CN114163066A - 一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法 - Google Patents
一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，矿井生境重构系统、多功能速凝系统、多级复氧强化生态处理系统，步骤包括：(1)、在矿井中设置矿井生境重构系统对废水进行处理(2)、从矿井中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统处理；(3)、多功能速凝系统处理的废水进入多级复氧强化生态处理系统；本发明能有效实现酸性矿山废水处理，具有无动力、出水水质好、景观效果好、运行维护成本低、管理简单等优势，具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及具体为一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法。
背景技术
随着人类社会的不断发展，对矿产资源的需求量不断增加，伴随着矿产资源的开发和利用，对矿区周边大气、水体和土壤等带来一系列的环境问题。煤炭是我国重要的支柱能源，煤炭在开采过程中及废弃矿井中会形成大量酸性矿山废水(Acid Mine Drainage,AMD)。AMD 具有pH值低、铁锰含量高、含有大量重金属离子及硫酸根浓度高等特点，通常AMD的pH 值在2～4之间，且含有高浓度的Fe、Mn和大量的Cr、Cu、Pb、Cd、Zn等重金属，污染水体及土壤，导致植被枯萎、死亡，对生态环境和人体健康造成严重破坏影响，酸性矿山废水(AMD)的主要处理技术包括酸碱中和法、混凝沉淀法、化学氧化法、人工湿地法和特种微生物等处理技术，其中酸碱中和法、混凝沉淀法和化学氧化法需要添加大量的化学药剂，在处理过程中会产生大量的化学污泥，运行成本高，管理复杂，易造成二次污染；人工湿地法通过基质和植物的作用可在一定程度上处理低浓度酸性矿山废水，但存在占地面积大、植物不易存活和容易堵塞等问题；投加特种微生物的方式是根据硫循环原理，利用硫酸盐还原菌通过异化硫酸盐的生物还原反应，将硫酸盐还原成H2S，进一步通过微生物氧化作用将H2S 氧化为单质硫，同时将金属离子转化为沉淀物，但由于废水中营养物匮乏，厌氧环境不易构建，导致该种方法的应用受到限制。
针对酸性矿山废水现有处理技术存在的问题，本发明采用“矿井生境重构+强化生态处理”的酸性矿山废水处理方法，在源头通过矿井生境重构，降低污染物产生，在末端构建强化生态处理系统，实现废水的有效处理，避免酸性矿山废水造成生态环境破坏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种源头通过矿井生境重构，降低污染物产生，在末端构建强化生态处理系统，实现废水的有效处理，避免酸性矿山废水造成生态环境破坏的酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明的方案为：
一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：矿井生境重构系统、多功能速凝系统、多级复氧强化生态处理系统，步骤包括：(1)、在矿井中设置矿井生境重构系统对废水进行处理(2)、从矿井中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统处理； (3)、多功能速凝系统处理的废水进入多级复氧强化生态处理系统。
具体地，所述矿井生境重构系统是在在矿井中安装气溶胶释放系统，采用水封密闭2-5 级，设置气溶胶释放系统50-3000m，间歇投加微生物抑制剂，微生物抑制剂采用苯甲酸钠或十二烷基硫酸钠，间隔时间为7-15d，投加次数为3～9次，然后通过气溶胶释放系统投加特种厌氧微生物，采用厌氧甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌混合成的复合菌剂，间隔时间为15-30d，投加次数为3～5次。
具体地，所述多功能速凝系统由进水跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区组成，该步骤(1)中的酸废水依次通过跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区，该进水跌水渠 3的长度为20-150m，宽度为0.3-0.6m，跌水级数为5-30级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用5-10cm。
具体地，所述进水跌水渠3的长度为20-150m，宽度为0.3-0.6m，跌水级数为5-30级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用5-10cm。
具体地，所述自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1-2.5m，填料区的停留时间为1-3d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.1～1.2mg质量/m3。
具体地，所述沉淀区采用斜管填料，斜管管径为50-80cm，填料区停留时间为0.5-2d。
具体地，所述多级复氧强化生态处理系统采用水平潜流人工湿地3-7级，停留时间为2-5d，每级之间设置跌水复氧，跌水高度大于10cm，湿地中采用石灰岩基质，基质粒径采用5-10cm，湿地表面覆盖5-10cm种植土，种植水葱、美人蕉、菖蒲、风车草、再力花和水生鸢尾等水生植物，并种植节节草、水蓼、水苔等功能性经济作物，种植密度为16-36株/m2。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提出一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，该方法能有效实现酸性矿山废水处理，具有无动力、出水水质好、景观效果好、运行维护成本低、管理简单等优势，具有明显的环境效益、经济效益和社会效益。
具体实施方式
下面结合对本发明的具体实施方式作进一步说明。
在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例一
一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，步骤包括：
步骤一、在矿井中安装气溶胶释放系统，采用水封密闭2级，设置气溶胶释放系统50m，间歇投加微生物抑制剂，微生物抑制剂采用苯甲酸钠或十二烷基硫酸钠，间隔时间为7d，投加次数为3次，然后通过气溶胶释放系统投加特种厌氧微生物，采用厌氧甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌混合成的复合菌剂，间隔时间为15d，投加次数为3次，使矿井出水中的污染物减少。
步骤二、从步骤一中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统中，该多功能速凝系统由进水跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区组成，该步骤一中的酸性矿山废水依次通过跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区，该进水跌水渠的长度为20m，宽度为0.3m，跌水级数为5级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用 5-10cm；自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1-2.5m，填料区的停留时间为1d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.1mg质量/m3，沉淀区采用斜管填料，斜管管径为50cm，填料区停留时间为0.5d，步骤一中溶液进入跌水渠后与跌水渠中的轻质人工碳酸盐颗粒充分接触，调节废水的pH值，并通过跌水实现自然复氧；废水进入自然催化氧化区与自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1m，填料区的停留时间为1d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.1mg质量/m3充分接触，在填料区接种亚铁离子氧化菌，将二价铁离子氧化为三价铁离子，然后通过沉淀区去除大部分金属沉淀物；
步骤三、沉淀后的出水进入多级复氧强化生态处理系统，多级复氧强化生态处理系统采用水平潜流人工湿地3级，停留时间为2d，每级之间设置跌水复氧，跌水高度大于10cm，湿地中采用石灰岩基质，基质粒径采用5cm，湿地表面覆盖5cm种植土，种植水葱、美人蕉、菖蒲、风车草、再力花和水生鸢尾等水生植物，并种植节节草、水蓼、水苔等功能性经济作物，种植密度为16株/m2，通过生态处理系统的物化反应、生物转化和植物吸收等作用实现污染物的进一步去除。
实施例二
一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，步骤包括：
步骤一、在矿井中安装气溶胶释放系统，采用水封密闭3级，设置气溶胶释放系统1000m，间歇投加微生物抑制剂，微生物抑制剂采用苯甲酸钠或十二烷基硫酸钠，间隔时间为9d，投加次数为6次，然后通过气溶胶释放系统投加特种厌氧微生物，采用厌氧甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌混合成的复合菌剂，间隔时间为20d，投加次数为4次，使矿井出水中的污染物减少。
步骤二、从步骤一中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统中，该多功能速凝系统由进水跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区组成，该步骤一中的酸性矿山废水依次通过跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区，该进水跌水渠的长度为80m，宽度为0.5m，跌水级数为15级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用5-10cm；自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1.8m，填料区的停留时间为2d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.5mg质量/m3，沉淀区采用斜管填料，斜管管径为60cm，填料区停留时间为1d，步骤一中溶液进入跌水渠后与跌水渠中的轻质人工碳酸盐颗粒充分接触，调节废水的pH值，并通过跌水实现自然复氧；废水进入自然催化氧化区与自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1.5m，填料区的停留时间为2d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.8mg质量/m3充分接触，在填料区接种亚铁离子氧化菌，将二价铁离子氧化为三价铁离子，然后通过沉淀区去除大部分金属沉淀物；
步骤三、沉淀后的出水进入多级复氧强化生态处理系统，多级复氧强化生态处理系统采用水平潜流人工湿地5级，停留时间为4d，每级之间设置跌水复氧，跌水高度大于10cm，湿地中采用石灰岩基质，基质粒径采用8cm，湿地表面覆盖8cm种植土，种植水葱、美人蕉、菖蒲、风车草、再力花和水生鸢尾等水生植物，并种植节节草、水蓼、水苔等功能性经济作物，种植密度为20株/m2，通过生态处理系统的物化反应、生物转化和植物吸收等作用实现污染物的进一步去除。
实施例三、
一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，步骤包括：
步骤一、在矿井中安装气溶胶释放系统，采用水封密闭5级，设置气溶胶释放系统3000m，间歇投加微生物抑制剂，微生物抑制剂采用苯甲酸钠或十二烷基硫酸钠，间隔时间为15d，投加次数为9次，然后通过气溶胶释放系统投加特种厌氧微生物，采用厌氧甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌混合成的复合菌剂，间隔时间为30d，投加次数为5次，使矿井出水中的污染物减少。
步骤二、从步骤一中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统中，该多功能速凝系统由进水跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区组成，该步骤一中的酸性矿山废水依次通过跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区，该进水跌水渠的长度为150m，宽度为0.6m，跌水级数为30级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用 10cm；自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为2.5m，填料区的停留时间为3d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为1.2mg质量/m3，沉淀区采用斜管填料，斜管管径为80cm，填料区停留时间为2d，步骤一中溶液进入跌水渠后与跌水渠中的轻质人工碳酸盐颗粒充分接触，调节废水的pH值，并通过跌水实现自然复氧；废水进入自然催化氧化区与自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为2.5m，填料区的停留时间为3d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为1.2mg质量/m3充分接触，在填料区接种亚铁离子氧化菌，将二价铁离子氧化为三价铁离子，然后通过沉淀区去除大部分金属沉淀物。
步骤三、沉淀后的出水进入多级复氧强化生态处理系统，多级复氧强化生态处理系统采用水平潜流人工湿地7级，停留时间为5d，每级之间设置跌水复氧，跌水高度大于10cm，湿地中采用石灰岩基质，基质粒径采用10cm，湿地表面覆盖10cm种植土，种植水葱、美人蕉、菖蒲、风车草、再力花和水生鸢尾等水生植物，并种植节节草、水蓼、水苔等功能性经济作物，种植密度为36株/m2，通过生态处理系统的物化反应、生物转化和植物吸收等作用实现污染物的进一步去除。
以上结合对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：矿井生境重构系统、多功能速凝系统、多级复氧强化生态处理系统，步骤包括：(1)、在矿井中设置矿井生境重构系统对废水进行处理(2)、从矿井中流出的酸性矿山废水进入多功能速凝系统处理；(3)、多功能速凝系统处理的废水进入多级复氧强化生态处理系统。
2.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述矿井生境重构系统是在在矿井中安装气溶胶释放系统，采用水封密闭2-5级，设置气溶胶释放系统50-3000m，间歇投加微生物抑制剂，微生物抑制剂采用苯甲酸钠或十二烷基硫酸钠，间隔时间为7-15d，投加次数为3～9次，然后通过气溶胶释放系统投加特种厌氧微生物，采用厌氧甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌混合成的复合菌剂，间隔时间为15-30d，投加次数为3～5次。
3.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述多功能速凝系统由进水跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区组成，该步骤(1)中的酸废水依次通过跌水渠、自然催化氧化区、沉淀区和出水区，该进水跌水渠3的长度为20-150m，宽度为0.3-0.6m，跌水级数为5-30级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用5-10cm。
4.根据权利要求3所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述进水跌水渠3的长度为20-150m，宽度为0.3-0.6m，跌水级数为5-30级，每级跌水高度大于10cm，跌水渠中装填轻质人工碳酸盐颗粒，粒径采用5-10cm。
5.根据权利要求3所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述自然催化氧化区中设置催化氧化填料，填料高度为1-2.5m，填料区的停留时间为1-3d，并在填料区接种亚铁离子氧化菌，接种浓度为0.1～1.2mg质量/m3。
6.根据权利要求3所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述沉淀区采用斜管填料，斜管管径为50-80cm，填料区停留时间为0.5-2d。
7.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水矿井生境重构耦合生态处理系统及方法，其特征在于：所述多级复氧强化生态处理系统采用水平潜流人工湿地3-7级，停留时间为2-5d，每级之间设置跌水复氧，跌水高度大于10cm，湿地中采用石灰岩基质，基质粒径采用5-10cm，湿地表面覆盖5-10cm种植土，种植水葱、美人蕉、菖蒲、风车草、再力花和水生鸢尾等水生植物，并种植节节草、水蓼、水苔等功能性经济作物，种植密度为16-36株/m2。
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