池体的上部液体连通，且在连通处形成出水口，进水口、出水口与池体内部形成水流路径，出水口与进水口设置在池体侧壁的不同侧；其包括纳米零价铁和结合于纳米零价铁之上的硫酸盐还原菌，过滤层设置在池体中，且位于水流路径上，以除去流经其的酸性含铀废水中的铀，且在沿水流路径的方向上，过滤层的厚度不少于2米。本发明利用纳米零价铁结合硫酸盐还原菌较强的吸附、还原性能，将六价铀吸附固定或还原成四价铀，形成沉淀，达到去除铀的效果。
由于铀是一种放射性元素，考虑到安全因素，上述公开的专利仅在池体的周围砌上一层钢筋混凝土墙体，墙体厚度设置为240mm，以此隔离辐射。但是混凝土墙体长时间使用之后，其内部容易腐坏，隔离辐射的性能变差，重新，另外，方案中的池体对铀辐射的隔离作用较差，造成池体周围的土壤受到严重的铀辐射。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，它将传统的滤池池体分为两层，在两层池体之间设置由吸铀植物根系构成的再生型铀辐射隔离层，一方面利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；另一方面利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；另外，栽培植被的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，包括滤池本体，所述滤池本体内侧由下而上依次设置有承托层、过滤层、稳定水层和分散层，所述分散层固定连接于滤池本体的顶端，所述分散层为中空型，且分散层上下两端均开凿有通孔，所述滤池本体包括外隔离池体和内隔离池体，所述外隔离池体与内隔离池体之间形成腔道，所述腔道通过通孔与分散层内部相连通，所述分散层内侧和腔道中均填充有沙子，位于所述分散层上端的通孔处种植有吸铀植物，吸铀植物的根伸入分散层内侧和腔道内侧并布满分散层内侧和腔道内侧，在分散层内侧和腔道内侧形成再生型铀辐射隔离层，所述分散层上端固定连接有检测装置，所述滤池本体侧端由上而下依次固定连通有出水管、取样管和进水管，所述进水管与承托层相对应，且进水管上固定连通有冲洗管，所述出水管、取样管、进水管和冲洗管上均连接有控制阀，它将传统的滤池池体分为两层，在两层池体之间设置由吸铀植物根系构成的再生型铀辐射隔离层，一方面利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；另一方面利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；另外，栽培植被的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。
进一步的，所述取样管设置有多个，且多个取样管自上而下均匀排布于滤池本体侧端，便于不同位置的取样。
进一步的，所述分散层上端固定连接有种植围挡，种植围挡一方面可阻碍铀植物的过分生长，另一方面有利于铀植物的种子收集。
进一步的，所述分散层下端开凿有引水孔，所述引水孔中固定塞设有供水绳，所述供水绳的一端延伸至稳定水层中，所述供水绳的另一端延伸至分散层内侧的沙层中。
进一步的，所述分散层的沙层分为粗沙层和细沙层，且粗沙层覆盖于细沙层上侧，粗沙层中的粗沙粒径较大，方便铀植物根系的延伸。
进一步的，所述细沙层的沙子粒径为0.16mm，且细沙层厚度为粗沙层厚度的三分之一，粒径为0.16mm的沙子构成的细沙层吸水性较佳，可保证稳定水层中的水分通过供水绳顺利浸湿细沙层，通过细沙层向吸铀植物自供水，且与普通的水分不同，该稳定水层中的水含有一定的铀元素，可促进铀植物的生长。
进一步的，所述分散层中的粗沙层和腔道中的沙层的沙子粒径均为0.5-1mm，保证合理的粒径可使得吸铀植物根部的顺利延伸，粒径过大则不利于吸铀植物根部的生长，粒径过小则限制了吸铀植物根部的顺利延伸。
进一步的，所述分散层和腔道中的沙子均占分散层和腔道内部空间的4/5-5/6，留有一定的空间供吸铀植物根部的延伸，该空间过小不利于吸铀植物根部的顺利延伸，空间过大不能保证腔道的强度。
进一步的，所述吸铀植物为杂交型风滚草，近年有报道风滚草可对铀具有良好的吸附作用，且风滚草可利用铀元素促进其自身生长。
进一步的，所述外隔离池体和内隔离池体内部均设置有加固骨架，所述外隔离池体的厚度小于内隔离池体的厚度，外隔离池体和内隔离池体的厚度之和小于传统池体的厚度，可一定程度上节约池体制作用料，节约成本。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)本方案将传统的滤池池体分为两层，在两层池体之间设置由吸铀植物根系构成的再生型铀辐射隔离层，一方面利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；另一方面利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；另外，栽培植被的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。
(2)取样管设置有多个，且多个取样管自上而下均匀排布于滤池本体侧端，便于不同位置的取样。
(3)分散层上端固定连接有种植围挡，种植围挡一方面可阻碍铀植物的过分生长，另一方面有利于铀植物的种子收集。
(4)分散层下端开凿有引水孔，引水孔中固定塞设有供水绳，供水绳的一端延伸至稳定水层中，供水绳的另一端延伸至分散层内侧的沙层中。
(5)分散层的沙层分为粗沙层和细沙层，且粗沙层覆盖于细沙层上侧，粗沙层中的粗沙粒径较大，方便铀植物根系的延伸，细沙层的沙子粒径为0.16mm，且细沙层厚度为粗沙层厚度的三分之一，粒径为0.16mm的沙子构成的细沙层吸水性较佳，可保证稳定水层中的水分通过供水绳顺利浸湿细沙层，通过细沙层向吸铀植物自供水，且与普通的水分不同，该稳定水层中的水含有一定的铀元素，可促进铀植物的生长，分散层中的粗沙层和腔道中的沙层的沙子粒径均为0.5-1mm，保证合理的粒径可使得吸铀植物根部的顺利延伸，粒径过大则不利于吸铀植物根部的生长，粒径过小则限制了吸铀植物根部的顺利延伸。
附图说明
图1为本发明的结构示意图之一；
图2为本发明的结构示意图之一；
图3为本发明的结构示意图之一；
图4为图3中A处的结构示意图；
图5为本发明的滤池本体的截面结构示意图。
图中标号说明：
1滤池本体、101外隔离池体、102内隔离池体、103腔道、2过滤层、3承托层、4分散层、5进水管、6冲洗管、7出水管、8取样管、9种植围挡、10检测装置、11稳定水层、12供水绳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1，基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，包括滤池本体1，滤池本体1内侧由下而上依次设置有承托层3、过滤层2、稳定水层11和分散层4，过滤层2设置在池体中，且位于水流路径上，以除去流经其的酸性含铀废水中的铀，且在沿水流路径的方向上，过滤层2的厚度不少于两米，分散层4固定连接于滤池本体1的顶端，分散层4为中空型，且分散层4上下两端均开凿有通孔，滤池本体1包括外隔离池体101和内隔离池体102，外隔离池体101与内隔离池体102之间形成腔道103，腔道103通过通孔与分散层4内部相连通，请参阅图3和图5，分散层4内侧和腔道103中均填充有沙子，分散层4为可隔离铀辐射的混凝土层，对比专利方案中的混凝土隔离层厚度为240mm，而本方案中的分散层4厚度则远远小于240mm，节约隔离辐射的混凝土材料的同时增强了其自身隔离铀辐射的强度，位于分散层4上端的通孔处种植有吸铀植物，吸铀植物为杂交型风滚草，近年有报道风滚草可对铀具有良好的吸附作用，且风滚草可利用铀元素促进其自身生长，现有的风滚草一半长势迅猛，大的可以达到汽车大小，不方便后期清理，而通过杂交手段有望抑制其过分生长的特性，可控制其生长，方便管理，吸铀植物的根伸入分散层4内侧和腔道103内侧并布满分散层4内侧和腔道103内侧，在分散层4内侧和腔道103内侧形成再生型铀辐射隔离层，请参阅图2，分散层4上端固定连接有检测装置10，滤池本体1侧端由上而下依次固定连通有出水管7、取样管8和进水管5，进水管5与承托层3相对应，且进水管5上固定连通有冲洗管6，出水管7、取样管8、进水管5和冲洗管6上均连接有控制阀，它将传统的滤池池体分为两层，在两层池体之间设置由吸铀植物根系构成的再生型铀辐射隔离层，一方面利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；另一方面利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；另外，吸铀植物的种子作为再生型铀辐射隔离层形成的前提条件，吸铀植物的根系腐烂于沙子中可自动作为下一批吸铀植物生长的肥料；栽培吸铀植物的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。
请参阅图1、图2和图3，取样管8设置有多个，且多个取样管8自上而下均匀排布于滤池本体1侧端，便于不同位置的取样。
请参阅图1、图2和图3，分散层4上端固定连接有种植围挡9，种植围挡9一方面可阻碍铀植物的过分生长，另一方面有利于铀植物的种子收集。
请参阅图4，分散层4下端开凿有引水孔，引水孔中固定塞设有供水绳12，供水绳12的一端延伸至稳定水层11中，供水绳12的另一端延伸至分散层4内侧的沙层中；分散层4的沙层分为粗沙层和细沙层，且粗沙层覆盖于细沙层上侧，粗沙层中的粗沙粒径较大，方便铀植物根系的延伸；细沙层的沙子粒径为0.16mm，且细沙层厚度为粗沙层厚度的三分之一，粒径为0.16mm的沙子构成的细沙层吸水性较佳，可保证稳定水层11中的水分通过供水绳12顺利浸湿细沙层，通过细沙层向吸铀植物自供水，无需人工浇水施肥，大大节约管理成本，且来自稳定水层11中的水分与普通的水分不同，该稳定水层11中的水含有一定的铀元素，可促进铀植物的生长。
分散层4中的粗沙层和腔道103中的沙层的沙子粒径均为0.5-1mm，保证合理的粒径可使得吸铀植物根部的顺利延伸，粒径过大则不利于吸铀植物根部的生长，粒径过小则限制了吸铀植物根部的顺利延伸。
分散层4和腔道103中的沙子均占分散层4和腔道103内部空间的4/5-5/6，留有一定的空间供吸铀植物根部的延伸，该空间过小不利于吸铀植物根部的顺利延伸，空间过大不能保证腔道103的强度。
隔离池体101和内隔离池体102均为可隔离铀辐射的混凝土层，外隔离池体101和内隔离池体102内部均设置有加固骨架，外隔离池体101的厚度小于内隔离池体102的厚度，外隔离池体101和内隔离池体102的厚度之和小于传统池体的厚度，可一定程度上节约池体制作用料，节约成本。
本发明将传统的滤池池体分为两层，在两层池体之间设置由吸铀植物根系构成的再生型铀辐射隔离层，一方面利用再生型铀辐射隔离层隔离池体内部产生的铀辐射；另一方面利用池体内部产生的微量铀辐射反促进风滚根的生长和再生，进一步降低铀辐射；另外，栽培植被的混凝土层与简单的混凝土层相比，不仅增强了铀辐射的隔离效果，还减少了混凝土用料，节约成本。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，包括滤池本体(1)，其特征在于：所述滤池本体(1)内侧由下而上依次设置有承托层(3)、过滤层(2)、稳定水层(11)和分散层(4)，所述分散层(4)固定连接于滤池本体(1)的顶端，所述分散层(4)为中空型，且分散层(4)上下两端均开凿有通孔，所述滤池本体(1)包括外隔离池体(101)和内隔离池体(102)，所述外隔离池体(101)与内隔离池体(102)之间形成腔道(103)，所述腔道(103)通过通孔与分散层(4)内部相连通，所述分散层(4)内侧和腔道(103)中均填充有沙子，位于所述分散层(4)上端的通孔处种植有吸铀植物，所述分散层(4)上端固定连接有检测装置(10)，所述滤池本体(1)侧端由上而下依次固定连通有出水管(7)、取样管(8)和进水管(5)，所述进水管(5)与承托层(3)相对应，且进水管(5)上固定连通有冲洗管(6)，所述出水管(7)、取样管(8)、进水管(5)和冲洗管(6)上均连接有控制阀。
2.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述取样管(8)设置有多个，且多个取样管(8)自上而下均匀排布于滤池本体(1)侧端。
3.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述分散层(4)上端固定连接有种植围挡(9)。
4.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述分散层(4)下端开凿有引水孔，所述引水孔中固定塞设有供水绳(12)，所述供水绳(12)的一端延伸至稳定水层(11)中，所述供水绳(12)的另一端延伸至分散层(4)内侧的沙层中。
5.根据权利要求4所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述分散层(4)的沙层分为粗沙层和细沙层，且粗沙层覆盖于细沙层上侧。
6.根据权利要求5所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述细沙层的沙子粒径为0.16mm，且细沙层厚度为粗沙层厚度的三分之一。
7.根据权利要求5所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述分散层(4)中的粗沙层和腔道(103)中的沙层的沙子粒径均为0.5-1mm。
8.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述分散层(4)和腔道(103)中的沙子均占分散层(4)和腔道(103)内部空间的4/5-5/6。
9.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述吸铀植物为杂交型风滚草。
10.根据权利要求1所述的基于酸性含铀废水处理的升流式厌氧生物双层滤池，其特征在于：所述外隔离池体(101)和内隔离池体(102)内部均设置有加固骨架，所述外隔离池体(101)的厚度小于内隔离池体(102)的厚度。
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