CN112830635A - 一种酸性废水物理、化学和生物组合处理装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
一种酸性废水物理、化学和生物组合处理装置及处理方法，处理装置包括依次连通的调蓄池、氮气除氧池、厌氧碱性缓释中和沉淀池、跌水暴气段、斜板沉淀池、厌氧生态湿地和干化池；处理方法通过合理控制不同阶段酸性废水中溶解氧含量、过水方式及物理初泥过程，实现全系统中和沉淀、物理除泥及微生物长效运行；实现了碱性材料的长效缓释、厌氧微生物的稳定生长，保证了重金属和无机盐的稳定高效去除；过水方式可实现全套系统低动力运维；物理初泥可保证全套系统的稳定运行；该系统具有工艺简单，维护方便，处理费用低，占地面积小，经处理后的废水达到地表水3类水体排放标准。
Description
技术领域
本发明涉及矿井闭坑后采空空间酸性水外溢至地表后的废水处理领域， 特别涉及一种酸性废水物理、化学和生物组合处理装置及处理方法。
背景技术
随着我国资源枯竭型矿井的增多，大量的产量小、安全无保障的矿井被 关闭。大规模的矿井关闭之后，产生了一系列安全及生态环境问题。其中外 溢的废弃矿井酸性水对地表生态环境影响巨大。矿井关闭后外溢的矿井水一 般具有低pH,高铁、高锰、高硫酸的特点。
现有酸性水处理处理方法主要包括物理法、化学法、生物法；其中物理 法主要指膜处理法、化学法以中和沉淀为主，生物法主要指植物和微生物的 协调处理。
上述酸性废水处理方法，对应的传统工艺主要有膜处理、中和沉淀、电 解、生态处理。其中膜处理是一种物理方法，将污水通过分子量较小的膜， 过滤掉内部的杂质，该方法处理效果较好，但膜的寿命要求较高，成本较高， 一直未能广泛推广；中和沉淀是利用碱性材料中和酸性水，此种方法可减少 酸性水中的重金属，但该方法会产生大量污泥，造成处理系统快速失效，极 易造成二次污染同时处理成本较高；电解法是由工业废水(尤其是电镀废水) 引入酸性水处理的方法，该方法是通过电解水产生氢氧根，中和酸性水，该 方法具有处理迅速的特点，但是也存在处理成本较高，无机盐处理效果较差 的缺点；生态处理主要指湿地，是近年来一直提倡的生物治理方法，是利用 植物、土壤以及微生物组成的自然生态湿地系统的相互协调作用，通过土壤 吸附沉淀、微生物催化作用和植物过滤、吸收等途径净化水体，该方法具有 低成本、投资少、运维简单的特点，但是存在占地面积大的缺点。
专利CN110342676B通过向往废水中投入氧化剂搅拌，提取上清液后加 入聚乙烯醇和分子筛，进一步的取上清液往滤液加入碱，然后加入絮凝剂， 搅拌后过滤，对酸性废水进行治理，该治理方法具有快速、有效、经济环保 的有点，可有效去除酸性废水中的重金属。但是该专利处理酸性水，需投加 大量的药剂，产生泥量较大，易造成次生污染，且该系统需增加搅拌工艺， 导致治理成本增加。
专利CN109607971A将中和法和生态处理组合处理酸性水，酸性水先通 过碱性石灰石、方镁石进行中和处理，处理后的水进入好氧湿地，经处理后 的废水达到地表水Ⅲ类标准，上述方法具有处理费用低、占地面积小的特点， 但是该方法需最低水力停留时间，导致系统占地面积较大，且未设置除泥单 元，碱性材料极易失效。
综上，目前酸性矿山废水处理工艺主要存在污泥量大、处理效率低、处 理系统失效快、硫酸盐去除率差、人工运维、经济成本高除不理想的缺点。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述缺点，提供一种酸性废水 物理、化学和生物组合处理装置及处理方法，该方法通过合理控制不同阶段 酸性废水中溶解氧含量、过水方式及物理初泥过程，实现全系统中和沉淀、 微生物长效运行；其中控制不同阶段溶解氧含量可实现碱性材料的长效缓释、 厌氧微生物的稳定生长，进一步的保证重金属和无机盐的稳定高效去除；过 水方式可实现全套系统低动力运维；物理初泥可保证全套系统的稳定运行； 该系统具有工艺简单，维护方便，处理费用低，占地面积小，经处理后的废 水达到地表水三类水体排放标准。
一种酸性废水物理、化学和生物组合处理方法，系通过合理控制溶解氧含 量、过水方式及物理除泥，实现中和沉淀和厌氧微生物的长期运行，保证重 金属和硫酸盐的除去。该系统可实现低动力、长效、稳定的运行。
一种酸性矿山废水物理、化学、生物组合处理装置，包括调蓄池、氮气 除氧池、厌氧碱性缓释中和沉淀池、跌水暴气段、斜板沉淀池、厌氧生态湿 地和干化池；调蓄池、氮气除氧池、厌氧碱性缓释中和沉淀池、跌水暴气段、 斜板沉淀池和厌氧生态湿地依次连通；
氮气除氧池布设有氮气管道，通过氮气压缩机提供氮气；
调蓄池的底部通过污泥泵和污泥管道与干化池连通；
厌氧碱性缓释中和沉淀池下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料，粒径为 4-8cm的碱性材料上部布设防渗网，防渗网上部覆盖回填土；
跌水暴气段的斜面为填充石料水泥填缝抹面，填充石料水泥填缝抹面具 有凹凸面；
斜板沉淀池的下部为载泥漏斗，中部加装斜板；
厌氧生态湿地的下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料，中部填充有有机 物及厌氧微生物，中部填充有有机物及厌氧微生物上部布设防渗网，防渗网 上部覆盖回填土，回填土上种植有植物；
干化池侧面不同层位留有上清液溢流口，干化池具有清水管道，上清液溢 流口与清水管道的上部连通，清水管道的出水口与斜板沉淀池连通。
所述的干化池上部设置有吸温挡雨棚。
所述的粒径为4-8cm的碱性材料可选用石灰石材料。
一种酸性废水物理、化学和生物组合处理装置的处理方法，该方法是在常 温下进行的，具体步骤如下：
1)、调蓄池用于收集酸性矿山废水，废水进入调蓄池后，初步沉淀1-2 小时，上部清水流入氮气除氧池中，下部的污泥每7-10天通过污泥管道及污 泥泵排放一次，进入干化池。
2)、氮气除氧池用于去除酸性矿山废水中溶解氧，采用氮气压缩机通过 氮气输送管道暴气除氧，除氧时间0.5h-1h，除氧后的酸性水进入厌氧碱性缓 释中和沉淀池中。
3)、厌氧碱性缓释中和沉淀池通过添加粒径4-8cm碱性缓释材料，用于 提高酸性水PH值，碱性缓释材料上部布设防渗网，防渗网上部覆盖回填土， 其目的系隔绝空气，保证厌氧碱性缓释中和沉淀池内的厌氧环境；厌氧碱性 缓释中和沉淀池需满足水力停留时间10h-12h；经过碱性缓释材料的酸性水进 入跌水暴气段。
4)、跌水暴气段用于给酸性废水提供氧气，暴气时间为5-10min；暴气 后的酸性水进入斜板沉淀池物理除泥。
5)、斜板沉淀池用于物理沉泥；通过斜板将水流紊流态改为层流态，通 过将水流紊流态改为层流态去除重金属沉淀及其包裹的硫酸盐沉淀收集于载 泥漏斗内，斜板沉淀池的水流停留时间为3h-4h；经物理除泥的上清液进入厌 氧生态湿地中；经物理除泥的污泥通过污泥管道经污泥泵抽出至干化池中。
6)、厌氧生态湿地用于去除酸性水中无机盐及余下的重金属；下部填充 粒径为4-8cm的碱性缓释材料用于提高酸性废水PH值；中部填充有机物及厌 氧微生物用于去除硫酸盐及重金属；上部铺设防渗网及防渗网上部覆盖回填 土用于隔绝空气，同时为上部植物提供着床环境，厌氧生态湿地的水流停留 时间为20h-24h。所述的回填土可种植经济作物节省土地资源。
7)、干化池对调蓄池及斜板沉淀池的污泥进行收集并干化，调蓄池及斜 板沉淀池的污泥通过污泥管道及污泥泵抽入干化池；上清液通过上清液溢流 口溢流，溢流后的上清液通过清水管道回流至斜板沉淀池；干化池内的污泥 干化7-10天。
本发明的有益效果
1、处理系统可稳定高效运行。
2、重金属及硫酸盐去除效果较好。
3、成本低廉、易于实施。
4、占地面积小。
5、无需人工运维。
附图说明
图1为本发明的结构及流程简图。
图2为图1中的A-A剖面图。
图3为图1中的B-B剖面图。
图4为本发明的流程图。
图5为未采用厌氧条件的碱性材料很快失效照片。
图6为采用厌氧条件的碱性材料保持稳定高效运行照片。
其中：1-调蓄池；2-氮气除氧池；3-厌氧碱性缓释中和沉底池；4-跌水暴 气段；5-斜板沉淀池；6-厌氧生态湿地；7-干化池；8-水流径流方向；9-污泥 径流方向；10-氮气除氧管道；11-4-8cm碱性材料；12-防渗网；13-回填土； 14-填充石料水泥填缝抹面；15-弧形凹凸面；16-载泥漏斗；17-斜板；18- 腐殖质及微生物；19-经济作物；20-污泥泵；21-污泥管道；22-清水管道；23-上清液溢流口；24-吸温遮雨棚；25-制氮机。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，一种酸性矿山废水物理、化学、生物组合处理 装置，包括调蓄池1、氮气除氧池2、厌氧碱性缓释中和沉淀池3、跌水暴气 段4、斜板沉淀池5、厌氧生态湿地6和干化池7；调蓄池1、氮气除氧池2、 厌氧碱性缓释中和沉淀池3、跌水暴气段4、斜板沉淀池5和厌氧生态湿地6 依次连通；
氮气除氧池2布设用氮气输送管道10通过氮气压缩机25提供氮气；
调蓄池1的底部通过污泥泵20和污泥管道21与干化池7连通；
厌氧碱性缓释中和沉淀池3下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料11，粒 径为4-8cm的碱性材料11上部布设防渗网12，防渗网12上部覆盖回填土13；
跌水暴气段4的斜面为填充石料水泥填缝抹面14，填充石料水泥填缝抹 面14具有凹凸面15；
斜板沉淀池5的下部为载泥漏斗(16)，中部加装斜板17；
厌氧生态湿地6的下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料11，中部填充有 有机物及厌氧微生物18，中部填充有有机物及厌氧微生物18上部布设防渗网 12，防渗网12上部覆盖回填土13；回填土13上种植有植物19；
干化池7侧面不同层位留有上清液溢流口23，上清液溢流口23与清水管 道22连通，清水管道22的出水口与斜板沉淀池5连通。
所述的干化池7上部设置有吸温挡雨棚24。
所述的粒径为4-8cm的碱性材料11可选用石灰石材料。
如图1、图2、图3和图4所示，一种酸性废水物理、化学和生物组合处 理装置的处理方法，该方法是在常温下进行的，具体步骤如下：
1)、调蓄池1用于收集酸性矿山废水，废水进入调蓄池1后，初步沉淀 1-2小时，上部清水8流入氮气除氧池2中，下部的污泥9每7-10天通过污 泥管道21及污泥泵20排放一次，进入干化池7。
2)、氮气除氧池2用于去除酸性矿山废水中溶解氧，采用氮气压缩机25 通过氮气输送管道(10)暴气除氧，除氧时间0.5h-1h，除氧后的酸性水进入 厌氧碱性缓释中和沉淀池3中。
3)、厌氧碱性缓释中和沉淀池3通过添加碱性缓释材料11，用于提高酸 性水PH值，碱性缓释材料11上部布设防渗网12上部覆盖回填土13，其目 的系隔绝空气，保证厌氧碱性缓释中和沉淀池3内的厌氧环境；厌氧碱性缓 释中和沉淀池3需满足水力停留时间10h-12h；经过碱性缓释材料的酸性水进 入跌水暴气段4。
4)、跌水暴气段4用于给酸性废水提供氧气，暴气时间为5-10min；暴 气后的酸性水进入斜板沉淀池5物理除泥。
5)、斜板沉淀池5用于物理沉泥；通过斜板17将水流紊流态改为层流 态，通过将水流紊流态改为层流态去除重金属沉淀及其包裹的硫酸盐沉淀收 集于载泥漏斗16中，斜板沉淀池5的水流停留时间为3h-4h；经物理除泥的 上清液进入厌氧生态湿地6中；经物理除泥的污泥9通过污泥管道21经污泥 泵20抽出至干化池7中。
6)、厌氧生态湿地6用于去除酸性水中无机盐及余下的重金属；下部填 充粒径为4-8cm的碱性材料11用于提高酸性废水PH值；中部填充有机物及 厌氧微生物18用于去除硫酸盐及重金属；上部布设防渗网12及防渗网12上 部覆盖回填土13用于隔绝空气，同时为上部植物19提供着床环境，厌氧生 态湿地6的水流停留时间为20h-24h。所述的回填土13可种植经济作物节省 土地资源。
7)、干化池7对调蓄池1及斜板沉淀池5的污泥9进行收集并干化，调 蓄池1及斜板沉淀池5的污泥9通过污泥管道21及污泥泵20抽入干化池7； 上清液通过上清液溢流口溢流23，溢流后的上清液通过清水管道22回流至斜 板沉淀池5；干化池7内的污泥9干化7-10天。
具体实例：
利用本发明之方法对某酸性矿山废水进行治理，设计处理能力为30m3/h, 占地面积约600m2。运行3个月后各单元关键指标见表1和图5、图6所示；
表1：酸性水处理效果
据表1中检测数据及图5和图6可知，该方法具有较高的稳定行，运行三 个月，出水指标依然满足地表水3类水标准。
Claims (4)
1.一种酸性矿山废水物理、化学、生物组合处理装置，其特征在于：包括调蓄池(1)、氮气除氧池(2)、厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)、跌水暴气段(4)、斜板沉淀池(5)、厌氧生态湿地(6)和干化池(7)；调蓄池(1)、氮气除氧池(2)、厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)、跌水暴气段(4)、斜板沉淀池(5)和厌氧生态湿地(6)依次连通；
氮气除氧池(2)中布设氮气输送管道(10)通过氮气压缩机(25)提供氮气；
调蓄池(1)的底部通过污泥泵(20)和污泥管道(21)与干化池(7)连通；
厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料(11)，粒径为4-8cm的碱性材料(11)上部布设防渗网(12)，防渗网(12)上部覆盖回填土(13)；
跌水暴气段(4)的斜面为填充石料水泥填缝抹面(14)，填充石料水泥填缝抹面(14)具有凹凸面(15)；
斜板沉淀池(5)的下部为漏斗状(16)，中部加装斜板(17)；
厌氧生态湿地(6)的下部填充有粒径为4-8cm的碱性材料(11)，中部填充有有机物及厌氧微生物(18)，中部填充有有机物及厌氧微生物(18)上部布设防渗网(12)，防渗网(12)上部覆盖回填土(13)；回填土(13)上种植有植物(19)；
干化池(7)侧面不同层位留有上清液溢流口(23)，干化池(7)具有清水管道(22)，上清液溢流口(23)与清水管道(22)的上部连通，清水管道(22)的出水口与斜板沉淀池(5)连通。
2.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水物理、化学、生物组合处理装置，其特征在于：所述的干化池(7)上部设置有吸温挡雨棚(24)。
3.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水物理、化学、生物组合处理装置，其特征在于：所述的粒径为4-8cm的碱性材料(11)为石灰石材料。
4.权利要求1或2或3所述一种酸性废水物理、化学和生物组合处理装置的处理方法，其特征在于：该方法是在常温下进行的，具体步骤如下：
1)、调蓄池(1)用于收集酸性矿山废水，废水进入调蓄池(1)后，初步沉淀1-2小时，上部清水(8)流入氮气除氧池(2)中，下部的污泥(9)每7-10天通过污泥管道(21)及污泥泵(20)排放一次，进入干化池(7)；
2)、氮气除氧池(2)用于去除酸性矿山废水中溶解氧，采用氮气压缩机(25)通过氮气输送管道(10)暴气除氧，除氧时间0.5h-1h，除氧后的酸性水进入厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)中；
3)、厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)通过添加碱性缓释材料(11)，用于提高酸性水PH值，碱性缓释材料(11)上部铺设防渗网(12)，防渗网(12)上部覆盖回填土(13)，其目的系隔绝空气，保证厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)内的厌氧环境；厌氧碱性缓释中和沉淀池(3)需满足水力停留时间10h-12h；经过碱性缓释材料的酸性水进入跌水暴气段(4)；
4)、跌水暴气段(4)用于给酸性废水提供氧气，暴气时间为5-10min；暴气后的酸性水进入斜板沉淀池(5)物理除泥；
5)、斜板沉淀池(5)用于物理沉泥；通过斜板(17)将水流紊流态改为层流态，通过将水流紊流态改为层流态去除重金属沉淀及其包裹的硫酸盐沉淀收集于载泥漏斗(16)内，斜板沉淀池(5)的水流停留时间为3h-4h；经物理除泥的上清液进入厌氧生态湿地(6)中；经物理除泥的污泥(9)通过污泥管道(21)经污泥泵(20)抽出至干化池(7)中；
6)、厌氧生态湿地(6)用于去除酸性水中无机盐及余下的重金属；下部的粒径为4-8cm的碱性材料(11)用于提高酸性废水PH值；中部的有机物及厌氧微生物(16)用于去除硫酸盐及重金属；防渗网(12)及上部覆盖回填土(13)用于隔绝空气，同时为上部植物(18)提供着床环境，厌氧生态湿地(6)的水流停留时间为20h-24h；
7)、干化池(7)对调蓄池(1)及斜板沉淀池(5)的污泥(9)进行收集并干化，调蓄池(1)及斜板沉淀池(5)的污泥(9)通过污泥管道(21)及污泥泵(20)抽入干化池(7)；上清液通过上清液溢流口(23)溢流，溢流后的上清液通过清水管道(22)回流至斜板沉淀池(5)；干化池(7)内的污泥(9)干化7-10天。
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