CN116655183B - 一种酸性矿山废水处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了废水处理技术领域的一种酸性矿山废水处理装置，包括浸泡池、处理机构、过滤池和湿地系统；所述处理机构包括罐体，所述罐体至下而上包括：污泥斗区；反应区；分离器；分离区。本方案用以低成本高效的处理铁锰含量较低的酸性矿山废水。

Description

一种酸性矿山废水处理装置

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，具体涉及一种酸性矿山废水处理装置。

背景技术

煤炭和金属等矿产资源开采过程中,由于所含硫化物矿物的氧化,能够产生大量的酸性废水。酸性矿山废水(AMD)不仅包括酸性矿井水,还包括酸性的露天采场废水、矸石山和尾矿堆淋滤水等。酸性矿山废水是目前较难处理的工业废水之一,其排放量巨大,成分复杂,通常含有高浓度的硫酸盐,以及重金属离子,对环境与人体危害性大。酸性矿山废水会对矿业生产、生态环境造成负面影响,是采矿业面临的最严重的环境污染之一,

酸性矿山废水治理过程中通常采用向水中投加碱性物质的方法进行中和处理。通常将Ca(OH)₂或NaOH溶于水后进行投加。采用NaOH处理时，反应速度快，处理效率高，但存在药剂费用高，当废水中悬浮物含量低时，二沉池表面负荷低，需增加二沉池面积满足使用要求。采用Ca(OH)₂作为反应药剂时，由于其溶解度较低，通常须以悬浮液形式进行投加，以减少投加的溶液的投加量，投入的悬浮液中含有大量的Ca(OH)₂微粒，遇酸后反应剧烈，Ca²⁺与SO₄ ^2-在悬浮颗粒表面浓度大幅上升，易生成CaSO₄结晶，阻隔酸碱反应的持续进行，增加Ca(OH)₂的使用量，提高处理成本。为了客服上述缺点,现在亟需一种动力设备少,成本低的高效处理铁锰含量较低的酸性矿山废水处理装置。

发明内容

本发明意在提供一种酸性矿山废水处理装置，用以低成本高效的处理酸性矿山废水。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种酸性矿山废水处理装置，包括浸泡池、处理机构、过滤池和湿地系统；

所述处理机构包括罐体，所述罐体至下而上包括：

污泥斗区，污泥斗区用于污泥的汇集、排出及进气和进水；

反应区，反应区用于气体和白云岩浆粉进行中和反应，提高废水pH，促进Fe³⁺向Fe(OH)₃的转化，形成可沉物质；

分离器，分离器用于罐体内的气体与液体的分离；

分离区，分离区用于废水的整流、废水中颗粒物的分解、过滤。

进一步，所述罐体的底部为斗形，所述污泥斗区位于罐体的底部，所述污泥斗区包括排泥管、进水管和曝气管，排泥管的进口端位于罐体的底部的最低处，排泥管的出口端横向穿过罐体的底部位于罐体外；

所述进水管的进水端与矿山废水连通，进水管的出水端穿过罐体并向下竖直弯折朝向罐体的底部的最低处；

所述曝气管位于污泥斗区的上层，曝气管横向设置，且曝气管的一端位于罐体内，曝气管的另一端穿过罐体位于罐体外并连通有风机，所述曝气管位于罐体内的一端上均布有多个曝气孔。

进一步，所述反应区包括“人”字型的反射板，反射板通过多根横杆固定在所述罐体内的中心轴处；

所述反射板的正上方设有竖直的循环管，循环管同样通过多根横杆进行固定，所述循环管的顶部呈喇叭状，所述循环管的中部连通有补充管，所述补充管远离循环管的一端穿过罐体与所述浸泡池连通。

进一步，所述分离器包括挡气环和降泥管，所述挡气环由截面为“<”形的长条围成环形而形成，且挡气环的开口侧朝向外侧，所述挡气环的直径与罐体的内径相同，挡气环水平固定在所述罐体内；

所述降泥管竖直设置，且降泥管的底端位于循环管顶端的正上方，所述降泥管的顶端设有漏斗形的分离元件，分离元件的底端与降泥管的顶端连通，在分离元件顶端的圆周上固定连接有横截面为“冂”字型的环形挡板，环形挡板的直径大于挡气环的内径，并小于罐体的直径，在所述环形挡板的顶端连通有排气管，排气管远离环形挡板的一端穿过罐体并位于罐体外。

进一步，所述分离区包括整流板和过滤系统，所述整流板为上宽下窄的缩口状，整流板位于环形挡板的上方，且整流板与罐体的内壁固定连接，所述过滤系统包括支撑网板，支撑网板水平固定在罐体内壁上，且支撑网板位于整流板的正上方，所述支撑网板上设有有机填料，有机填料上设有覆盖网板，覆盖网板与罐体内壁固定连接，所述覆盖网板上方设有截面为“U”形的环形槽，环形槽水平固定在罐体的内壁上，所述环形槽连通有排水管，排水管远离环形槽的一端穿过罐体与所述过滤池连通，所述过滤池上连通有导管，导管远离过滤池的一端与湿地系统连通。

进一步，所述有机填料采用天然有机质，天然有机质包括木屑、秸秆和酒糟。

进一步，浸泡池、处理机构、过滤池和湿地系统用于对pH≥4.5，Fe²⁺≤100mg/l，Mn^{2 +}≤3mg/l的废弃矿山酸性废水进行处理。

本发明的有益效果：

1、系统动力设备较少，反应区域内主要动力设备为风机，无回流等设备，大大的减少了能源消耗，节约了消耗成本和设备成本。

2、本设备管理简单，控制要点主要为pH及溶解氧含量，检测速度快。

3、采用定期排泥，泥中Fe含量高，可回收利用。

4、过滤池不设反洗装置，阻力过高后，优先采取人工翻捣方式进行疏通，效果不佳后，可将有机质层及石灰岩填料层翻出后重新更换，翻出的填料可根据矿井废水中有毒有害物质含量选择干化后就地填埋或外运处置。

5、较常规被动处理系统而言，本方案大幅降低了占地面积，避免了填料包裹结垢、板结的弊端；较常规主动处理系统而言，药剂、动力费用得到大幅降低，管理难度小，可在交通不便的区域开展治理工作。

附图说明

图1为本发明一种酸性的矿山废水处理装置中处理机构正视面的剖视图；

图2为本发明一种酸性的矿山废水处理装置中过滤池正视面的剖视图；

图3为本发明一种酸性的矿山废水处理装置中湿地系统正视面的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：补充管1、环形槽2、覆盖网板3、有机填料4、支撑网板5、整流板6、罐体7、环形挡板8、挡气环9、降泥管10、分离元件11、循环管12、反射板13、曝气管14、进水管15、排泥管16、污泥斗区17、反应区18、分离器19、排气管20、分离区21、排水管22、过滤池23、有机填料层24、石灰岩填料层25、承托层26、导管27、湿地植物28、锰砂颗粒29、白云岩填料层30。

实施例基本如附图1、附图2和附图3所示：

一种酸性矿山废水处理装置，包括浸泡池、处理机构、过滤池23和湿地系统。

过滤池23的顶部设有进水口，过滤池23的底部设有出水口，过滤池23中设有透水的承托层26,承托层26由硬性的网板制成，承托层26上铺设有石灰岩填料层25，石灰岩填料层25上铺设有有机填料层24(木屑、秸秆和酒糟)。

湿地系统包括白云岩填料层30，白云岩填料层30表面铺设有锰砂颗粒29，且白云岩填料层30的上方种植有湿地植物28。

处理机构包括圆柱型或正多棱柱型的罐体7，罐体7至下而上包括：污泥斗区17、反应区18、分离器19、分离区21；浸泡池、处理机构、过滤池23和湿地系统用于对pH≥4.5，Fe²⁺≤100mg/l，Mn²⁺≤3mg/l的废弃矿山酸性废水进行处理。

罐体7的底部为横截面逐渐缩小的斗形，污泥斗区17位于罐体7的底部，污泥斗区17包括排泥管16、进水管15和曝气管14，排泥管16的进口端位于罐体7的底部的最低处，排泥管16的出口端横向穿过罐体7的底部位于罐体7外。

进水管15的进水端与矿山废水连通，进水管15的出水端穿过罐体7并向下竖直弯折朝向罐体7的底部的最低处。

曝气管14位于污泥斗区17的上层，曝气管14横向设置，且曝气管14的一端位于罐体7内呈环形布置，曝气管14的另一端穿过罐体7位于罐体7外并连通有风机，曝气管14位于罐体7内的一端上均布有多个曝气孔，曝气孔位于曝气管14的上表面。

反应区18包括“人”字型的反射板13，反射板13通过多根横杆固定在罐体7内的中心轴处。

反射板13的正上方设有竖直的循环管12，循环管12同样通过多根横杆进行固定，循环管12的顶部呈喇叭状，循环管12的中部连通有补充管1，补充管1远离循环管12的一端穿过罐体7与浸泡池连通。

分离器19包括挡气环9和降泥管10，挡气环9由截面为“<”形的长条围成环形而形成，且挡气环9的开口侧朝向外侧，挡气环9的直径与罐体7的内径相同，挡气环9水平固定在罐体7内。

降泥管10竖直设置，且降泥管10的底端位于循环管12顶端的正上方，降泥管10的顶端设有漏斗形的分离元件11，分离元件11的底端与降泥管10的顶端连通，在分离元件11顶端的圆周上固定连接有横截面为“冂”字型的环形挡板8，环形挡板8的直径大于挡气环9的内径，并小于罐体7的直径，在环形挡板8的顶端连通有排气管20，排气管20远离环形挡板8的一端穿过罐体7并位于罐体7外。

分离区21包括整流板6和过滤系统，整流板6为上宽下窄的缩口状，整流板6位于环形挡板8的上方，且整流板6与罐体7的内壁固定连接，过滤系统包括支撑网板5，支撑网板5水平固定在罐体7内壁上，且支撑网板5位于整流板6的正上方，支撑网板5上设有有机填料4(有机填料4采用天然有机质，天然有机质包括木屑和秸秆)，有机填料4上设有覆盖网板3，覆盖网板3与罐体7内壁固定连接，覆盖网板3上方设有截面为“U”形的环形槽2，环形槽2水平固定在罐体7的内壁上，环形槽2连通有排水管22，排水管22远离环形槽2的一端穿过罐体7与过滤池23的进水口连通，过滤池23的出水口连通有导管27，导管27远离过滤池23的一端与湿地系统连通。

具体实施过程如下：

本方案在使用前，将颗粒直径小于100目的白云岩微粒倒入浸泡池中，按质量比1:5～1:10比例加水搅匀进行浸泡，浸泡时间不小于2小时，浸泡与投加过程中须持续搅拌，得到组成均匀稳定的白云岩粉浆。

在使用时，将酸性的矿山废水通过进水管15排入到罐体7内的污泥斗区17，由于进水管15的出水端竖向向下弯折并朝向罐体7底部的最低处，因此在酸性矿山废水进入到罐体7中时，可以利用进水对斗内沉泥进行扰动、冲刷，有助于沉泥中可反应微粒重新悬浮进入反应区18，增加颗粒间的摩擦，促进其表面更新，提高白云岩粉浆的反应率。

而曝气管14通过风机的运行向罐体7内供应空气，空气中的氧气促进了矿山废水中Fe²⁺向Fe³⁺的转化，吹脱CO₂，还对反应区18内的白云岩粉等悬浮颗粒进行搅拌，使颗粒处于悬浮状态，增加颗粒间摩擦，促进颗粒表面的更新。经浸泡池浸泡后的白云岩粉浆由位于曝气管14上方的补充管1进行投加，投加后即在曝气管14释放出的气体的搅拌下进行中和反应，提高废水pH，促进Fe³⁺向Fe(OH)₃的转化，形成可沉物质。

由于废水中SS含量较低，反应生成的Fe(OH)₃微粒较小，颗粒分散，沉降速度慢，投加的白云岩微粒除可作为反应物提高废水pH外，还可作为凝结核或悬浮物促进Fe(OH)₃絮体的生成，增加絮体密度，提高絮体沉降速度。反应区18中心设置循环管12，循环管12主体为管状，上部为喇叭状，正对上方降泥管10，循环管12的下方设有反射板13，利用上部喇叭口及下方的反射板13，阻隔气体进入到循环管12中，同时利用曝气气泡的上升带动作用，使循环管12与罐体7内的废水形成环状流动的水流，循环管12的外部水流上升、循环管12内部的水流下降，将罐体7反应区18上部较小颗粒回流至反应区18底部重新参与反应，提高系统反应效率。

由于采用了富含碳酸钙镁的白云岩作为反应介质，可减少水中因中和反应而产生的Ca²⁺量，减少CaSO₄晶体的产生量，反应产物中含有大量的Mg²⁺，亦可减小CaSO₄结晶体粒径，较小的晶体粒径可增加颗粒间含水率，降低结晶体对白云岩颗粒包裹的密实程度，结晶层内外可继续利用附着水的物质传输作用，实现酸性矿山废水与白云岩粉浆的持续反应，提高反应效率及白云岩的利用效率；反应产物在反应区18堆积过多后，通过罐体7底部的排泥管16排入污泥池。由于废水中Fe^2+/3+含量较低、pH较高，白云岩粉浆中Ca含量低，反应产物中Ca²⁺增加量较小，可有效减少后续处理过程中的结垢与堵塞。

而分离器19设置在分离区21正下方，由于降泥管10的顶端设有漏斗形的分离元件11，分离元件11的底端与降泥管10的顶端连通，在分离元件11顶端的圆周上固定连接有横截面为“冂”字型的环形挡板8，环形挡板8的直径大于挡气环9的内径，并小于罐体7的直径，在环形挡板8的顶端连通有排气管20，排气管20远离环形挡板8的一端穿过罐体7并位于罐体7外。因此罐体7内的空气上浮时，会收到挡气环9的阻挡而进入到环形挡板8的“冂”型槽中，而随着“冂”型槽中的气体增多，气体这沿与环形挡板8顶端连通的排气管20排出罐体7外，实现气液分离。而罐体7内的废水的水位升高后，先经整流板6整流，缓解局部水流过大造成的冲击，然后依次通过支撑网板5、有机填料4和覆盖网板3，此时废水中的大量的颗粒物在经过支撑网板5、有机填料4和覆盖网板3是被过滤去除，而经过滤后的废水中在经过有机质填料区时，有机质填料，在拦截颗粒物的同时还进行分解，分解将产生一定量的可溶有机质，该有机质通常与Fe(OH)₃微粒带异种电荷，有利于微粒的持续去除。而经过有机质填料区后的废水会流入到横截面为“U”形的环形槽2中，然后从环形槽2连通的排水管22排入到过滤池23中。

过滤池23采用上进下出形式，废水进入到过滤池23后，处理水在配水区通过溢流方式进入填料区上部水层，减少水流对下部滤料冲击；经上部水层稳流后的处理水穿过由有机质层(木屑、秸秆、酒糟)和石灰岩颗粒组成的石灰岩填料层25，上部有机质填料层初期通过有机颗粒间的微孔进行过滤拦截，后期由于木屑腐烂产生带负电荷有机质，利于正电荷Fe(OH)₃微粒凝聚变大，进而强化了对悬浮物的去除，下部石灰岩颗粒区主要其承托作用，还可持续提高处理水的pH，满足排水pH要求。

经过处理后的废水则从导管27排入到湿地系统，湿地植物28起美观作用，同时对前端因木屑等有机物质腐烂产生的有机物、氨氮等进行吸收、净化，而白云岩表层辅以少量锰砂颗粒29，持续对水质进行净化，废水Mn²⁺含量较低，前端去除量较少，进入湿地后，由于湿地填料表面逐渐增长的MnO₂的催化作用与微生物的氧化作用，使水中Mn²⁺转化为MnO₂微粒拦截于湿地填料中而被去除，使酸性矿山废水达到相应要求而被去除。

Claims (3)

1.一种酸性矿山废水处理装置，包括浸泡池、处理机构、过滤池和湿地系统；

其特征在于：所述处理机构包括罐体，所述罐体至下而上包括：

污泥斗区，污泥斗区用于污泥的汇集、排出及进气和进水；所述罐体的底部为斗形，所述污泥斗区位于罐体的底部，所述污泥斗区包括排泥管、进水管和曝气管，排泥管的进口端位于罐体的底部的最低处，排泥管的出口端横向穿过罐体的底部位于罐体外；

所述进水管的进水端与矿山废水连通，进水管的出水端穿过罐体并向下竖直弯折朝向罐体的底部的最低处；

所述曝气管位于污泥斗区的上层，曝气管横向设置，且曝气管的一端位于罐体内，曝气管的另一端穿过罐体位于罐体外并连通有风机，所述曝气管位于罐体内的一端上均布有多个曝气孔；

反应区，反应区用于气体和白云岩浆粉进行中和反应，提高废水pH，促进Fe³⁺向Fe(OH)₃的转化，形成可沉物质；所述反应区包括“人”字型的反射板，反射板通过多根横杆固定在所述罐体内的中心轴处；

所述反射板的正上方设有竖直的循环管，循环管同样通过多根横杆进行固定，所述循环管的顶部呈喇叭状，所述循环管的中部连通有补充管，所述补充管远离循环管的一端穿过罐体与所述浸泡池连通；

分离器，分离器用于罐体内的气体与液体的分离；所述分离器包括挡气环和降泥管，所述挡气环由截面为“<”形的长条围成环形而形成，且挡气环的开口侧朝向外侧，所述挡气环的直径与罐体的内径相同，挡气环水平固定在所述罐体内；

所述降泥管竖直设置，且降泥管的底端位于循环管顶端的正上方，所述降泥管的顶端设有漏斗形的分离元件，分离元件的底端与降泥管的顶端连通，在分离元件顶端的圆周上固定连接有横截面为“冂”字型的环形挡板，环形挡板的直径大于挡气环的内径，并小于罐体的直径，在所述环形挡板的顶端连通有排气管，排气管远离环形挡板的一端穿过罐体并位于罐体外；

分离区，分离区用于废水的整流、废水中颗粒物的分解、过滤；所述分离区包括整流板和过滤系统，所述整流板为上宽下窄的缩口状，整流板位于环形挡板的上方，且整流板与罐体的内壁固定连接，所述过滤系统包括支撑网板，支撑网板水平固定在罐体内壁上，且支撑网板位于整流板的正上方，所述支撑网板上设有有机填料，有机填料上设有覆盖网板，覆盖网板与罐体内壁固定连接，所述覆盖网板上方设有截面为“U”形的环形槽，环形槽水平固定在罐体的内壁上，所述环形槽连通有排水管，排水管远离环形槽的一端穿过罐体与所述过滤池连通，所述过滤池上连通有导管，导管远离过滤池的一端与湿地系统连通。

2.根据权利要求1所述的一种酸性矿山废水处理装置，其特征在于：所述有机填料采用天然有机质，天然有机质包括木屑、秸秆和酒糟。

3.根据权利要求2所述的一种酸性矿山废水处理装置，其特征在于：浸泡池、处理机构、过滤池和湿地系统用于对pH≥4.5，Fe²⁺≤100mg/l，Mn²⁺≤3mg/l的废弃矿山酸性废水进行处理。