CN113415959A - 一种模块式的酸性矿山废水处理设备 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种模块式的酸性矿山废水处理设备，属于废水处理技术领域，它包括絮凝沉淀池、调节池、清水池和与各处理池均连通的控制室，所述絮凝沉淀池与进水口连通，絮凝沉淀池后接调节池，调节池后接清水池，所述调节池内设置有第一调节模块，第一调节模块包括安装框，安装框内设置有第一储料件，第一储料件内填充有第一混合物，第一混合物为污泥炭、有机肥、坡缕石的混合物，第一调节模块下方设置有第二调节模块，第二调节模块包括第二储料件，第二储料件内填充有第二混合物，第二混合物为石灰石、零价铁、生物菌剂的混合物；清水池设置有排水管，清水池内设置有第三水提升泵且第三水提升泵的出水管与絮凝沉淀池连通。

Description

一种模块式的酸性矿山废水处理设备

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种模块式的酸性矿山废水处理设备，适用于酸性矿山废水高效处理及矿山酸性矿涌水的处理。

背景技术

酸性矿山废水是矿山开采或矿石堆积过程中，矿石中的金属硫化物在空气、水、微生物的共同作用下被氧化，形成的pH较低的废水。 酸性矿山废水具有极高的酸性，可以从残余矿体、废石堆、土壤和沉积物中浸出多种金属离子，比如锰、镁、铝、铜、铅、钠、镍、钙和痕量金属的浓度很高，pH值约为2，铁含量大于6000 mg/L，硫酸盐含量高于24000 mg/L。当酸性矿山废水与地下含水层、湖泊、河流或水圈的其他部分接触时，其中的有害成分将会抑制或阻止细菌及微生物的生长，并且其与水体中的矿物质相互作用生成某些盐类，对淡水生物和植物的生长产生不良影响，甚至引起鱼类、藻类、浮游生物等绝大多数水生生物死亡，影响河流生态环境质量。大量的含SO42-的矿山废水排入农田后会破坏土壤的团粒结构，使土地板结，农作物枯黄，甚至枯萎或死亡。因此，解决酸性矿山废水 中重金属对矿山和河流周围环境的污染问题已成为矿业面临的首要环境问题。

现有的酸性矿山废水的处理技术主要包括源头控制技术和末端处理技术（如说明书附图1所示）。源头控制技术主要是通过在酸性矿山废水的产生初期，影响其形成的条件，减缓其反应进程，进而达到抑制酸性废水的产生的目的。源头控制技术被认为是一种理想的解决方案，因为它可以永久性地阻止酸性矿山废水的形成，并减少了后期治理酸性矿山废水的管理费用，降低了处理成本。酸性矿山废水的处理仍存在诸多问题：（1）对于废弃矿山来讲，因其无法产生新的经济效益，因此修复治理的成本问题尤为突出；（2）大部分矿山酸性废水的治理措施略显单一，无法全面地减少酸性矿山废水对周围环境的影响；（3）修复工程的实施缺少全面的前期调查，尚未对矿山的水文地质背景有较全面的了解，使得修复工程的修复效果不够理想，无法达到预期。

针对目前存在的问题，本发明从末端治理技术出发，在恶劣的矿山条件下，采用一体化处理设备，能够高效去除废水中的重金属离子，采用“以废治废”的思路来处理，极大的降低了治理成本。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题，提供一种模块式的酸性矿山废水处理设备，通过沉淀回收重金属，富集重金属再利用；通过模块式的集成一体化处理设备，将处理工艺有机结合起来，治理效果更佳，效率更高；同时通过可控流速的调节模块，实现处理能力的调节，并改变处理时间以应对不同的流量工况。本发明设备受矿山水文地质影响小，占地面积小，能够很好地利用矿山现有的空间进行修复，且整个设备无人值守，减少了人力物力。

为实现以上目的，本发明采用的技术方案是：一种模块式的酸性矿山废水处理设备，包括絮凝沉淀池、调节池、清水池和与各处理池均连通的控制室，所述絮凝沉淀池与进水口连通，絮凝沉淀池后接调节池，调节池后接清水池，所述调节池内设置有第一调节模块，第一调节模块包括安装框，安装框内设置有第一储料件，第一储料件内填充有第一混合物，第一混合物为污泥炭、有机肥、坡缕石的混合物，所述第一调节模块下方设置有第二调节模块，第二调节模块包括第二储料件，第二储料件内填充有第二混合物，第二混合物为石灰石、零价铁、生物菌剂的混合物；所述清水池设置有排水管，清水池内设置有第三水提升泵且第三水提升泵的出水管与絮凝沉淀池连通。

进一步的，所述絮凝沉淀池内设置有第一水提升泵，第一水提升泵的出水管与调节池连通，絮凝沉淀池内的絮凝剂加药管通过连通管与控制室连通；所述调节池内设置有第二水提升泵，第二水提升泵的出水管与清水池连通。

进一步的，所述清水池分隔形成主副两个窗室，主副窗室之间通过设置有连通阀门，清水池的主窗室内设置有水质检测器，副窗室内设置有第三水提升泵且第三水提升泵的出水管与絮凝沉淀池连通，且副窗室内设置有搅拌器及石灰水加药管，搅拌器与石灰水加药管均与控制室连通；所述排水管与主窗室连通且排水管上设置有排水阀门。

进一步的，所述调节池两侧的内壁上设置有第一支撑块将所述安装框进行支撑，所述第一支撑块为对称间距设置且第一支撑块的间距大于第二储料件的宽度；所述安装框为前后开口的框型结构，安装框通过多层支撑板将其内部分隔形成多层的安装部，各层安装部内均活动设置有所述第一储料件；所述支撑板上活动设置有滑动板。

进一步的，所述第一储料件为抽屉式结构，第一储料件的底板上阵列开设有条形槽；所述支撑板上阵列开设有通孔，所述滑动板上开设有与支撑板对应的通孔，且滑动板上位于各排通孔中间为遮挡部。

进一步的，所述支撑板上方两侧对称设置有限位板，限位板为L形结构且限位板与支撑板之间形成限位槽，所述滑动板两端通过该限位槽进行限位；所述各层滑动板均通过调节组件进行推移。

进一步的，所述各层滑动板之间通过连接件进行连接，所述连接件包括竖板，竖板通过横板与滑动板连接，且竖板侧壁上设置有齿条；所述调节组件包括齿轮，齿轮与齿条配合，齿轮的连接杆顶部贯穿调节池上方挡板的轴承，连接杆顶端设置有皮带轮，所述挡板上设置有步进电机，步进电机上同样设置有皮带轮并通过皮带与连接杆的皮带轮相连。

进一步的，所述第二储料件为抽屉式结构，第二储料件的顶板与底板上均开设有通孔，第二储料件的前面板上设置有把手；所述第二储料件通过第二支撑块进行支撑，第二支撑块设置于调节池底部；所述调节池侧壁底部开设有出水孔，出水孔外设置有出水腔，出水腔内设置有第二水提升泵。

进一步的，所述第一混合物的污泥炭、有机肥、坡缕石的混合比例为1:2:2 ；所述第二混合物的石灰石、零价铁、生物菌剂的混合比例为8:1:1。

进一步的，所述第一混合物与第二混合物均通过包装袋进行袋装分装，每包袋装的混合物种量为4-6kg。

本发明的有益效果：

本发明作为一种专门应用于酸性矿山废水处理的一体化设备，是一种适用于强酸性环境下能够稳定运行的一体化装置，能有效的解决矿山废水的酸化和重金属污染问题，还能将重金属从废水中分离出来，达到废弃物资源利用化的目的。

1、针对现有的一体化处理设备多用于污水处理，基本都是全构造一体化，占地面积大，运输不方便，而矿山往往在偏远山区，运输极其不便等问题，本发明将整个处理系统拆分为功能模块，便于运输组装，极大的减少了运输压力。同时针对现有一体化设备由于需要抗巨大的压力去运输，将整个系统作为一个整体去建造，因此造价材料要就特别高的问题，本发明将整体装置模块化，各个单元分担的压力并不大，极大的减少了整体材质的要求，减少了建设成本。

2、由于现有技术中的一体化设备，少有将处理水中的废弃物集中收集利用，一是成本高，二是技术要就难度大，本发明利用“以废治废”的治理理念，将废水中的重金属离子进行收集再利用，提高了资源可利用化程度。

3、传统的酸性矿山废水处理，先中和后絮凝沉淀，存在污泥量大影响设备工作，造成处理能力下降甚至加重清洁工作负担，影响效率等问题。本发明采用先絮凝沉淀后吸附中和，极大的增加了系统运行的稳定性，减少了污泥对系统的影响，且添加了预警备案工作系统。

4、为了调节污水通过调节模块时的流速，以控制处理的时间，从而应对不同流量下的精细化处理需求，本发明在调节池内设置上下两层的调节模块，上层的第一调节模块包括安装框，安装框通过多层的支撑板进行分层设置，每层的支撑板上均阵列开设有通孔，且支撑板上均设置有滑动板，而滑动板上开设有与支撑板对应的通孔。当滑动板的通孔与支撑板的通孔重合时，水流可从上往下依次穿过滑动板和支撑板。如需调节水流的速度，只需通过调节组件将滑动板进行推移，滑动板的通孔与支撑板的通孔之间发生错位，此时滑动板的遮蔽部将支撑板的通孔进行逐步的遮蔽，从而实现调节通孔的大小。

滑动板的调节可通过调节组件进行自动操作实现，由于滑动板也设置有多层，为了实现其同步的调节，通过连接件将各层滑动板进行连接，而连接件侧壁上设置有齿条，齿条为横向设置。调节池上方的挡板上设置有电机与连接杆，连接杆穿过挡板上的轴承设置，连接杆上端通过皮带传动机构与电机相连，连接杆下端设置有齿轮，齿条配合齿轮可通过齿轮的转动带动连接件及各层滑动板进行平移，从而实现滑动板的位置调节，并控制支撑板上的通孔的大小。

5、为了便于更换调节模块内的调节混合物，通过将第一混合物与第二混合物均通过包装袋进行分袋包装，同时分别通过抽屉式的第一储料件和第二储料件进行储放，如需更换填料，只需抽出第一储料件或第二储料件即可将填料进行集体的更换，操作十分方便。

酸性矿山废水通过水泵提升进入第二级模块调节池中，水流在重力作用下先后经过有机质层的第一调节模块、石灰石层的第二调节模块、最后通过第二提升水泵的出水管道进入第三级模块的水质检测清水池中。第二级模块主要有一下反应：

OH-+H+=H2O

3OH-+Fex+= Fe (OH)x ↓

2OH-+Mn2+= Mn (OH)2↓

2OH-+Cu2+= Cu (OH)2↓

2OH-+Zn2+= Zn (OH)2↓

2OH-+Ni2+= Ni (OH)2↓......等其他易沉淀的重金属离子，不作一一赘述。在第二级调节池模块中各重金属去除率可达98%以上。当混合物填充材料饱和后，可进行更换并进行重金属的回收利用处理。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为现有的酸性矿山废水的处理技术分类图。

图2为本发明的整体结构示意图。

图3为本发明的清水池部分的示意图。

图4为本发明的调节池的整体示意图。

图5为本发明的调节池的内部结构示意图。

图6为本发明的滑动板的调节组件的结构示意图。

图7为本发明的齿轮与齿条的位置示意图。

图8为本发明的多层设置的支撑板的位置示意图。

图9为本发明的滑动板与支撑板的位置示意图。

图10为本发明的安装框的结构示意图。

图11为本发明的第一储料件的结构示意图。

图12为本发明的第二储料件的结构示意图。

图中所述文字标注表示为： 100、絮凝沉淀池；200、调节池；300、清水池；1、进水口；2、絮凝剂加药管；3、第一水提升泵；4、第一调节模块；5、第二调节模块；6、第二水提升泵；7、清水池主窗室；8、水质检测器；9、连通阀门；10、排水阀门；11、第三水提升泵；12、石灰水加药管；13、搅拌器；14、连通管；15、控制室；16、排水管；17、皮带轮；18、出水腔；19、限位板；20、步进电机；21、连接杆；22、挡板；23、滑动板；24、遮挡部；25、支撑板；26、第一储料件；27、安装框；28、第一支撑块；29、第二储料件；30、第二支撑块；31、把手；32、连接件；33、齿条；34、齿轮；35、条形槽；36、出水孔。

具体实施方式

以下通过实施例进一步对本发明做出阐释。

一种模块式的酸性矿山废水处理设备，包括絮凝沉淀池100、调节池200、清水池300和与各处理池均连通的控制室15，所述絮凝沉淀池100与进水口1连通，絮凝沉淀池100后接调节池200，调节池200后接清水池300，所述调节池200内设置有第一调节模块4，第一调节模块4包括安装框27，安装框27内设置有第一储料件26，第一储料件26内填充有第一混合物，第一混合物为污泥炭、有机肥、坡缕石的混合物，所述第一调节模块4下方设置有第二调节模块5，第二调节模块5包括第二储料件29，第二储料件29内填充有第二混合物，第二混合物为石灰石、零价铁、生物菌剂的混合物；所述清水池300设置有排水管16，清水池300内设置有第三水提升泵11且第三水提升泵11的出水管与絮凝沉淀池100连通。

优选的，请参照图1、2所示，所述絮凝沉淀池100内设置有第一水提升泵3，第一水提升泵3的出水管与调节池200连通，絮凝沉淀池100内的絮凝剂加药管2通过连通管14与控制室15连通；所述调节池200内设置有第二水提升泵6，第二水提升泵6的出水管与清水池300连通。所述清水池300分隔形成主副两个窗室，主副窗室之间通过设置有连通阀门9，清水池300的主窗室内设置有水质检测器8，副窗室内设置有第三水提升泵11且第三水提升泵11的出水管与絮凝沉淀池100连通，且副窗室内设置有搅拌器13及石灰水加药管12，搅拌器13与石灰水加药管12均与控制室15连通；所述排水管16与主窗室连通且排水管16上设置有排水阀门10。

优选的，请参照图4所示，所述调节池200两侧的内壁上设置有第一支撑块28将所述安装框27进行支撑，所述第一支撑块28为对称间距设置且第一支撑块28的间距大于第二储料件29的宽度；所述安装框27为前后开口的框型结构，安装框27通过多层支撑板25将其内部分隔形成多层的安装部，各层安装部内均活动设置有所述第一储料件26；所述支撑板25上活动设置有滑动板23。

优选的，请参照图4-11所示，所述第一储料件26为抽屉式结构，第一储料件26的底板上阵列开设有条形槽35；所述支撑板25上阵列开设有通孔，所述滑动板23上开设有与支撑板25对应的通孔，且滑动板23上位于各排通孔中间为遮挡部24。所述支撑板25上方两侧对称设置有限位板19，限位板19为L形结构且限位板19与支撑板25之间形成限位槽，所述滑动板23两端通过该限位槽进行限位；所述各层滑动板23均通过调节组件进行推移。所述各层滑动板23之间通过连接件32进行连接，所述连接件32包括竖板，竖板通过横板与滑动板23连接，且竖板侧壁上设置有齿条33；所述调节组件包括齿轮34，齿轮34与齿条33配合，齿轮34的连接杆21顶部贯穿调节池200上方挡板22的轴承，连接杆21顶端设置有皮带轮17，所述挡板22上设置有步进电机20，步进电机20上同样设置有皮带轮17并通过皮带与连接杆21的皮带轮17相连。

优选的，请参照图7、11所示，所述第二储料件29为抽屉式结构，第二储料件29的顶板与底板上均开设有通孔，第二储料件29的前面板上设置有把手31；所述第二储料件29通过第二支撑块30进行支撑，第二支撑块30设置于调节池200底部；所述调节池200侧壁底部开设有出水孔36，出水孔36外设置有出水腔18，出水腔18内设置有第二水提升泵6。

优选的，所述第一混合物的污泥炭、有机肥、坡缕石的混合比例为1:2:2 ；所述第二混合物的石灰石、零价铁、生物菌剂的混合比例为8:1:1。所述第一混合物与第二混合物均通过包装袋进行袋装分装，每包袋装的混合物种量为4-6kg。

多级模块式的酸性矿山废水处理化设备，第一级模块为絮凝沉淀池100，酸性矿山废水通过水泵提升进入第一级模块絮凝沉淀池100中，选用PAC作为一种常用的凝结剂，并将该凝结剂的浓度控制为10%，用剂量设置为1.5m/L；选用PAM作为一种常用的助凝剂，并将该助凝剂的浓度控制为5%，用剂量设置为0.8m/L，经过一分钟的反应时间后，即可达到很好的去除废水中悬浮物的作用，浑浊度和悬浮物浓度分别可达2.7-2.9NTU、4.8-5.3mg/L，其中药剂采用湿法投加的方式，将絮凝沉淀池100与投加装置进行有效地连接，通过自动计量设备进行控制，可实现全自动化。

接着进入第二级模块调节池200，调节池200内的调节模块分为两层，上层第一调节模块4为污泥炭、有机肥、坡缕石1：2：2的混合物，5kg每包的袋装进行填充，便于更换填料；下层的第二调节模块5为石灰石、零价铁、生物菌剂8:1：1的混合物，5kg每包的袋装进行填充。酸性矿山废水通过水泵提升进入第二级模块调节池200中，水流在重力作用下先后经过有机质层的第一调节模块4、石灰石层的第二调节模块5、最后通过第二提升水泵的出水管道进入第三级模块的水质检测清水池300中。

接着进入第三级模块水质检测清水池（300），第三级模块分为主副两个窗室，主窗室放置水质检测系统，若自动检测水质达标即可排放，若自动检测不达标，即需要更换二级模块的填料了，排水阀门10将自动关闭，进入副窗室，石灰添加装置启动，进行搅拌后回流至第一模块，进行二次循环，直至水质达标，关闭副窗室，排水阀门10打开进行排水。

此系统所有药剂的投放都由 PLC根据工艺处理方案严格控制量，整个过程链均配备了仪表和自动控制装置，在酸性进水管，排水管16和各加药管道上均安装了电磁流量计，以显示和记录瞬时流量和累积流量。并采用电动阀的开关尺寸法，实现对石灰乳的公称流量的连续可控调节，从而达到废液 pH 值自动控制的效果。处理后的水还需要进行水质监测的严格把控，因此第四级模块为控制室与加药系统。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种模块式的酸性矿山废水处理设备，包括絮凝沉淀池（100）、调节池（200）、清水池（300）和与各处理池均连通的控制室（15），其特征在于，所述絮凝沉淀池（100）与进水口（1）连通，絮凝沉淀池（100）后接调节池（200），调节池（200）后接清水池（300），所述调节池（200）内设置有第一调节模块（4），第一调节模块（4）包括安装框（27），安装框（27）内设置有第一储料件（26），第一储料件（26）内填充有第一混合物，第一混合物为污泥炭、有机肥、坡缕石的混合物，所述第一调节模块（4）下方设置有第二调节模块（5），第二调节模块（5）包括第二储料件（29），第二储料件（29）内填充有第二混合物，第二混合物为石灰石、零价铁、生物菌剂的混合物；所述清水池（300）设置有排水管（16），清水池（300）内设置有第三水提升泵（11）且第三水提升泵（11）的出水管与絮凝沉淀池（100）连通。

2.根据权利要求1所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述絮凝沉淀池（100）内设置有第一水提升泵（3），第一水提升泵（3）的出水管与调节池（200）连通，絮凝沉淀池（100）内的絮凝剂加药管（2）通过连通管（14）与控制室（15）连通；所述调节池（200）内设置有第二水提升泵（6），第二水提升泵（6）的出水管与清水池（300）连通。

3.根据权利要求2所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述清水池（300）分隔形成主副两个窗室，主副窗室之间通过设置有连通阀门（9），清水池（300）的主窗室内设置有水质检测器（8），副窗室内设置有第三水提升泵（11）且第三水提升泵（11）的出水管与絮凝沉淀池（100）连通，且副窗室内设置有搅拌器（13）及石灰水加药管（12），搅拌器（13）与石灰水加药管（12）均与控制室（15）连通；所述排水管（16）与主窗室连通且排水管（16）上设置有排水阀门（10）。

4.根据权利要求1所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述调节池（200）两侧的内壁上设置有第一支撑块（28）将所述安装框（27）进行支撑，所述第一支撑块（28）为对称间距设置且第一支撑块（28）的间距大于第二储料件（29）的宽度；所述安装框（27）为前后开口的框型结构，安装框（27）通过多层支撑板（25）将其内部分隔形成多层的安装部，各层安装部内均活动设置有所述第一储料件（26）；所述支撑板（25）上活动设置有滑动板（23）。

5.根据权利要求4所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述第一储料件（26）为抽屉式结构，第一储料件（26）的底板上阵列开设有条形槽（35）；所述支撑板（25）上阵列开设有通孔，所述滑动板（23）上开设有与支撑板（25）对应的通孔，且滑动板（23）上位于各排通孔中间为遮挡部（24）。

6.根据权利要求5所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述支撑板（25）上方两侧对称设置有限位板（19），限位板（19）为L形结构且限位板（19）与支撑板（25）之间形成限位槽，所述滑动板（23）两端通过该限位槽进行限位；所述各层滑动板（23）均通过调节组件进行推移。

7.根据权利要求6所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述各层滑动板（23）之间通过连接件（32）进行连接，所述连接件（32）包括竖板，竖板通过横板与滑动板（23）连接，且竖板侧壁上设置有齿条（33）；所述调节组件包括齿轮（34），齿轮（34）与齿条（33）配合，齿轮（34）的连接杆（21）顶部贯穿调节池（200）上方挡板（22）的轴承，连接杆（21）顶端设置有皮带轮（17），所述挡板（22）上设置有步进电机（20），步进电机（20）上同样设置有皮带轮（17）并通过皮带与连接杆（21）的皮带轮（17）相连。

8.根据权利要求1所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述第二储料件（29）为抽屉式结构，第二储料件（29）的顶板与底板上均开设有通孔，第二储料件（29）的前面板上设置有把手（31）；所述第二储料件（29）通过第二支撑块（30）进行支撑，第二支撑块（30）设置于调节池（200）底部；所述调节池（200）侧壁底部开设有出水孔（36），出水孔（36）外设置有出水腔（18），出水腔（18）内设置有第二水提升泵（6）。

9.根据权利要求1所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述第一混合物的污泥炭、有机肥、坡缕石的混合比例为1:2:2 ；所述第二混合物的石灰石、零价铁、生物菌剂的混合比例为8:1:1。

10.根据权利要求9所述的一种模块式的酸性矿山废水处理设备，其特征在于，所述第一混合物与第二混合物均通过包装袋进行袋装分装，每包袋装的混合物种量为4-6kg。

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