CN114605032A - 一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，强化复合型生态滤床包括：配水井、多介质过滤层和床体；配水井位于多介质过滤层顶部，配水井的一侧设置有入水口，配水井的底部设置有出水口,多介质过滤层的底部通过连通水管与床体的底部连通；床体包括：自下而上设置的防渗层、多层级填料过滤区、植被层，以及，设置在床体底部的曝气装置；多层级填料过滤区设置在床体的内部，在多层级填料过滤区中添加USAB厌氧颗粒。本申请提供的强化复合型生态滤床应用于处理低污染矿井水，不使用化学试剂即能够去除经过简单混凝澄清后矿井水中的污染物，污染物处理效果稳定、具有良好的生态效益和经济效益。

Description

一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床
技术领域
本申请属于煤炭矿区矿井水处理领域，具体涉及一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床。
背景技术
我国在近期较长的一段时间内仍然以煤炭作为主要的能源资源，煤炭矿区矿井水大多在井下经过简单混凝澄清后提升至地面，但是处理后的水质仍然存在某些污染物(如COD、SS、TN、TP、有害离子等)微量超标，无法达到排放至河流、湖泊等自然水体的标准。
生态滤床是一项传统污水处理装置，具有投入运行成本低的特点，但是现有的生态滤床存在生态协调性差、污染物去除能力差的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本申请提供一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，针对现有技术中的不足，提供一种应用于处理低污染矿井水，不使用化学试剂能够去除经过简单混凝澄清后的矿井水中的污染物的复合型生态滤床，污染物处理效果稳定、具有良好的生态效益和经济效益。
为达到上述目的，本发明的技术方案如下：
一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，所述强化复合型生态滤床包括：配水井、多介质过滤层和床体；
所述配水井位于所述多介质过滤层顶部，所述配水井的一侧设置有入水口，所述配水井的底部设置有出水口,所述多介质过滤层的底部通过连通水管与所述床体的底部连通；
所述床体包括：自下而上设置的防渗层、多层级填料过滤区、植被层，以及，设置在所述床体底部的曝气装置；所述多层级填料过滤区设置在所述床体的内部，在所述多层级填料过滤区中添加USAB厌氧颗粒。
在一种可能的实现方式中，所述多介质过滤层包括自上而下依次设置无烟煤滤层、石英砂滤层、活性炭滤层和活性氧化铝滤层。
需要说明的是，所述多介质过滤层用于对矿井水悬浮物、COD、F-和SO4 2-进行吸附过滤。
在一种可能的实现方式中，所述多层级填料过滤区包括自下而上依次设置煤矸石滤层、砾石滤层、煤渣滤层、河沙滤层和粉煤灰滤层。
在一种可能的实现方式中，所述煤矸石滤层中的煤矸石粒径为8-32mm，所述煤矸石滤层的厚度为300-400mm；所述砾石滤层中的砾石粒径为8-20mm，所述砾石滤层的厚度为200-300mm；所述煤渣滤层中的煤渣粒径为5-8mm，所述煤渣滤层的厚度为200-300mm；所述河沙滤层中的河沙粒径为4-60目；所述河沙滤层的厚度为100-200mm；所述粉煤灰滤层的厚度为100-200mm。
在一种可能的实现方式中，所述多层级填料过滤区的底部及四周设置有所述防渗层。
在一种可能的实现方式中，所述防渗层为土工布、高密度聚乙烯(HDPE)、混凝土或黏土中的一种或几种。需要说明的是，所述防渗层可以以混凝土或黏土形成单层防渗层，也可以以底部铺设混凝土或黏土，其上覆盖土工布或土工布和HDPE的组合方式组成复合防渗层。
在一种可能的实现方式中，所述UASB厌氧颗粒用于处理含硫废水，以使生态滤床能够在运行过程中富集硫酸盐还原菌，所述生态滤床中的硫酸盐还原菌用于去除矿井水中硫酸盐。
在一种可能的实现方式中，所述植被层的种植基质采用土壤和粉煤灰为主体进行夹层式覆土构建。
在一种可能的实现方式中，所述植被层的植物为耐盐和重金属超富集的植物，在所述植物的根系区域接种有促进所述植物生长的复合微生物菌团。
在一种可能的实现方式中，所述复合微生物菌团为固氮菌或丛枝真菌。
在一种可能的实现方式中，所述配水井的另一侧连通所述床体一侧设置的防溢回流口。
在一种可能的实现方式中，所述床体远离所述配水井的一侧设置有床体出水口。
在一种可能的实现方式中，所述曝气装置包括曝气风管和曝气风机，所述曝气装置采用间歇式曝气方式，用于保持生态滤床床体的厌氧或者微氧特性并促进废水的均匀分布。
实施本发明的一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)在强化复合型生态滤床中设置了多介质过滤部分，主要进行悬浮物、COD、F-和SO4 2-的吸附过滤，作为预过滤处理对生态滤床提供了良好的保护效果，保证了生态滤床的长期稳定运行。
(2)在强化复合型生态滤床中设置了多层级填料过滤区，在通过级配进一步去除矿井水中悬浮物的基础上，其中的煤矸石与粉煤灰可进一步吸附矿井水中的F-和SO4 2-，提升矿井水的出水水质。
(3)在强化复合型生态滤床的多层级填料过滤区引入了硫酸盐还原菌，通过保持生态滤床的厌氧或微氧环境可使硫酸盐还原菌在生态滤床中得到富集，进一步增强对矿井水中硫酸盐的去除能力。
(4)在强化复合型生态滤床增加了人工曝气装置，可通过合理的运行方式有效提高传统潜流人工湿地的处理效率，并可通过引入热空气实现在寒冷地区的冬季运行，保证矿井水的持续处理。
(5)强化复合型生态滤床采用溢流方式运行，床体长时间处于浸水状态，可促进床体表层填料层中形成具有较强吸附性能的土壤胶体，进一步提高对水中悬浮颗粒的截留和吸附。
(6)强化复合型生态滤床采用了矿区就地取材的煤矸石、煤渣、粉煤灰等副产物和固体废物材料与砾石、河沙等复配作为基质填料，实现了矿区副产物和固体废物的资源化利用，具有良好的生态效益和经济效益。
(7)本发明的强化复合型生态滤床针对低污染物矿井水具有优良的处理效果，出水能达到排至地表水系的地表III类水的相关标准，具有水力负荷大、处理效果稳定、无化学药剂的使用、能耗低的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1为本申请实施例提供的强化复合型生态滤床的结构示意图。
附图标记：1.防溢回流口；2.入水口；3.配水井；4.出水口；5.无烟煤滤层；6.石英砂滤层；7.活性炭滤层；8.活性氧化铝滤层；9.连通水管；10.防渗层；11.曝气风管；12.煤矸石滤层；13.砾石滤层；14.煤渣滤层；15.河沙滤层；16.粉煤灰滤层；17.植被层；18.床体出水口；19.阀门；20.曝气风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1，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作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。
实施例1
如图1所示，本申请提供一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，所述强化复合型生态滤床包括：配水井、多介质过滤层和床体。
所述配水井位于所述多介质过滤层顶部，所述配水井的一侧设置有入水口，所述配水井的底部设置有出水口,所述多介质过滤层的底部通过连通水管与所述床体的底部连通。
所述床体包括：自下而上设置的防渗层、多层级填料过滤区、植被层，以及，设置在所述床体底部的曝气装置；所述多层级填料过滤区设置在所述床体的内部，在所述多层级填料过滤区中添加USAB厌氧颗粒。
实施例2
如图1所示，一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，所述强化复合型生态滤床包括：配水井、多介质过滤层和床体。
所述配水井位于所述多介质过滤层顶部，所述配水井的一侧设置有入水口，所述配水井的底部设置有出水口,所述多介质过滤层的底部通过连通水管与所述床体的底部连通。
所述床体包括：自下而上设置的防渗层、多层级填料过滤区、植被层，以及，设置在所述床体底部的曝气装置；所述多层级填料过滤区设置在所述床体的内部，在所述多层级填料过滤区中添加USAB厌氧颗粒。
在一种示例中，所述多介质过滤层包括自上而下依次设置无烟煤滤层、石英砂滤层、活性炭滤层和活性氧化铝滤层。
需要说明的是，无烟煤是一种水处理常用的滤料，除煤颗粒表面粗糙外，抗压耐磨性强，还具有良好的吸附能力，能去除悬浮物、溶解离子等，在本申请实施例中，可采用粒径为0.5-1.0mm的无烟煤进行过滤和吸附。石英砂是一种坚硬、耐磨、化学性能稳定的硅酸盐矿物，其主要矿物成分是SiO2，可有效吸附水体中的悬浮物、氨氮、污染物质等，在本申请实施例中，可采用粒径为0.5-1.2mm的石英砂进行过滤。活性炭具有很大的比表面积，能有效吸附COD、悬浮物、游离氯和色度等，具有耐磨、化学稳定性强，再生后性能恢复好等特点，在本申请实施例中，可采用粒径为1.0-2.5mm的活性炭进行吸附。活性氧化铝是常用的吸附氟离子的吸附剂之一，具有吸附容量较大，再生简易等特点，同时活性氧化铝也可吸附硫酸根离子，在本申请实施例中，可采用粒径为0.5-2.0mm的活性炭进行吸附。
在一种示例中，所述多层级填料过滤区包括自下而上依次设置煤矸石滤层、砾石滤层、煤渣滤层、河沙滤层和粉煤灰滤层。
在一种示例中，所述煤矸石滤层中的煤矸石粒径为8-32mm，所述煤矸石滤层的厚度为300-400mm；所述砾石滤层中的砾石粒径为8-20mm，所述砾石滤层的厚度为200-300mm；所述煤渣滤层中的煤渣粒径为5-8mm，所述煤渣滤层的厚度为200-300mm；所述河沙滤层中的河沙粒径为4-60目；所述河沙滤层的厚度为100-200mm；所述粉煤灰滤层的厚度为100-200mm。
需要说明的是，所述多层级填料过滤区可利用的固体材料包括：砾石、砂石、火山岩、沸石、蛭石、煤矸石、铁砂球、煤渣、钢渣、石灰石、陶粒、河(湖)底淤泥、河沙、粉煤灰等中的几种。在本申请实施例中，结合矿区所在地填料材料的获取条件，可利用煤矸石、砾石、煤渣、河沙、粉煤灰从下至上构建。
需要说明的是，虽然在此对本实施例当中的生态滤床的各层填料及厚度做出了说明，但这只是床体填料的其中一种实现方式，在其它实施例当中，生态滤床填料还可以做相应的调整变化，例如所述多级生态过滤层还可以包括更多或更少级生态过滤层，同时，各层填料厚度可根据周围防渗层的高度做适应性调整，生态滤床的总厚度应至少不少于100cm。
需要说明的是，多层级填料过滤区的设计可以进一步强化复合生态滤床排水时填料内部的充氧能力，并且可以减少污水中的有害气体，提高水中的溶解氧含量，有助于硝化作用的进行。
在一种示例中，所述多层级填料过滤区的底部及四周设置有所述防渗层。
在一种示例中，所述防渗层为土工布、高密度聚乙烯(HDPE)、混凝土或黏土中的一种或几种。
需要说明的是，在本申请实施例中，可以根据矿井水的废污水是否能排入或渗入地下水系可选择性地设置防渗层，具体的，在多层级填料过滤区的底部及四周铺设防渗层。
在一种示例中，所述UASB厌氧颗粒用于处理含硫废水，以使生态滤床能够在运行过程中富集硫酸盐还原菌，所述生态滤床中的硫酸盐还原菌用于去除矿井水中硫酸盐。
需要说明的是，在强化复合型生态滤床的多层级填料过滤区添加用于处理高含硫废水的UASB厌氧颗粒，使生态滤床能够在运行过程中富集硫酸盐还原菌，增强生态滤床对矿井水中硫酸盐的去除能力。
在一种示例中，所述植被层的种植基质采用土壤和粉煤灰为主体进行夹层式覆土构建。
在一种示例中，所述植被层的植物为耐盐和重金属超富集的植物，在所述植物的根系区域接种有促进所述植物生长的复合微生物菌团。
在一种示例中，所述复合微生物菌团为固氮菌或丛枝真菌。
需要说明的是，采用土壤和粉煤灰为主体进行夹层式覆土构建的方式中，多层粉煤灰及土壤交叠覆盖有利于植物降解利用覆土层的营养，有利于植物生长同时也促进了土壤基质的熟化过程。优选的，在本申请实施例中，夹层式可为：当植被层土壤厚度为300-500mm，可进行在100mm土壤上覆盖100mm粉煤灰，再在其上覆盖100mm土壤，依照这样的方式覆盖至最终厚度。
需要说明的是，粉煤灰中还可掺入矿区易得的生物质，例如秸秆、木屑、农畜废物、厌氧发酵后的生活污泥等。加入生物质可以增加有机质和营养元素，提升土壤基质营养条件，更有利于种植植物的生长。
可选取经过筛选的耐盐和重金属超富集的植物进行种植，在本申请实施例中，可选择芦苇等耐盐、耐寒的水生植物进行种植。在植物根系区域接种有促进植物生长的复合微生物菌团，如固氮菌、丛枝真菌等。同时，微生物还能降解粉煤灰及生物质中的部分物质，释放一定的营养物质，如氮、磷、钾元素，实现土壤改良和废弃物利用的综合处理。除此之外，种植基质、粉煤灰、砂石中的微生物可以进一步降解去除水中的氮、磷，以及可能残余的COD。
在一种示例中，所述配水井的另一侧连通所述床体一侧设置的防溢回流口。
在一种示例中，所述床体远离所述配水井的一侧设置有床体出水口。
在一种示例中，所述曝气装置包括曝气风管和曝气风机，所述曝气装置采用间歇式曝气方式，用于保持生态滤床床体的厌氧或者微氧特性并促进废水的均匀分布。
需要说明的是，曝气装置设置在强化复合型生态滤床的底部，可采用间歇式曝气方式，在保持生态滤床床体厌氧或微氧特性的同时促进废水的均匀分布。若强化复合型生态滤床建设在较寒冷的地区，冬季运行时可通过曝气装置引入热空气，提供额外热量，可保持矿井水在冬季冰冻期仍持续运行，实现全年对矿井水的不间断处理。
需要说明的是，间歇式曝气方式可以为：每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L。
本申请提供的用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，对矿井水的污水处理过程具体介绍如下：
矿区开采煤炭产生的矿井水在井下收集并进行预处理，矿井水经过絮凝沉淀过滤后TDS、SS等主要污染物降低，预处理出水经井下复用后剩余的部分进入强化复合型生态滤床进行进一步处理。将经过混凝处理后的矿井水提升至地面后，通过配水井一侧设置的入水口进入配水井，矿井水从上至下经过设置的多介质过滤层后到达多介质过滤层的底部，经连通水管进入强化复合型生态滤床的床体，从下至上通过多层级填料过滤区后穿过植被层进入表面溢水层，然后经过床体出水口溢流出强化复合型生态滤床，最终达到地表III类水中的COD，TDS，或某些离子(如F-和SO4 2-)的标准。其中，多介质过滤层主要进行悬浮物、COD、F-和SO4 2-的吸附过滤，生态滤床床体则是对各类污染物进行进一步去除；除此之外，在生态滤床的床体底部设置的曝气装置，通过间歇式曝气促进废水的均匀分布，并在寒冷季节通过曝气提供额外热量，实现生态滤床的全年稳定运行。
以上实施例实施本发明的一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)在强化复合型生态滤床中设置了多介质过滤部分，主要进行悬浮物、COD、F-和SO4 2-的吸附过滤，作为预过滤处理对生态滤床提供了良好的保护效果，保证了生态滤床的长期稳定运行。
(2)在强化复合型生态滤床中设置了多层级填料过滤区，在通过级配进一步去除矿井水中悬浮物的基础上，其中的煤矸石与粉煤灰可进一步吸附矿井水中的F-和SO4 2-，提升矿井水的出水水质。
(3)在强化复合型生态滤床的多层级填料过滤区引入了硫酸盐还原菌，通过保持生态滤床的厌氧或微氧环境可使硫酸盐还原菌在生态滤床中得到富集，进一步增强对矿井水中硫酸盐的去除能力。
(4)在强化复合型生态滤床增加了人工曝气装置，可通过合理的运行方式有效提高传统潜流人工湿地的处理效率，并可通过引入热空气实现在寒冷地区的冬季运行，保证矿井水的持续处理。
(5)强化复合型生态滤床采用溢流方式运行，床体长时间处于浸水状态，可促进床体表层填料层中形成具有较强吸附性能的土壤胶体，进一步提高对水中悬浮颗粒的截留和吸附。
(6)强化复合型生态滤床采用了矿区就地取材的煤矸石、煤渣、粉煤灰等副产物和固体废物材料与砾石、河沙等复配作为基质填料，实现了矿区副产物和固体废物的资源化利用，具有良好的生态效益和经济效益。
(7)本发明的强化复合型生态滤床针对低污染物矿井水具有优良的处理效果，出水能达到排至地表水系的地表III类水的相关标准，具有水力负荷大、处理效果稳定、无化学药剂的使用、能耗低的特点。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。

Claims (13)

1.一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述强化复合型生态滤床包括：配水井、多介质过滤层和床体；
所述配水井位于所述多介质过滤层顶部，所述配水井的一侧设置有入水口，所述配水井的底部设置有出水口,所述多介质过滤层的底部通过连通水管与所述床体的底部连通；
所述床体包括：自下而上设置的防渗层、多层级填料过滤区、植被层，以及，设置在所述床体底部的曝气装置；所述多层级填料过滤区设置在所述床体的内部，在所述多层级填料过滤区中添加USAB厌氧颗粒。
2.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述多介质过滤层包括自上而下依次设置无烟煤滤层、石英砂滤层、活性炭滤层和活性氧化铝滤层。
3.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述多层级填料过滤区包括自下而上依次设置煤矸石滤层、砾石滤层、煤渣滤层、河沙滤层和粉煤灰滤层。
4.根据权利要求3所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述煤矸石滤层中的煤矸石粒径为8-32mm，所述煤矸石滤层的厚度为300-400mm；所述砾石滤层中的砾石粒径为8-20mm，所述砾石滤层的厚度为200-300mm；所述煤渣滤层中的煤渣粒径为5-8mm，所述煤渣滤层的厚度为200-300mm；所述河沙滤层中的河沙粒径为4-60目；所述河沙滤层的厚度为100-200mm；所述粉煤灰滤层的厚度为100-200mm。
5.根据权利要求3所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述多层级填料过滤区的底部及四周设置有所述防渗层。
6.根据权利要求5所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述防渗层为土工布、高密度聚乙烯HDPE、混凝土或黏土中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述UASB厌氧颗粒用于处理含硫废水，以使生态滤床能够在运行过程中富集硫酸盐还原菌，所述生态滤床中的硫酸盐还原菌用于去除矿井水中硫酸盐。
8.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述植被层的种植基质采用土壤和粉煤灰为主体进行夹层式覆土构建。
9.根据权利要求8所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述植被层的植物为耐盐和重金属超富集的植物，在所述植物的根系区域接种有促进所述植物生长的复合微生物菌团。
10.根据权利要求9所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述复合微生物菌团为固氮菌或丛枝真菌。
11.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述配水井的另一侧连通所述床体一侧设置的防溢回流口。
12.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述床体远离所述配水井的一侧设置有床体出水口。
13.根据权利要求1所述一种用于处理低污染矿井水的强化复合型生态滤床，其特征在于，所述曝气装置包括曝气风管和曝气风机，所述曝气装置采用间歇式曝气方式，用于保持所述床体的厌氧或者微氧特性并促进废水的均匀分布。
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