CN110950464A - 一种矿井酸性含铁废水处理方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井酸性含铁废水处理方法及其系统，采用价格低廉的石灰石碎石进行pH值预调节，再通过粉煤灰滤料将pH调节至6以上，通过多级生态跌水渠道，增加废水中氧气含量，再经过锰砂接触，发生催化氧化反应，去除水中的铁。调节滤池和接触滤池设有间隔，内形成S形的迂回水流方向，使废水与粉煤灰和锰砂滤料充分接触，进一步提升中和反应、催化氧化反应效果。本发明的电力、外用耗材用量极少，日常运行无需人员值守，只需定期清理沉淀池中的污泥，特别适用于交通不便、无人值守的野外环境。整体投资和后期运行维护费用较目前的污水处理设施可大幅度降低，对实现煤矿井废水的达标排放和环境保护都具有很好的推广价值。
Description
技术领域
本发明涉及矿井酸性废水处理技术领域，尤其是一种矿井酸性含铁废水处理方法及其系统。
背景技术
矿井产生的酸性废水的pH值很低，并含有铁、铅、砷、镉、铜等，对地下水资源和生态环境产生严重的危害。特别是地处山区的废弃矿井，涌水点分散，交通用电不便，污水处理设施建设成本高，运行维护难度大，以成为当地亟待解决的生态环境问题。
目前，通常采用建设专门的污水处理厂，采用纯化学反应工艺处理酸性含铁废水：一般首先投加碱性药剂中和废水中的酸，同时与铁离子反应，形成氢氧化铁，继续投加絮凝剂，进一步使氢氧化铁形成沉淀，再通过沉淀池实现泥水分离的方式处理废水。但矿井大都地处偏远山区，交通、用电不便，污水处理厂建设投资很大，同时， 废水处理厂日常运行的大功率用电、处理药剂、运维人员等方面的成本也很高。因此，亟待开发一种适用于矿井野外环境、日常运行费用低、人工维护少的矿井废水处理工艺及其系统。
发明内容
为了克服背景技术中的技术问题，本发明提供了一种矿井酸性含铁废水处理方法及其系统。本方法采用石灰石碎石进行pH值预调节，再通过粉煤灰滤料将pH值调节至6以上，通过多级跌水渠道曝气，增加废水中氧气含量，再经过锰砂滤料接触，发生催化氧化反应，去除水中的铁。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种矿井酸性含铁废水处理方法，处理方法步骤依次如下：矿井废水收集后，先采用石灰石碎石进行pH值预调节，再通过粉煤灰滤料将pH值调节至6以上；而后通过多级跌水进行曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；再采用锰砂滤料通过接触氧化法去除水中的铁；用石英砂进行过滤上清液，进一步降低悬浮物浓度后完成废水处理。
优选的，所述粉煤灰滤料和锰砂滤料可进行气-水反冲洗，疏通沉积物、恢复过滤能力，反冲洗的废水经沉淀后的上清液返回再进行重新初始处理。气-水反冲洗的周期根据废水处理量、废水浓度进行现场调整。
进一步优选的，废水处理方法具体步骤如下：
步骤A、矿井废水收集：将分散的矿井涌出的废水进行汇集至井口收集池中；
步骤B、pH值预调节：废水通入铺有石灰石碎石的集水池中，石灰石与呈酸性的废水进行初步反应；
步骤C、pH值调节：将步骤B处理后的废水通入铺有粉煤灰滤料的调节滤池，将pH值调节至6以上；
步骤D、跌水曝气：调节滤池出水进入多级跌水渠道，利用落差，对废水进行跌水曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；
步骤E、催化氧化：将步骤D处理后的废水通入铺有锰砂滤料的接触滤池，使废水与锰砂滤料充分接触，发生催化氧化反应，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁；
步骤F、过滤排放：将接触滤池内的上清液导流至铺有石英砂的砂滤池进行过滤，进一步降低悬浮物浓度并同时降低色度后，完成废水处理；
步骤G、滤料反冲洗：通过向所述铺有粉煤灰滤料的调节滤池和铺有锰砂滤料的接触滤池的池底泵入清水和空气，对粉煤灰滤料和锰砂滤料进行气-水反冲洗，疏通粉煤灰滤料和锰砂滤料，恢复过滤能力；反冲洗后的废水通入多级沉淀池，经沉淀后上清液返回通入至所述集水池重新处理。
优选的，所述步骤B中石灰石碎石的粒径范围为10～30mm。既增大比表面积，又不易发生堵塞。
优选的，所述步骤C中粉煤灰滤料的粒径范围为3～5mm。既增大比表面积，又不易发生堵塞。
优选的，所述步骤E中锰砂滤料的粒径范围为3～5mm。既增大比表面积，又不易发生堵塞。
本发明进一步提供一种矿井酸性含铁废水处理系统，包括井口收集池、集水池、调节滤池、多级跌水渠道、接触滤池、第一平流沉淀池、第二平流沉淀池和砂滤池；
所述井口收集池出水口通过管道连接集水池进水口，所述集水池出水口通过管道连接调节滤池进水口，所述集水池内铺有石灰石碎石，所述调节滤池内铺有粉煤灰滤料；
所述调节滤池通过多级跌水渠道连接接触滤池，所述接触滤池内铺有锰砂滤料；
所述接触滤池出水口通过管道连通砂滤池进水口；所述砂滤池内铺有石英砂；
所述调节滤池通过管道连接第一平流沉淀池进水口，第一平流沉淀池的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池；
所述接触滤池通过管道连接第二平流沉淀池进水口，第二平流沉淀池的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池。
优选的，所述调节滤池内设有若干间隔，间隔之间设置有底部进水、上部出水左右交错的进出水口，形成S形的迂回水流方向，进一步加大与粉煤灰滤料的接触面积和接触时间以实现充分反应；所述调节滤池的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管，通过气-水反冲洗疏通沉积物、恢复滤料的过滤能力。
优选的，所述接触滤池内设有若干间隔，间隔之间设置有底部进水、上部出水左右交错的进出水口，形成S形的迂回水流方向，进一步加大与锰砂滤料的接触面积和接触时间以实现充分反应；所述接触滤池的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管，通过气-水反冲洗疏通沉积物、恢复滤料的过滤能力。
优选的，所述砂滤池内铺有的石英砂的粒径范围为3～5mm。既增大比表面积，又不易堵塞。
优选的，所述井口收集池可为多个。可用于相对集中的多矿井集中的废水处理。
本发明采用价格低廉的石灰石碎石进行pH值预调节，再利用粉煤灰滤料将pH值调节至6以上。调节滤池内设有若干间隔，采用S形的迂回水流设计，使废水与粉煤灰充分反应，进一步提升pH值。其反应原理如下：
CaCO3+2H+═Ca2++CO2↑+H2O
CaO+H2O═Ca(OH)2
Ca(OH)2+2H+═Ca2++ 2H2O
采用多级跌水渠道，利用落差进行跌水曝气，使水与空气进行充分接触，提升水中溶解氧含量，为后续催化氧化反应做准备。
采用的锰砂滤料是以天然锰矿石为原料，经破碎、水洗打磨除杂、干燥、磁选、筛分、除尘等工艺制成。把加工好的锰砂按一定的级配调制成具有水处理滤料的级配比例，锰砂滤料的粒径范围为3～5mm；使它在单位体积内有最大的比表面积和截污能力。锰砂滤料的除铁机理是采用接触氧化法，锰砂除铁是利用天然锰砂中二氧化锰的催化氧化作用，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁，然后通过石英砂过滤去除。产生除铁不是锰砂本身，而是通过锰砂表面沉积的棕黄色活性滤膜完成的，锰砂滤料产生除铁的活性滤膜通常在废水中30～40天，即可达到最佳的除铁效果。
充氧后的废水自然流入接触滤池，内设有若干间隔，进出口采用形成S形的迂回水流的设计，使废水与锰砂滤料充分接触，发生催化氧化反应，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁。将接触滤池内的上清液导流至砂滤池，通过石英砂对上清液进行过滤，进一步降低悬浮物浓度并同时降低色度，完成废水的处理过程。
本发明的有益效果是：本发明采用价格低廉的石灰石碎石对酸性废水进行pH值预调节，再利用粉煤灰滤料将pH值调节至6以上，再通过锰砂滤料进行除铁。
采用多级跌水渠道，利用落差，进行跌水曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量，为后续催化氧化反应做准备。
采用锰砂滤料的除铁原理是接触氧化法，锰砂除铁是利用天然锰砂中二氧化锰的催化氧化作用，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁，然后通过过滤去除非溶解态的三价铁。
调节滤池和接触滤池设有间隔，间隔之间设置有底部进水、上部出水左右交错的进出水口，形成S形的迂回水流方向，使废水与粉煤灰和锰砂滤料充分接触。
粉煤灰滤料和锰砂滤料进行气－水反冲洗，疏通沉积物、恢复过滤能力，反冲洗的废水经沉淀后的上清液返回再进行重新初始处理。气－水反冲洗增加了过滤效果，同时大大延长了粉煤灰滤料和锰砂滤料使用周期，大大降低了使用成本和运输成本。
本发明的电力、外用耗材用量极少，日常运行无需人员值守，只需定期清理沉淀池中的污泥，特别适用于交通不便、无人值守的偏远的野外环境。整体投资较目前的污水处理设施可大幅度降低，同时运行维护成本和耗材的运输成本较低，对实现煤矿井废水的达标排放和环境保护都具有很好的推广价值。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
图中零部件及编号：
1-井口收集池；2-集水池；3-调节滤池；4-多级跌水渠道；5-接触滤池；6-第一平流沉淀池；7-第二平流沉淀池；8-砂滤池。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明的一种矿井酸性含铁废水处理方法及其系统，但不用来限制本发明的保护范围。
一种矿井酸性含铁废水处理方法，处理步骤依次如下：矿井废水收集后，先采用石灰石碎石进行pH值预调节，再通过粉煤灰滤料将pH值调节至6以上；而后通过多级跌水进行曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；再采用锰砂滤料通过接触氧化法去除水中的铁；用石英砂进行过滤上清液，进一步降低悬浮物浓度后完成废水处理。
所述粉煤灰滤料和锰砂滤料可进行气-水反冲洗，疏通沉积物、恢复过滤能力，反冲洗的废水经沉淀后的上清液返回再进行重新初始处理。
如图1所示，一种矿井酸性含铁废水处理系统，包括井口收集池1、集水池2、调节滤池3、多级跌水渠道4、接触滤池5、第一平流沉淀池6、第二平流沉淀池7和砂滤池8；
所述井口收集池1出水口通过管道连接集水池2进水口，所述集水池2出水口通过管道连接调节滤池3进水口，所述集水池2内铺有石灰石碎石，所述调节滤池3内铺有粉煤灰滤料；
所述调节滤池3通过多级跌水渠道4连接接触滤池5，所述接触滤池5内铺有锰砂滤料；
所述接触滤池5出水口通过管道连通砂滤池8进水口；所述砂滤池8内铺有石英砂；
所述调节滤池3通过管道连接第一平流沉淀池6进水口，第一平流沉淀池6的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池2；
所述接触滤池5通过管道连接第二平流沉淀池7进水口，第二平流沉淀池7的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池2。
所述调节滤池3内设有若干间隔，间隔之间设置有底部进水、上部出水左右交错的进出水口，形成S形的迂回水流方向，进一步加大与粉煤灰滤料的接触面积和接触时间；所述调节滤池3的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管。通过气-水反冲洗，疏通沉积物、恢复滤料的过滤能力。
所述接触滤池5内设有若干间隔，间隔之间设置有底部进水、上部出水左右交错的进出水口，形成S形的迂回水流方向，进一步加大与锰砂滤料的接触面积和接触时间；所述接触滤池5的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管。通过气-水反冲洗，疏通沉积物、恢复滤料的过滤能力。
所述砂滤池8内的石英砂的粒径范围为3～5mm。
在矿井较为集中的区域，井口收集池1为多个，便于对矿井废水进行集中处理。
实施过程
本矿井酸性含铁废水处理方法具体步骤如下：
步骤A、矿井废水收集：将分散的矿井涌出的废水进行汇集至井口收集池1中；
步骤B、pH值预调节：废水通入铺有石灰石碎石的集水池2中，石灰石与呈酸性的废水进行初步反应；
步骤C、pH值调节：将步骤B处理后的废水通入铺有粉煤灰滤料的调节滤池3，将pH值调节至6以上；废水与粉煤灰充分反应，进一步提升pH值。同时，其反应原理如下：
CaCO3+2H+═Ca2++CO2↑+H2O
CaO+H2O═Ca(OH)2
Ca(OH)2+2H+═Ca2++ 2H2O；
步骤D、跌水曝气：调节滤池3出水进入多级跌水渠道4，利用落差，对废水进行跌水曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；
步骤E、催化氧化：将步骤D处理后的废水通入铺有锰砂滤料的接触滤池5，使废水与锰砂滤料充分接触，发生催化氧化反应，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁；
步骤F、过滤排放：将接触滤池5内的上清液导流至铺有石英砂的砂滤池8进行过滤，进一步降低悬浮物浓度并同时降低色度后，完成废水处理；
步骤G、滤料反冲洗：系统使用一段时间后，通过对粉煤灰滤料和锰砂滤料进行气-水反冲洗，疏通沉积物防止堵塞，恢复过滤能力；
通过调节滤池3和接触滤池5底部设有的用于进行反冲洗的进水管和进气管，向所述铺有粉煤灰滤料的调节滤池3和铺有锰砂滤料的接触滤池5的池底泵入清水和空气，对粉煤灰滤料和锰砂滤料进行气-水反冲洗，疏通粉煤灰滤料和锰砂滤料；调节滤池3反冲洗后的废水通入第一平流沉淀池6，接触滤池5反冲洗后的废水通入第二平流沉淀池7；第一平流沉淀池6和第二平流沉淀池7经沉淀后上清液通过管道泵送返回通入至所述井口集水池1进行重新处理。
所述步骤B中石灰石碎石的粒径范围为10～30mm。
所述步骤C中粉煤灰滤料的粒径范围为3～5mm。
所述步骤E中锰砂滤料的粒径范围为3～5mm。
在矿井较为集中的区域，井口收集池1为多个。便于对矿井废水进行集中处理。
本发明所需的电力、外用耗材用量极少，日常运行无需人员值守，只需定期清理沉淀池中的污泥，特别适用于交通不便、无人值守的偏远的野外矿井环境。整体投资较目前的污水处理设施可大幅度降低，同时运行维护成本较低，对实现煤矿井废水的达标排放和环境保护都具有很好的推广价值。
Claims (10)
1.一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，处理方法步骤依次如下：矿井废水收集后，先采用石灰石碎石进行pH值预调节，再通过粉煤灰滤料将pH值调节至6以上；而后通过多级跌水进行曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；再采用锰砂滤料通过接触氧化法去除水中的铁；用石英砂进行过滤上清液，进一步降低悬浮物浓度后完成废水处理。
2.根据权利要求1所述的一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，所述粉煤灰滤料和锰砂滤料可进行气-水反冲洗，疏通沉积物、恢复过滤能力，反冲洗的废水经沉淀后的上清液返回再进行重新初始处理。
3.根据权利要求1所述的一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，废水处理方法具体步骤如下：
步骤A、矿井废水收集：将分散的矿井涌出的废水进行汇集至井口收集池中；
步骤B、pH值预调节：废水通入铺有石灰石碎石的集水池中，石灰石与呈酸性的废水进行初步反应；
步骤C、pH值调节：将步骤B处理后的废水通入铺有粉煤灰滤料的调节滤池，将pH值调节至6以上；
步骤D、跌水曝气：调节滤池出水进入多级跌水渠道，利用落差，对废水进行跌水曝气，使废水与空气进行充分接触，提升废水中溶解氧含量；
步骤E、催化氧化：将步骤D处理后的废水通入铺有锰砂滤料的接触滤池，使废水与锰砂滤料充分接触，发生催化氧化反应，将溶解态的Fe2+氧化为非溶解态的三价铁；
步骤F、过滤排放：将接触滤池内的上清液导流至铺有石英砂的砂滤池进行过滤，进一步降低悬浮物浓度并同时降低色度后，完成废水处理；
步骤G、滤料反冲洗：通过向所述铺有粉煤灰滤料的调节滤池和铺有锰砂滤料的接触滤池的池底泵入清水和空气，对粉煤灰滤料和锰砂滤料进行气-水反冲洗，疏通粉煤灰滤料和锰砂滤料，恢复过滤能力；反冲洗后的废水通入多级沉淀池，经沉淀后上清液返回通入至所述集水池重新处理。
4.根据权利要求3所述的一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，所述步骤B中石灰石碎石的粒径范围为10～30mm。
5.根据权利要求3所述的一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，所述步骤C中粉煤灰滤料的粒径范围为3～5mm。
6.根据权利要求3所述的一种矿井酸性含铁废水处理方法，其特征在于，所述步骤E中锰砂滤料的粒径范围为3～5mm。
7.一种矿井酸性含铁废水处理系统，其特征在于，包括井口收集池（1）、集水池（2）、调节滤池（3）、多级跌水渠道（4）、接触滤池（5）、第一平流沉淀池（6）、第二平流沉淀池（7）和砂滤池（8）；
所述井口收集池（1）出水口通过管道连接集水池（2）进水口，所述集水池（2）出水口通过管道连接调节滤池（3）进水口，所述集水池（2）内铺有石灰石碎石，所述调节滤池（3）内铺有粉煤灰滤料；
所述调节滤池（3）通过多级跌水渠道（4）连接接触滤池（5），所述接触滤池（5）内铺有锰砂滤料；
所述接触滤池（5）出水口通过管道连通砂滤池（8）进水口；所述砂滤池（8）内铺有石英砂；
所述调节滤池（3）通过管道连接第一平流沉淀池（6）进水口，第一平流沉淀池（6）的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池（2）；
所述接触滤池（5）通过管道连接第二平流沉淀池（7）进水口，第二平流沉淀池（7）的出水口通过设有水泵的管道连接至集水池（2）。
8.根据权利要求7所述的一种矿井酸性含铁废水处理系统，其特征在于，所述调节滤池（3）的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管。
9.根据权利要求7所述的一种矿井酸性含铁废水处理系统，其特征在于，所述接触滤池（5）的底部设有用于进行反冲洗的进水管和进气管。
10.根据权利要求7～9任一项所述的一种矿井酸性含铁废水处理系统，其特征在于，所述井口收集池（1）为多个。
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