CN112978895A - 间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法 - Google Patents

间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法，它包括实验水箱，所述实验水箱的侧壁底端设置阀门，所述阀门与所述实验水箱连通；所述实验水箱内设有带孔底板，所述带孔底板靠近所述实验水箱的底面，所述带孔底板与所述实验水箱的底面平行设置；所述实验水箱的侧壁的水平方向均匀设有多个注水孔，所述注水孔设置于所述带孔底板上方，所述注水孔分别与分流装置连通；所述分流装置与所述实验水箱固定的侧壁固定连接，所述分流装置与所述带孔底板平行设置；所述分流装置的两侧分别设置相同高度的石灰石层，所述石灰石层设置于所述带孔底板顶面；本发明通所述过系统间歇式处理定量废水，有效提高酸性矿山废水的处理效率及石灰石利用率。

Description

间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法。
背景技术
酸性矿山废水(Acid mine drainage，AMD)由尾矿中含硫矿石的氧化产生，具有重金属离子浓度高、pH值低等特点，是环境危害最大的一类矿山废水。酸性矿山废水的处理方法可以分为主动处理(active treatment)和被动处理(passive treatment)两种方法。主动处理主要是直接加药中和，存在消耗大量药剂且沉积物过多的问题；生物生态处理主要利用植物和微生物处理，存在着植物和微生物抵抗AMD的能力差处理时间长的问题。所以，众多研究者采用被动(间接)处理，即使用碳酸盐型岩石(CaCO3含量高于90％)作为中和AMD的经济优选方案；在被动处理方法中，最常用的碱性矿物是石灰石。目前，在处理过程中，石灰石的溶解效率低，使得酸性矿山废水的驻留时间较长，导致酸性矿山废水的处理效率较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供间歇式处理酸性矿山废水的系统及方法，显著缩短酸性矿山废水在系统中的驻留时间，提高酸性矿山废水的处理效率。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：间歇式处理酸性矿山废水的系统，包括实验水箱，所述实验水箱的侧壁底端设置阀门，所述阀门与所述实验水箱连通；所述阀门通过电信号与控制器连接，所述控制器设置于所述阀门的上方，所述控制器与所述实验水箱的侧壁固定连接；所述控制器通过电信号与液位传感器连接，所述液位传感器设置于所述阀门所在的所述水箱的内壁；所述实验水箱内设有带孔底板，所述带孔底板靠近所述实验水箱的底面，所述带孔底板与所述实验水箱的底面平行设置；所述实验水箱的侧壁的水平方向均匀设有多个注水孔，所述注水孔设置于所述带孔底板上方，所述注水孔分别与分流装置连通；所述分流装置与所述实验水箱的侧壁固定连接，所述分流装置与所述带孔底板平行设置；所述分流装置的两侧分别设置相同高度的石灰石层，所述石灰石层设置于所述带孔底板顶面。
所述实验水箱用于盛放通过所述分流装置输入的酸性矿山废水，所述石灰石层对通入的酸性矿山废水进行处理，当酸性矿山废水到达一定的深度时，所述液位传感器将信号传递给所述控制器，所述控制器控制所述阀门打开，排放处理后的酸性矿山废水，并当水排尽后，所述液位传感器将信号传输给所述控制器，所述控制器控制所述阀门关闭，重复上述操作，形成间歇式处理废水的模式；显著地提高石灰石对酸性矿山废水的处理效率、石灰石的利用效率，使得酸性矿山废水的PH均呈现出上升趋势，最大增幅为42.22％；Al3+均呈现出下降趋势，由离子态变为了颗粒态，最大降幅为100％，且系统结构简单，所用一起设备少，没有特殊的要求，操作方便。
所述带孔底板包括底板和多个孔洞，所述孔洞呈圆形，所述孔洞的直径小于28cm，所述孔洞均匀设置于所述面板上，控制酸性矿山废水在所述系统中的驻留时间，保证酸性矿山废水与所述石灰石层充分反应。
所述分流装置包括进水管和多个支管，所述进水管穿设于所述实验水箱的侧壁；所述支管分别与所述进水管连通，所述支管与所述注水孔连通，使酸性矿山废水均匀的快速分布于所述石灰石层内进行处理。
间歇式处理酸性矿山废水的方法，包括以下步骤：
S1：关闭阀门，开始计时，同时向进水管中通入酸性矿山废水，酸性矿山废水通过支管均匀分散至石灰石层中；
S2：当酸性矿山废水液面距离实验水箱顶面15-25cm处，停止加酸性矿山废水；
S3：打开阀门，将处理后的酸性矿山废水排出完毕，同时停止计时，重复步骤S1-S2，并测量每次循环排放的酸性矿山废水的pH值和Al3+含量数据；
S4：将得到的数据与时间进行对比分析，确定最佳的循环时间。
本发明从石灰石层中部进水，所述石灰石层的一半高度设定为1个路程，从酸性矿山废水的通入到流出需要经过5个路程，与酸性矿山废水直接经历5个路程而言，酸性矿山废水流经的时间会缩短，从而提高酸性矿山废水的处理效率，同时在进水流速相同的条件下通过控制酸性矿山废水液面高度来控制循环时间，最终确定最佳循环时间，得到最佳处理方案。
进一步的，步骤S1中的组成石灰石层的石灰石中碳酸钙含量高于98％，粒径为28cm，厚度为2cm，密度为2.9g/cm3，莫氏硬度为3.5，保证石灰石层与酸性矿山废水充分反应，提高酸性矿山废水的pH值，沉淀酸性矿山废水中含有的相关金属离子。
进一步的，步骤S2中酸性矿山废水液面到实验水箱顶面的距离优选为20cm；防止通入的酸性矿山废水过多而影响处理效果。
本发明的有益效果是：本发明涉及的系统结构简单，所用仪器设备无特殊要求，操作简单，成本低；提高石灰石的利用效率，减缓了酸性矿山废水对环境的危害，酸性矿山废水的PH均呈现出上升趋势，pH值最大增幅为42.22％；Al3+均呈现出下降趋势，由离子态变为了颗粒态，Al3+含量最大降幅为100％，即离子态完全变成了颗粒态，本发明的系统处理酸性矿山废水具有较高的处理效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为带孔底板的结构示意图；
图3为分流装置的结构示意图；
1-实验水箱，2-阀门，3-石灰石层，4-带孔底板，41-孔洞，42-底板，5-分流装置，51-进水管，52-支管，6-注水孔，7-控制器，8-液位传感器，9-水泵。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1-图3所示，间歇式处理酸性矿山废水的系统，包括实验水箱1，所述实验水箱1的侧壁底端设置阀门2，所述阀门2与所述实验水箱1连通；所述阀门2通过电信号与控制器7连接，所述控制器7设置于所述阀门2的上方，所述控制器7与所述实验水箱1的侧壁固定连接；所述控制器7通过电信号与液位传感器8连接，所述液位传感器8设置于所述阀门2所在的所述水箱1的内壁；所述实验水箱1内设有带孔底板4，所述带孔底板4包括底板42和多个孔洞41，所述孔洞41呈圆形，所述孔洞41的直径为10cm，所述孔洞41均匀设置于所述面板上，所述带孔底板4靠近所述实验水箱1的底面，所述带孔底板4与所述实验水箱1的底面平行设置；所述实验水箱1的侧壁的水平方向均匀设有多个注水孔6，所述注水孔6设置于所述带孔底板4上方，所述注水孔6分别与分流装置5连通；所述分流装置5与所述实验水箱1的侧壁固定连接，所述分流装置5与所述带孔底板4平行设置，所述分流装置5包括进水管51和多个支管52，所述进水管51穿设于所述实验水箱1的侧壁；所述支管52分别与所述进水管51连通，所述支管52与所述注水孔6连通；所述分流装置5的两侧分别设置相同高度的石灰石层3，所述石灰石层3设置于所述带孔底板4顶面。
所述实验水箱1为长方体玻璃水箱，玻璃水箱长100cm，宽100cm，高206cm，在距离所述实验水箱1底面6cm处设置带孔底板4，所述带孔底板4长100cm，宽100cm，孔径为10cm；所述实验水箱1侧壁设置5个注水孔6，所述注水孔6长6cm，宽6cm，所述注水孔6位于距离所述实验水箱1的底面的78cm处，与所述注水口连通的所述分流装置5宽40cm，长100cm；所述石灰石购于四川省江油市采石场，碳酸钙含量在98％以上，密度2.9g/cm3，莫氏硬度为3.5，在实验过程中，为了避免石灰石本身的表面形貌差异对实验结果的影响，进行石灰石模拟实验前对所有石灰石进行了加工处理，将同一块石灰石切割为数个统一规则的圆盘形，尺寸为厚2cm、直径为28cm，并且对其表面进行了打磨使其表面保持光滑平整以降低因为石灰石表面形貌差异导致的实验结果误差；所述液位传感器8为星科创XKCY26管道液位传感器，所述控制器为嘉兴电动阀门控制器。
实施例1：
将酸性矿山废水使用本发明上述实施例的酸性矿山废水生态处理系统通过以下步骤和工艺参数进行处理：
S1：关闭阀门2，开始计时，同时向进水管51中通入酸性矿山废水，酸性矿山废水通过支管52均匀分散至石灰石层3中；
S2：当酸性矿山废水液面距离实验水箱1顶面15cm处，停止加酸性矿山废水；
S3：打开阀门2，将处理后的酸性矿山废水排出完毕，同时停止计时，重复步骤S1-S2，每次排出的酸性矿山废水通过成都世纪方舟科技有限公司生产的PHS-10精密pH计(仪器的测量范围是0.00～14.00，测量精度为±0.01)测量处理后的酸性矿山废水的pH值，再通过北京普析通用仪器有限责任公司生产的TAS-990原子吸收分光光度计(波长范围为190～900nm)测量处理后的酸性矿山废水的Al3+含量，实验数据如表1所示；
S4：将得到的数据与时间进行对比分析，确定最佳的循环时间。
对比例：向现有的酸性矿山废水处理系统中通入与实施例中相同工况的酸性矿山废水，当处理后的酸性矿山废水的pH及Al3+含量与实施例处理后的酸性矿山废水相同时，停止处理，并与实施例对比处理时间，对比数据如表2所示。
实施例2：
将酸性矿山废水使用本发明上述实施例的酸性矿山废水生态处理系统通过以下步骤和工艺参数进行处理：
S1：关闭阀门2，开始计时，同时向进水管51中通入酸性矿山废水，酸性矿山废水通过支管52均匀分散至石灰石层3中；
S2：当酸性矿山废水液面距离实验水箱1顶面20cm处，停止加酸性矿山废水；
S3：打开阀门2，将处理后的酸性矿山废水排出完毕，同时停止计时，重复步骤S1-S2，每次排出的酸性矿山废水通过成都世纪方舟科技有限公司生产的PHS-10精密pH计(仪器的测量范围是0.00～14.00，测量精度为±0.01)测量处理后的酸性矿山废水的pH值，再通过北京普析通用仪器有限责任公司生产的TAS-990原子吸收分光光度计(波长范围为190～900nm)测量处理后的酸性矿山废水的Al3+含量，实验数据如表1所示；
S4：将得到的数据与时间进行对比分析，确定最佳的循环时间，如表2所示。
实施例3：
将酸性矿山废水使用本发明上述实施例的酸性矿山废水生态处理系统通过以下步骤和工艺参数进行处理：
S1：关闭阀门2，开始计时，同时向进水管51中通入酸性矿山废水，酸性矿山废水通过支管52均匀分散至石灰石层3中；
S2：当酸性矿山废水液面距离实验水箱1顶面25cm处，停止加酸性矿山废水；
S3：打开阀门2，将处理后的酸性矿山废水排出完毕，同时停止计时，重复步骤S1-S2，每次排出的酸性矿山废水通过成都世纪方舟科技有限公司生产的PHS-10精密pH计(仪器的测量范围是0.00～14.00，测量精度为±0.01)测量处理后的酸性矿山废水的pH值，再通过北京普析通用仪器有限责任公司生产的TAS-990原子吸收分光光度计(波长范围为190～900nm)测量处理后的酸性矿山废水的Al3+含量，实验数据如表1所示；
S4：将得到的数据与时间进行对比分析，确定最佳的循环时间，如表2所示。
对比例：向现有的酸性矿山废水处理系统中通入与实施例中相同工况的酸性矿山废水，当处理后的酸性矿山废水的pH及Al3+含量与实施例处理后的酸性矿山废水相同时，停止处理，并与实施例对比处理时间，对比数据如表2所示。
对比例：向现有的酸性矿山废水处理系统中通入与实施例中相同工况的酸性矿山废水，当处理后的酸性矿山废水的pH及Al3+含量与实施例处理后的酸性矿山废水相同时，停止处理，并与实施例对比处理时间，对比数据如表2所示。
表1：实验工况表
Figure BDA0003022543750000051
表2：实施例与对比例处理时间表
Figure BDA0003022543750000052
如表1所示，经过本发明的系统处理后，所有工况的pH值均呈上升趋势，最多增幅为42.22％；Al3+均呈现出下降趋势，由离子态变为了颗粒态，最大降幅为100％，即离子态完全变成了颗粒态，如表2所示，与对比例相比，当酸性矿山废水达到同样的处理效果，如表2所示，本发明的处理时间缩短2-4h；总体来看，本发明的系统酸性矿山废水具有较高的处理效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.间歇式处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：包括实验水箱(1)，所述实验水箱(1)的侧壁底端设置阀门(2)，所述阀门(2)与所述实验水箱(1)连通；所述阀门(2)通过电信号与控制器(7)连接，所述控制器(7)设置于所述阀门(2)的上方，所述控制器(7)与所述实验水箱(1)的侧壁固定连接；所述控制器(7)通过电信号与液位传感器(8)连接，所述液位传感器(8)设置于所述阀门(2)所在的所述水箱(1)的内壁；所述实验水箱(1)内设有带孔底板(4)，所述带孔底板(4)靠近所述实验水箱(1)的底面，所述带孔底板(4)与所述实验水箱(1)的底面平行设置；所述实验水箱(1)的侧壁的水平方向均匀设有多个注水孔(6)，所述注水孔(6)设置于所述带孔底板(4)上方，所述注水孔(6)分别与分流装置(5)连通；所述分流装置(5)与所述实验水箱(1)的侧壁固定连接，所述分流装置(5)与所述带孔底板(4)平行设置；所述分流装置(5)的两侧分别设置相同高度的石灰石层(3)，所述石灰石层(3)设置于所述带孔底板(4)顶面。
2.根据权利要求1所述的间歇式处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：所述带孔底板(4)包括底板(42)和多个孔洞(41)，所述孔洞(41)呈圆形，所述孔洞(41)的直径小于28cm，所述孔洞(41)均匀设置于所述面板上。
3.根据权利要求1所述的间歇式处理酸性矿山废水的系统，其特征在于：所述分流装置(5)包括进水管(51)和多个支管(52)，所述进水管(51)穿设于所述实验水箱(1)的侧壁；所述支管(52)分别与所述进水管(51)连通，所述支管(52)与所述注水孔(6)连通。
4.间歇式处理酸性矿山废水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：关闭阀门(2)，开始计时，同时向进水管(51)中通入酸性矿山废水，酸性矿山废水通过支管(52)均匀分散至石灰石层(3)中；
S2：当酸性矿山废水液面距离实验水箱(1)顶面15-25cm处，停止加酸性矿山废水；
S3：打开阀门(2)，将处理后的酸性矿山废水排出完毕，同时停止计时，重复步骤S1-S2，并测量每次循环排放的酸性矿山废水的pH值和Al3+含量数据；
S4：将得到的数据与时间进行对比分析，确定最佳的循环时间。
5.根据权利要求4所述的间歇式处理酸性矿山废水的方法，其特征在于：步骤S1中的组成石灰石层(3)的石灰石中碳酸钙含量高于98％，粒径为28cm，厚度为2cm，密度为2.9g/cm3，莫氏硬度为3.5。
6.根据权利要求4所述的间歇式处理酸性矿山废水的方法，其特征在于：步骤S2中酸性矿山废水液面到实验水箱(1)顶面的距离为20cm。
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