CN112624284A

CN112624284A - 一种循环流处理酸性矿山废水的方法

Info

Publication number: CN112624284A
Application number: CN202011393551.0A
Authority: CN
Inventors: 黄家琰; 张瑞雪; 吴攀; 杨艳; 查学芳; 罗光俊
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2020-12-03
Filing date: 2020-12-03
Publication date: 2021-04-09

Abstract

本发明公开了一种循环流处理酸性矿山废水的方法，包括有循环流反应池，所述循环流反应池依次由混合段区域、反应段区域、回流段区域和排泥槽组成，所述混合段区域内设有循环水设备，所述反应段区域由多个V型反应结构组成，每个所述V型反应结构均由填充有碳酸盐岩的箱体组成。本发明直接采用碳酸盐岩矿石作为反应介质，并利用循环水对原废水进行稀释，降低了反应的剧烈程度，可通过设计多级系统，选择不同的停留时间、回流比、曝气量与循环水取水点可实现对不同浓度的酸性矿山废水的有效治理，针对高浓度、低水量的酸性矿山废水更具有效果好、便于维护管理、运行费用较低，抗冲击负荷能力较强的优点。

Description

一种循环流处理酸性矿山废水的方法

技术领域

本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种循环流处理酸性矿山废水的方法。

背景技术

伴随着煤炭及金属矿山的大量开采，一系列的环境问题随之产生，其中，酸性矿山废水就是一个突出的环境问题，酸性矿山废水具有低pH值、高矿化度和腐蚀性强的特点，并携带有大量重金属元素和有害化学物质，导致当地水、土环境和生态系统受到严重的破坏，如大量废弃的小煤窑(矿)数量多、分布广，而且煤矿排水流量大小不一，低者每天数十立方，高者数千上万立方，pH值显酸性(2～6左右)、AMD污染时间长，处理难度大，对环境和人类影响严重。

目前，处理酸性矿山废水的方法主要有中和法、硫化物沉淀法、人工湿地法等。中和法作为一种简便可靠的方法被广泛应用于酸性废水处理中，主要采用石灰作为中和药剂，中和试剂消耗量大时，产生的大量污泥，易对环境造成二次污染；硫化物沉淀法去除效果好，但是pH值难以控制，硫化物沉淀剂较贵，处理成本高；人工湿地法在一些发达国家被广泛用来处理酸性矿坑排水，该法投资少、运行费用低，管理方便，但占地面积大，受环境因素的影响明显，当酸度较高时，改良湿地法处理酸性废水有一定的局限性。为此人们对酸性矿山废水的处理方法仍在持续改进和探索中，以求获得高效、稳定、费低的治理工艺，中国专利公开号CN1618742A公开了一种“有色金属矿山酸性废水源头治理的方法”，其利用有色金属矿山选矿过程中产生的废物以废治废，但此种方法针对有色金属矿山，有一定的局限性；中国专利公开号CN1508079A公开了一种“防止矿山产生酸性废水的方法”，利用石灰乳对矿山四周进行饱和喷淋，在其表面铺设防水材料，该方法能从源头上治理矿山废水，但实施困难，存在一定的风险性；中国专利公开号CN1418831A公开了“一种处理有色金属酸性废水的方法”，其方法为一段石灰中和加二段聚合硫酸铁沉淀处理有色金属酸性废水，此方法污泥量较大，易产生二次污染；中国专利公开号CN102701545A公开了“一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺”，该工艺涉及多种处理方式，并需有生活污水进入，运行管理复杂；中国专利公开号CN102674559A公开了“利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法”及CN10270517A公开了“一种利用有机质及碳酸盐岩联合处理矿山酸性废水的方法”。

现有处理技术中，价格最为便宜的中和剂是碳酸盐岩类反应介质，AMD废水中除含有大量Fe^2+/3+外，通常还含有较高的SO₄ ²⁺，SO₄ ²⁺可与酸碱中和反应生成的Ca²⁺生成CaSO_4。反应生成的Fe(OH)₃等含铁固体与CaSO₄易在碳酸盐岩颗粒表面生成包含多种固体物质的包裹层，阻碍中和反应的持续进行。研究发现，提高废水pH值、增加碳酸盐岩颗粒表面流速可降低碳酸盐岩颗粒表面的Fe^2+/3+与Ca²⁺浓度，进而降低碳酸盐岩颗粒表面富含CaSO₄与含铁固体的包裹层的生成速度，有利于反应的持续进行。

因此，急需发明一种循环流处理酸性矿山废水的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种循环流处理酸性矿山废水的方法，通过直接采用碳酸盐岩矿石作为反应介质，并利用循环水对原废水进行稀释，降低了反应的剧烈程度，可通过设计多级系统，选择不同的停留时间、回流比、曝气量与循环水取水点可实现对不同浓度的酸性矿山废水的有效治理，针对高浓度、低水量的酸性矿山废水更具有效果好、便于维护管理、运行费用较低，抗冲击负荷能力较强的优点，以解决技术中的上述不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种循环流处理酸性矿山废水的方法，包括有循环流反应池，所述循环流反应池依次由混合段区域、反应段区域、回流段区域和排泥槽组成，所述混合段区域内设有循环水设备，所述反应段区域由多个V型反应结构组成，每个所述V型反应结构均由填充有碳酸盐岩的箱体组成，具体操作步骤为：

步骤一：首先将酸性矿山废水引入混合段区域，打开循环水设备，使得循环水与酸性矿山废水进行混合，通过水力搅拌或机械搅拌形成污染物浓度较低、pH较高的混合废水；

步骤二：混合完成后的废水进入反应段，混合废水持续穿过多个V型反应结构，不断提升混合水的pH，促进废水中Fe^2+/3+向Fe(OH)₃等含铁固体转化，降低废水中污染物的含量，同时加入循环水，使较高浓度的酸性废水降低为浓度较低的混合液，并形成较大的流速，降低碳酸盐岩表面包裹体的形成速度；

步骤三：将完成反应的混合废水一部分排入后续沉淀池继续进行后续处理，反应过程中生成的部分可沉物和碳酸盐岩反应残渣会沉淀于排泥槽中，然后通过排泥管将残渣淤泥排出；

步骤四：一部分废水经循环水设备输送至回流段区域，通过提升设备输送至混合段与后续引入的酸性矿山废水进行混合，再次继续上述步骤参与污染物处理。

优选的，所述V型结构的高度尺寸设为60～100mm，厚度尺寸为20～50cm，所述箱体断面形状结构设为上大下小的梯形断面。

优选的，每相邻两个所述V型反应结构之间的间距均设为15～30cm。

在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

本发明通过使酸性矿山废水多次在循环流反应池内进行循环处理，通过在循环中形成多次中和、反应、沉淀过程，在中和过程中不断提升pH，不断促进Fe^2+/3+向Fe(OH)₃等含铁固体转化以及CaSO₄等固体的形成，本方法可通过调整停留时间、曝气量与循环水量，以适应不同浓度的酸性矿山废水，它既可作为反应系统使用，建成单级或多级处理系统，又可用于酸性矿山废水的预反应单元，以达到处理酸性矿山废水的目的，本方法出水pH便于控制，出水pH终点可达到6以上，对铁的去除效果良好，根据停留时间不同，铁去除率有一定差异，足够的停留时间可使Fe离子基本去除完全，较高的进水浓度，通过调节不同的停留时间及循环水量，可获得较高的去除效率，因此本方法中和能力强、基建费用较低、运行费用较低，管理方便，特别适用于高浓度、低水量的酸性矿山废水，能有效改善矿区的生态环境现状，在碳酸盐岩地区有很好的应用前景。

附图说明

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。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的V型反应结构及排泥系统断面示意图。

附图标记说明：

1、循环流反应池；2、混合段区域；3、反应段区域；4、回流段区域；5、V型反应结构；6、排泥槽；7、循环水设备。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

本发明提供了如图1-2所示的一种循环流处理酸性矿山废水的方法，包括有循环流反应池1，所述循环流反应池1依次由混合段区域2、反应段区域3、回流段区域4和排泥槽6组成，所述混合段区域2内设有循环水设备7，所述反应段区域3由多个V型反应结构5组成，每个所述V型反应结构5均由填充有碳酸盐岩的箱体组成，通过碳酸盐岩颗粒持续反应分解后，其所含杂质逐渐从固相中析出，部分生成物亦会沉积于颗粒缝隙之间，大部分颗粒会因水力冲刷和重力作用，从侧面支撑结构中排出，不能排出部分可适时通过外加侧向流水泵进行冲洗即可，具体操作步骤为：

步骤一：首先将酸性矿山废水引入混合段区域2，打开循环水设备7，使得循环水与酸性矿山废水进行混合，通过水力搅拌或机械搅拌形成污染物浓度较低、pH较高的混合废水；

步骤二：混合完成后的废水进入反应段，混合废水持续穿过多个V型反应结构，不断提升混合水的pH，促进废水中Fe^2+/3+向Fe(OH)₃等含铁固体转化，降低废水中污染物的含量，同时加入循环水，使较高浓度的酸性废水降低为浓度较低的混合液，并形成较大的流速，对碳酸盐岩表面形成冲刷，降低碳酸盐岩表面包裹体的形成速度；

步骤三：将完成反应的混合废水一部分排入后续沉淀池继续进行后续处理，反应过程中生成的部分可沉物和碳酸盐岩反应残渣会沉淀于排泥槽4中，然后通过排泥管将残渣淤泥排出；

步骤四：一部分废水经循环水设备7输送至回流段区域4，然后通过提升设备输送至混合段，然后与后续引入的酸性矿山废水进行混合，再次继续上述步骤参与污染物处理。

进一步的，在上述技术方案中，所述箱体的高度尺寸设为60～100cm，厚度尺寸为20～50cm，所述箱体断面形状结构设为上大下小的梯形断面，通过采用上大下小的V型结构，不仅便于碳酸盐岩补充及排渣，而且使混合废水在过水空隙小的区域流动距离短、空隙大的区域加大流动距离，实现V型结构内不同区域过水阻力的相对均匀，且下部较窄，则更有利于冲洗水对箱体底部沉淀的冲洗排出。

进一步的，在上述技术方案中，每相邻两个所述V型反应结构5之间的间距均设为15～30cm，通过两个所述V型反应结构5之间设有间距，从而便于进行排泥。

本发明工作原理：

通过构建一套循环流反应系统，首先并引入酸性矿山废水进入混合段区域2，在混合段区域2循环水与酸性矿山废水进行混合，形成污染物浓度较低、pH较高的混合废水，混合完成后的废水进入反应段区域3，废水经多个充有碳酸盐岩颗粒的V型反应结构5穿过，使得酸性矿山废水与碳酸盐岩不断进行酸碱中和反应，持续进行pH提升，促进废水中Fe^2+/3+向Fe(OH)₃等含铁固体转化，使废水中污染物含量得到降低，因循环水加入后形成的较大流速，促进了碳酸盐岩颗粒表面的水层更新速度，降低碳酸盐岩表层的Fe^2+/3+、Ca²⁺浓度，可有效降低碳酸盐岩表面包裹体的形成速度，完成反应的混合废水一部分排入后续沉淀池继续进行后续处理，另一部分废水则成为循环水进入回流段区域4，通过提升设备重新回到混合段区域2，与新进入的酸性废水进行混合，再次参与污染物处理，混合液处理过程中，生成的部分可沉物和碳酸盐岩反应残渣会沉淀于池底的排泥槽6，再通过排泥管予以排出即可。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种循环流处理酸性矿山废水的方法，包括有循环流反应池(1)，其特征在于：所述循环流反应池(1)依次由混合段区域(2)、反应段区域(3)、回流段区域(4)和排泥槽(6)组成，所述混合段区域(2)内设有循环水设备(7)，所述反应段区域(3)由多个V型反应结构(5)组成，每个所述V型反应结构(5)均由填充有碳酸盐岩的箱体组成，具体操作步骤为：

步骤一：首先将酸性矿山废水引入混合段区域(2)，打开循环水设备(7)，使得循环水与酸性矿山废水进行混合，通过水力搅拌或机械搅拌形成污染物浓度较低、pH较高的混合废水；

步骤二：混合完成后的废水进入反应段，混合废水持续穿过多个V型反应结构(5)，不断提升混合水的pH，促进废水中Fe^2+/3+向Fe(OH)₃等含铁固体转化，降低废水中污染物的含量，因有循环水的加入，可形成较大的流速，降低碳酸盐岩表面包裹体的形成速度；

步骤三：将完成反应的混合废水一部分排入后续沉淀池继续进行后续处理，反应过程中生成的部分可沉物和碳酸盐岩反应残渣会沉淀于排泥槽(4)中，然后通过排泥管将残渣淤泥排出；

步骤四：一部分废水经循环水设备(7)输送至回流段区域(4)，然后通过提升设备输送至混合段，与后续引入的酸性矿山废水进行混合，再次继续上述步骤参与污染物处理。

2.根据权利要求1所述的一种循环流处理酸性矿山废水的方法，其特征在于：所述V型结构的高度尺寸为60～100cm，厚度尺寸为20～50cm，所述箱体断面形状结构设为上大下小的梯形断面。

3.根据权利要求2所述的一种循环流处理酸性矿山废水的方法，其特征在于：每相邻两个所述V型反应结构(5)之间的间距均设为15～30cm。