CN113526740A - 一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺，系统主要包括调节池、离子反应单元、泥水分离器、深床离子交换器以及污泥暂存池，整个系统结构简单，无需借助大型的净化设备，整个系统均可通过自重力运行，有效降低了运行能耗，且工艺步骤简洁，有效解决了现有关停硫铁矿酸性矿山废水处理系统运行成本高，难以维持稳定处理的问题，具有运行费用低、处理效率高、出水稳定达标和生态环保的特点。

Description

一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及废水处理领域，特别是涉及一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺。

背景技术

随着国家环保政策和形势的变化，近些年来我国关闭了大量的金属矿山或煤矿等，遗留下诸多矿渣、矿坑和矿洞，在雨水的淋溶、浸泡及矿洞涌水等情况下，大量废水到处溢流排放，会造成下游河流、湖泊及农田等污染，并危害周边居民生活健康。关停硫铁矿遗留的废水引起社会各界高度关注，该类废水具有pH较低，含有铁、锰、铜、镉、镍、锌等多种重金属，成分复杂，分布较分散，治理难度大等特点；同时使下游河道呈现红褐色或褐色，给当地政府带来巨大的社会压力，是亟待解决的环保问题。

目前治理硫铁矿酸性矿山废水的主要方法有物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物法和矿物法等，其中，加碱中和沉淀法是应用最为广泛的。但是，加碱中和沉淀法存在如下问题：①前期建设投入大，设备运行过程中腐蚀快；②运行成本高，特别是药剂消耗量大；③实施难度大，废水溢流分散且位于山谷沟道内；④污泥产量大，易造成二次污染。因此，为了解决现有酸性矿山废水处理系统运行成本高，难以维持稳定处理的问题，亟待开发一种具有运行费用低、处理效率高、出水稳定达标和生态经济环保的用于处理酸性矿山废水的系统及工艺。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺，以解决上述现有酸性矿山废水处理系统运行成本高，难以维持稳定处理的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，包括调节池，所述调节池的上部外接酸性矿山废水管渠，所述调节池与离子反应单元连通，所述离子反应单元与泥水分离器连通，所述泥水分离器与一级深床离子交换器连通，所述一级深床离子交换器与二级深床离子交换器连通，所述二级深床离子交换器外接出水管渠；

所述调节池的底部、所述离子反应单元的底部和所述泥水分离器的底部均与污泥暂存池连通，所述污泥暂存池的上部通过输送泵与所述调节池的上部连通。

优选地，所述离子反应单元包括一级离子反应器，所述一级离子反应器的下部与所述调节池的上部连通，所述一级离子反应器的上部与二级离子反应器的下部连通，所述二级离子反应器的上部与三级离子反应器的下部连通，所述三级离子反应器的上部与四级离子反应器的下部连通，所述四级离子反应器的上部与所述泥水分离器的下部连通，所述一级离子反应器的底部、所述二级离子反应器的底部、所述三级离子反应器的底部以及所述四级离子反应器的底部均与所述污泥暂存池连通。

优选地，所述一级离子反应器、所述二级离子反应器、所述三级离子反应器以及所述四级离子反应器结构相同，均包括反应器壳体，所述反应器壳体内安装有反应组件，所述反应组件包括组件连接装置，所述组件连接装置可拆卸地安装于所述反应器壳体的中部，所述组件连接装置中设有组件支架，所述组件支架之间填充有吸附结晶填料。

优选地，所述吸附结晶填料采用由释碱基团和吸附结晶基团构成的功能性半柔性材料，主要材质为PP，规格为直径150mm。

优选地，所述泥水分离器包括池体，所述池体的下部与所述离子反应单元连通，所述池体的上部与所述一级深床离子交换器连通，所述池体内安装有分离模块，所述分离模块包括模块连接装置，所述模块连接装置可拆卸地安装于所述池体的中部，所述模块连接装置中设有模块支架，所述模块支架之间填充有特种滤布。

优选地，所述特种滤布经过二次加工制得，其孔径为5000-8000目。

优选地，所述一级深床离子交换器的下部与所述泥水分离器的上部连通，所述二级深床离子交换器的下部与所述一级深床离子交换器的上部连通；所述一级深床离子交换器和所述二级深床离子交换器结构相同，均包括交换器壳体，所述交换器壳体内安装有工艺反应填料模块。

优选地，所述工艺反应填料模块采用Ca、Mn、Si、Fe、S、Mg、O元素构成的反应填料模块；Fe、Mn、Si、Al、O、H元素构成的反应填料模块；Si、Fe、Al、Ca、O元素构成的反应填料模块中的一种或多种。

优选地，所述一级深床离子交换器的进水端、所述一级深床离子交换器的出水端、所述二级深床离子交换器的进水端以及二级深床离子交换器的出水端均设有配水槽，所述配水槽采用穿孔花墙或穿管花墙结构，穿孔的大小为50mm×50mm或直径50mm。

本发明还提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理工艺，所述工艺包括以下步骤：

(1)将需要处理的酸性矿山废水通过管渠引至调节池，对原水的水质、水量进行调节；

(2)调节池的出水通过重力自流或泵提升至离子反应单元，离子反应单元内安装的反应组件中的吸附结晶填料吸附诱导结晶反应发生，使Fe³⁺形成氢氧化铁结晶，离子反应时间为3～4h，分2格；

(3)离子反应单元的出水通过重力自流进入泥水分离器，泥水分离器内安装的分离模块中的特种滤布的过滤去除重金属沉淀颗粒物，沉淀分离时间为2～3h，分2格；

(4)泥水分离器的出水通过重力自流进入一级深床离子交换器，一级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生中和、离子交换作用，去除废水中金属离子，反应时间不低于3h，分2格；

(5)一级深床离子交换器的出水通过重力自流进入二级深床离子交换器，二级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生催化氧化、过滤、吸附作用，进一步去除废水中金属离子，反应时间不低于4h，分2格；

(6)二级深床离子交换器的出水通过出水管渠排入受纳水体；

(7)污泥暂存池贮存调节池、离子反应单元和泥水分离器定期排放的底泥，上清液回流至调节池，污泥定期外运处置。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺，系统主要包括调节池、离子反应单元、泥水分离器、深床离子交换器以及污泥暂存池，整个系统结构简单，无需借助大型的净化设备，整个系统均可通过自重力运行，有效降低了运行能耗，且工艺步骤简洁，有效解决了现有关停硫铁矿酸性矿山废水处理系统运行成本高，难以维持稳定处理的问题，具有运行费用低、处理效率高、出水稳定达标和生态环保的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统结构示意图；

图2为本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统中反应组件部分结构示意图；

图3为本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统中分离模块部分结构示意图；

图4为本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理工艺流程框图；

图中：1：调节池、2：离子反应单元、21：一级离子反应器、22：二级离子反应器、23：三级离子反应器、24：四级离子反应器、201：组件连接装置、202：组件支架、203：吸附结晶填料、3：泥水分离器、301：模块连接装置、302：模块支架、303：特种滤布、4：一级深床离子交换器、5：二级深床离子交换器、6：污泥暂存池。

具体实施方式

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。

本发明的目的是提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺，以解决现有酸性矿山废水处理系统运行成本高，难以维持稳定处理的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，如图1所示，包括调节池1，调节池1的上部外接酸性矿山废水管渠，调节池1与离子反应单元2连通，离子反应单元2与泥水分离器3连通，泥水分离器3与一级深床离子交换器4连通，一级深床离子交换器4与二级深床离子交换器5连通，二级深床离子交换器5外接出水管渠；调节池1的底部、离子反应单元2的底部和泥水分离器3的底部均与污泥暂存池6连通，污泥暂存池6的上部通过输送泵与调节池1的上部连通。

具体地，离子反应单元2包括一级离子反应器21，一级离子反应器21的下部与调节池1的上部连通，一级离子反应器21的上部与二级离子反应器22的下部连通，二级离子反应器22的上部与三级离子反应器23的下部连通，三级离子反应器23的上部与四级离子反应器24的下部连通，四级离子反应器24的上部与泥水分离器3的下部连通，一级离子反应器21的底部、二级离子反应器22的底部、三级离子反应器23的底部以及四级离子反应器24的底部均与污泥暂存池6连通；通过设置4级离子反应器，能够将废水中的Fe³⁺彻底形成氢氧化铁结晶。

进一步地，如图2所示，一级离子反应器21、二级离子反应器22、三级离子反应器23以及四级离子反应器24结构相同，均包括反应器壳体，反应器壳体内安装有反应组件，反应组件包括组件连接装置201，组件连接装置201可拆卸地安装于反应器壳体的中部，组件连接装置201中设有组件支架202，组件支架202之间填充有吸附结晶填料203。

进一步地，吸附结晶填料203采用由释碱基团和吸附结晶基团构成的功能性半柔性材料，主要材质为PP，规格为直径150mm。

进一步地，如图3所示，泥水分离器3包括池体，池体的下部与离子反应单元2连通，池体的上部与一级深床离子交换器4连通，池体内安装有分离模块，分离模块包括模块连接装置301，模块连接装置301可拆卸地安装于池体的中部，模块连接装置301中设有模块支架302，模块支架302之间填充有特种滤布303。

进一步地，特种滤布303经过二次加工制得，其孔径为6000目。

进一步地，一级深床离子交换器4的下部与泥水分离器3的上部连通，二级深床离子交换器5的下部与一级深床离子交换器4的上部连通；一级深床离子交换器4和二级深床离子交换器5结构相同，均包括交换器壳体，交换器壳体内安装有工艺反应填料模块。

进一步地，工艺反应填料模块采用Ca、Mn、Si、Fe、S、Mg、O元素构成的反应填料模块；Fe、Mn、Si、Al、O、H元素构成的反应填料模块；Si、Fe、Al、Ca、O元素构成的反应填料模块中的一种或多种；其中采用Ca、Mn、Si、Fe、S、Mg、O元素构成的反应填料模块主要能够促进氧化还原、静电吸附、离子交换；采用Fe、Mn、Si、Al、O、H元素构成的反应填料模块主要能够促进催化氧化、拦截过滤、中和；采用Si、Fe、Al、Ca、O元素构成的反应填料模块主要能够促进电位吸附、催化氧化、拦截过滤，在实际应用中可以根据需要选择合适的反应填料模块。

进一步地，一级深床离子交换器4的进水端、一级深床离子交换器4的出水端、二级深床离子交换器5的进水端以及二级深床离子交换器5的出水端均设有配水槽，配水槽采用穿孔花墙或穿管花墙结构，穿孔的大小为50mm×50mm或直径50mm。

本实施例还提供一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理工艺，如图4所示，工艺包括以下步骤：

(1)将需要处理的酸性矿山废水通过管渠引至调节池，对原水的水质、水量进行调节；

(2)调节池的出水通过重力自流或泵提升至离子反应单元，离子反应单元内安装的反应组件中的吸附结晶填料吸附诱导结晶反应发生，使Fe³⁺形成氢氧化铁结晶，离子反应时间为3～4h，分2格；

(3)离子反应单元的出水通过重力自流进入泥水分离器，泥水分离器内安装的分离模块中的特种滤布的过滤去除重金属沉淀颗粒物，沉淀分离时间为2～3h，分2格；

(4)泥水分离器的出水通过重力自流进入一级深床离子交换器，一级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生中和、离子交换作用，去除废水中金属离子，反应时间不低于3h，分2格；

(5)一级深床离子交换器的出水通过重力自流进入二级深床离子交换器，二级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生催化氧化、过滤、吸附作用，进一步去除废水中金属离子，反应时间不低于4h，分2格；

(6)二级深床离子交换器的出水通过出水管渠排入受纳水体；

(7)污泥暂存池贮存调节池、离子反应单元和泥水分离器定期排放的底泥，上清液回流至调节池，污泥定期外运处置。

本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺针对陕西省某已关停硫铁矿的矿渣淋溶水和矿洞涌水进行了治理，矿渣淋溶水和矿洞涌水中主要超标因子为铁、锰、锌、镉、镍、铜、pH和色度，该处理系统的设计处理规模为60m3/d，处理系统各单元的尺寸如下：调节池6.7m×2.0m×2.0m、离子反应器φ1.7m×3.5m、泥水分离器2.0m×1.7m×2.0m、一级深床离子交换器3.0m×1.7m×2.0m(含配水槽、收集槽)、二级深床离子交换器3.0m×1.7m×2.0m(含配水槽、收集槽)、污泥暂存池21m×2.0m×2.0m；其中，反应组件45m³，分离模块15m³，三种工艺反应填料用量分别为13m³、26m³、13m³，填料1采用6～8mm规格，填料2采用2～4mm规格，填料3采用2～4mm规格。

系统运行后记录水质指标如下：

由此可见，本发明提供的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统及工艺出水水质主要指标满足《铁矿采选工业污染物排放标准》(GB28661-2012)要求，且自运行以来，系统运行稳定可靠，出水水质均达到标准要求；工程总投资约为165万元，运行成本折合吨水约为10.82元，相比于现有废水处理系统及工艺有效节约了运行成本。

本发明应用了具体个例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，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：包括调节池，所述调节池的上部外接酸性矿山废水管渠，所述调节池与离子反应单元连通，所述离子反应单元与泥水分离器连通，所述泥水分离器与一级深床离子交换器连通，所述一级深床离子交换器与二级深床离子交换器连通，所述二级深床离子交换器外接出水管渠；

所述调节池的底部、所述离子反应单元的底部和所述泥水分离器的底部均与污泥暂存池连通，所述污泥暂存池的上部通过输送泵与所述调节池的上部连通。

2.根据权利要求1所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述离子反应单元包括一级离子反应器，所述一级离子反应器的下部与所述调节池的上部连通，所述一级离子反应器的上部与二级离子反应器的下部连通，所述二级离子反应器的上部与三级离子反应器的下部连通，所述三级离子反应器的上部与四级离子反应器的下部连通，所述四级离子反应器的上部与所述泥水分离器的下部连通，所述一级离子反应器的底部、所述二级离子反应器的底部、所述三级离子反应器的底部以及所述四级离子反应器的底部均与所述污泥暂存池连通。

3.根据权利要求2所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述一级离子反应器、所述二级离子反应器、所述三级离子反应器以及所述四级离子反应器结构相同，均包括反应器壳体，所述反应器壳体内安装有反应组件，所述反应组件包括组件连接装置，所述组件连接装置可拆卸地安装于所述反应器壳体的中部，所述组件连接装置中设有组件支架，所述组件支架之间填充有吸附结晶填料。

4.根据权利要求3所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述吸附结晶填料采用由释碱基团和吸附结晶基团构成的功能性半柔性材料，主要材质为PP，规格为直径150mm。

5.根据权利要求1所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述泥水分离器包括池体，所述池体的下部与所述离子反应单元连通，所述池体的上部与所述一级深床离子交换器连通，所述池体内安装有分离模块，所述分离模块包括模块连接装置，所述模块连接装置可拆卸地安装于所述池体的中部，所述模块连接装置中设有模块支架，所述模块支架之间填充有特种滤布。

6.根据权利要求5所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述特种滤布经过二次加工制得，其孔径为5000-8000目。

7.根据权利要求1所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述一级深床离子交换器的下部与所述泥水分离器的上部连通，所述二级深床离子交换器的下部与所述一级深床离子交换器的上部连通；所述一级深床离子交换器和所述二级深床离子交换器结构相同，均包括交换器壳体，所述交换器壳体内安装有工艺反应填料模块。

8.根据权利要求7所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述工艺反应填料模块采用Ca、Mn、Si、Fe、S、Mg、O元素构成的反应填料模块；Fe、Mn、Si、Al、O、H元素构成的反应填料模块；Si、Fe、Al、Ca、O元素构成的反应填料模块中的一种或多种。

9.根据权利要求1-8任一所述的用于硫铁矿废水的深床离子反应处理系统，其特征在于：所述一级深床离子交换器的进水端、所述一级深床离子交换器的出水端、所述二级深床离子交换器的进水端以及二级深床离子交换器的出水端均设有配水槽，所述配水槽采用穿孔花墙或穿管花墙结构，穿孔的大小为50mm×50mm或直径50mm。

10.一种用于硫铁矿废水的深床离子反应处理工艺，其特征在于：所述工艺包括以下步骤：

(1)将需要处理的酸性矿山废水通过管渠引至调节池，对原水的水质、水量进行调节；

(2)调节池的出水通过重力自流或泵提升至离子反应单元，离子反应单元内安装的反应组件中的吸附结晶填料吸附诱导结晶反应发生，使Fe³⁺形成氢氧化铁结晶，离子反应时间为3～4h，分2格；

(3)离子反应单元的出水通过重力自流进入泥水分离器，泥水分离器内安装的分离模块中的特种滤布的过滤去除重金属沉淀颗粒物，沉淀分离时间为2～3h，分2格；

(4)泥水分离器的出水通过重力自流进入一级深床离子交换器，一级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生中和、离子交换作用，去除废水中金属离子，反应时间不低于3h，分2格；

(5)一级深床离子交换器的出水通过重力自流进入二级深床离子交换器，二级深床离子交换器内安装的工艺反应填料模块与废水接触后发生催化氧化、过滤、吸附作用，进一步去除废水中金属离子，反应时间不低于4h，分2格；

(6)二级深床离子交换器的出水通过出水管渠排入受纳水体；

(7)污泥暂存池贮存调节池、离子反应单元和泥水分离器定期排放的底泥，上清液回流至调节池，污泥定期外运处置。

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