CN214360644U - 一种河道围隔截污处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种河道围隔截污处理系统，具体涉及一种含铁矿井水污染河道围隔截污处理系统。所述河道围隔截污处理系统包括隔水幕墙和雍水坝；所述幕墙布置于雍水坝上游大于100m处，所述隔水幕墙主要包括隔水幕布、固定桩和浮筒等，所述幕墙与河两岸围成库盆。通过设置合理的清水和含铁矿井水比例和水力停留时间，达到含铁矿井水自然中和、氧化、沉淀和清污分离的目的。该体系运行、维护简便，充分利用河道特性，不需添加任何化学药品，实现含铁悬浮物沉淀，有效净化受含铁矿井水污染的河道，并阻止含铁矿井水污染的扩散。

Description

一种河道围隔截污处理系统

技术领域

本实用新型属于污水治理技术领域，涉及一种河道围隔截污处理系统，具体涉及一种含铁矿井水污染河道围隔截污处理系统。

背景技术

煤矿酸性矿井水形成的机理是煤矿伴生或上覆岩体中硫铁矿的氧化，主要与矿山的硫化物自身组成元素、开采方式及当地的水文地质条件、气候、温度及微生物条件有关。其氧化的基本过程与反应如下：

通过反应式（1）～（4）氧化的基本过程，水的酸度增大。

在伴生硫铁矿的煤矿地下开采特别是平硐开采过程中，采掘活动破坏了地下含水层和煤层之间的隔水层，使得其中的孔隙水、裂隙水和（或）溶洞水渗入含硫铁矿的煤层，导致铁离子溶出，形成含铁矿井（坑）水，矿井水通常以点源或面源的形式进入周边水体环境，这些污染物质在水中不断经氧化等作用逐步转化，最终形成以Fe(OH)₃和Fe₂O₃等金属化合物和以硫酸钙为主的硫酸盐类。被污染的河流颜色随着铁含量及其他污染物含量的多少而从青灰色到浅黄到深黄褐色不等，通常被称为“锈水河”。根据实验，河水总铁浓度达到约0.5mg/L时出现轻微的黄色，水体透明度约50cm；总铁含量1mg/L时，呈现明显的铁锈黄色，水体透明度约为25cm；总铁含量5mg/L时，呈现深黄色，水体透明度约为10cm。

目前，国内矿井水处理多采用末端处理技术，主要有中和沉淀法、缺氧石灰石沟法、可渗透反应墙、人工湿地和硫酸盐还原菌反应器等。

中和沉淀法是将中和剂投入酸性废水中，提升废水的pH，金属离子在碱性条件下生成氢氧化物沉淀，从而从废水中去除。传统的石灰中和法存在严重结钙、浓密机浓缩效果差等问题，产生大量不易脱水的硫酸钙渣，这些底泥处理不当会对附近水体造成二次污染。此外中和法在实际含铁矿井水处理过程中中和剂用量较多，且需要长期管理维护。

缺氧石灰石沟法是将石灰石埋在地下沟渠中，矿井水流经沟渠，使石灰石不断溶解，产生碱度。在缺氧的条件下，避免了Fe²⁺氧化进而形成的Fe(OH)3包裹于石灰石表面，此法对酸性矿井水进水溶解氧和 Fe³⁺等要求较高，并不适用于单独处理高浓度的酸性矿山废水。

可渗透反应墙是利用可渗透反应墙原理结合微生物修复来进行含酸矿井水处理。通过挖掘沟渠，并在沟渠中填充活性材料（如有机固体混合物、石灰石或砾石），这些活性材料要能满足水流正常渗透。还原性的微生物在可渗透反应墙中生长并产生碱度，同时与石灰石溶解产生的碱度共同作用于废水，金属离子以硫化物、氢氧化物、碳酸盐沉淀形式得以去除。该技术无需外加动力，反应池构建于地下，不占地面空间，但随着运行时间的延长，有毒元素和死亡代谢微生物和有机质在可渗透反应墙中累积，系统逐渐失去对污染物的拦截和捕捉能力，从而系统崩溃。

人工湿地法是利用自然湿地生态系统中物理、化学、生物的协同作用，通过沉淀、吸附、阻隔、微生物同化分解、硝化、反硝化以及植物吸收等途径去除悬浮物、有机物、N、P和重金属等。人工湿地法占地面积大，处理程度受环境影大，重金属不易回收。

硫酸盐还原菌法是在SO₄ ^2-充足的环境中，异化硫酸盐还原代谢细菌以有机物为电子供体，以 SO₄ ^2-为电子受体，氧化有机物，通过对有机物的异化作用获得生命所需的能量，同时将SO₄ ^2-进行还原。该方法处理速度慢、要求反应器的体积大、管理复杂。

上述技术方案虽然能够对含铁矿井水进行处理，但是基于含铁矿井水的污染机制和排放特点，以上方法难以实现对含铁矿井水污染的长效控制，并且存在处理成本高、运行维护复杂和占地面积大等问题。因此开发一种具有高效、成本低、管理及运行维护简便的含铁矿井水治理方法很有工程应用价值和前景。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题是，针对含铁矿井水现有技术方法存在的处理成本高、运行维护工作量大和难以保持长效治理效果等方面存在的不足，本实用新型根据含铁矿井水点源及面源污染河道的方式，提供一种含铁矿井水污染河道围隔截污处理系统。本实用新型充分利用物理化学作用实现污染河流清污分流，避免含铁矿井水对下游河流的扩散污染，从而达到治理缓流型含铁矿井水点源污染河道的目的，无需投加中和剂、絮凝剂等化学药剂，处理及运行维护成本低，无次生污染。

本实用新型的技术方案是：

一种河道围隔截污处理系统，包括河道、流道、调蓄池；所述河道设有幕墙和雍水坝，所述调蓄池、流道、河道依次连通，所述幕墙布置于雍水坝上游大于100m处，所述幕墙一端设置在流道上游，一端设置在流道下游，所述幕墙与河岸围成库盆；

所述幕墙包括幕布和幕布定位装置。

优选的，所述幕布定位装置包括固定装置、上纲、多个浮筒、限位桩及限位拉索；

所述固定装置包括混凝土固定墙和混凝土固定墩；所述混凝土固定墙固定幕布下缘并固定于河道底泥中；

所述多个浮筒之间通过浮筒固定绳连接，所述多个浮筒设置在幕布上端，并浮在水面上；所述浮筒穿设于竖向布置的上纲上，所述上纲的下端与混凝土固定墩通过限位拉索相连；所述幕布转弯处和两侧每隔预设的距离设置限位桩。

幕墙起到阻隔含铁底泥的主要部位为拦挡幕布，拦挡幕布为土工织物结构，幕墙目前主要用于水库下泄低温水的治理，例如现有技术中1（练继建, 杜慧超, 马超. 隔水幕布改善深水水库下泄低温水效果研究[J]. 水利学报, 2016, 47(007):942-948.）和现有技术2（王海军, 冯立阳, 练继建. 深水水库隔水幕布透水率对下泄水温影响研究[J]. 水资源与水工程学报, 2020, v.31;No.149(01):142-147.）中公开的。水下固定墙、固定桩墩、限位桩为采用的是常规的混凝土结构，为拦挡幕布起到固定和限位的作用。

所述幕墙利用幕布形成封闭围挡空间，水下固定墙固定幕布下缘并密封底部，上纲及浮筒保证幕布竖立、并随水位变化，移至不出现跑泥现象。固定桩墩和限位拉索控制上纲及浮筒的横向移动，限位桩设置在幕墙转弯处，以此限制幕墙围隔区域的大致布局。

优选的，所述幕布透水不透泥。

优选的，所述幕布选用有纺土工布制备，其渗透系数不小于1.0×10^-3，孔径小于0.2mm。

此孔径和渗透系数保证了水可自由通过，但泥会被阻隔下来。

优选的，所述幕墙与雍水坝之间的距离为100m-200m。

幕墙与雍水坝之间的距离需要足够长，以充分降低水的流速。

但也不能过长，否则对河流的影响过大。

优选的，所述雍水坝为混凝土坝或浆砌石坝。

优选的，库盆内水流流速小于0.03m/s。

在此流速下，悬浮态Fe(OH)₃可充分沉淀成底泥。

优选的，在流道中设置多处堆石或树木。

通过调整调蓄池出水口高程调节含铁矿井水进入流道中的流量，使流道和含铁矿井水按照不小于20：1的比例在流道中充分的中和、氧化。

优选的，含铁矿井水总铁浓度为50-200mg/L。

优选的，含铁矿井水在流道中的水力停留时间为1-3d，含铁矿井水从入河道至到达幕墙的水力停留时间不低于3d。

在此条件下可保证Fe²⁺在河流中的充分自然中和、氧化，并沉淀在库盆中。

一方面，通过合理选择雍水坝的位置，使之具有足够大的体积，使库盆内水流流速小于0.03m/s，从而延长在河道中的水力停留时间。另一方面，在流道中通过堆石或树木起到拦水作用，减缓水体流速，从而延长含铁矿井水在流道中的水力停留时间。所述库盆的体积可根据含铁矿井水的浓度、库盆内水流流速、水力停留时间计算得到。

优选的，所述含铁矿井水汇入流道后的混合污水pH值不小于6。

优选的，流道清水和含铁矿井水污水按照不小于20：1的比例混合，使得混合污水pH值不小于6，污水在流道中充分中和，氧化。由于流道的流速相对较快，因此基本上不会沉淀在流道中。

而库盆内水流流速小于0.03m/s，能够很好的沉淀，净化后的水透过幕墙排入河流下游，污泥沉淀于库盆区域，定期采用绞吸船清理底泥，控制底泥对河流的污染。

优选的，含铁矿井水总铁浓度不大于200mg/L。

在本实用新型中，并不限于天然的河道和流道，也可以是人工开挖的河道和流道。如只存在河道的情况下，通过引流形成流道。

与中和沉淀法相比，本实用新型的系统是利用自然氧化沉淀，相比于中和沉淀法是借助中和沉淀药剂使铁离子沉淀，更节约成本，同时环保。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型利用幕墙和雍水坝形成含铁矿井水污染河道围隔截污处理系统，利用适宜清污比的水流关系，达到含铁矿井水自然中和、氧化、沉淀，该体系运行、维护简便，充分利用河道特性，不需添加任何化学药品，实现悬浮态Fe(OH)3沉淀，有效净化污染河道，使河水由黄变清。

2、本实用新型不需添加任何中和剂，工程运行维护费用低，充分利用现有河道，占地面积小，不需要大规模征地。以未污染的水体净化含铁矿井水占地面积小、运行维护简单、且运行维护费用低，在本技术领域具有广泛的实用性。

附图说明

图1为本实用新型的河道围隔截污处理系统平面布置图；

图2为幕墙断面示意图；

图3为幕墙立面示意图；

图4为受含铁矿井水污染河流中游和下游雍水坝处水质现状对比。

其中：

1—幕墙 7—幕布

2—浮筒 8—混凝土固定墙

3—混凝土固定墩 9—水位线

4—限位桩 10—河道底泥

5—雍水坝 11—上纲

6—限位拉索 12—浮筒固定绳。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1-3所示，本实用新型的河道围隔截污处理系统如下：包括河道、流道、调蓄池；所述河道设有幕墙1和雍水坝5，所述调蓄池、流道、河道依次连通，所述幕墙1布置于雍水坝5上游大于100m处，所述幕墙1一端设置在流道上游，一端设置在流道下游，所述幕墙1与河岸围成库盆；

利用雍水坝5和幕墙1形成有效的河流清污分流围隔体系，将含铁矿井水引入围隔体系。根据流道的平均流量，在流道附近合适位置设置调蓄池，通过调整调蓄池出水口高程调节含铁矿井水进入流道中的流量，使流道流量和含铁矿井水按照不小于20：1的比例在流道中充分的中和、氧化。雍水坝5形成的水库使库盆内水流流速小于0.03m/s，悬浮态Fe(OH)₃库盆内完成沉淀。幕墙1有效拦截污染底泥，定期采用绞吸船清理底泥，控制底泥对河流的污染，治理后的清水通过隔泥幕墙排至下游河道。

幕墙由幕布7、混凝土固定墙8、上纲11、浮筒2、浮筒固定绳12、混凝土固定墩3、限位桩4及限位拉索6组成。混凝土固定墙8固定幕布7下缘并固定于河道底泥中；所述多个浮筒2之间通过浮筒固定绳12连接，所述多个浮筒2设置在幕布7上端，并浮在水面上；浮筒2穿设于竖向布置的上纲11上，上纲11的下端与混凝土固定墩3通过限位拉索6相连；幕布转弯处和两侧每隔预设的距离设置限位桩4。利用幕布形成封闭围挡空间，幕布下缘采用混凝土固定墙8固定，幕布上缘布置上纲11和浮筒2，以此保证幕布竖立且可随水位变化幕布高度，不出现跑泥现象。水下固定墙埋入基础一定深度，固定幕布下缘和保证底部密封，布置混凝土固定墩3和限位拉索6控制上纲及浮筒的横向移动。

在已实施的工程中，在含铁矿井水在流道中的水力停留时间为1.2d，含铁矿井水从入河道至到达幕墙的水力停留时间为3d，水体流速为0.03m/s的情况下，进入河道内的含铁底泥在到达坝址前已基本沉淀（见下图4）。针对受含铁矿井水污染的河道的情况下，本实用新型通过在河道设置雍水坝和幕墙的方法，减缓水体流速、延长水力停留时间，使污染物能够有效中和、氧化和沉淀，阻隔污染物的进一步扩散，保证下游河道不受含铁矿井水污染。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (4)

1.一种河道围隔截污处理系统，其特征在于，包括河道、流道、调蓄池；所述河道设有幕墙和雍水坝，所述调蓄池、流道、河道依次连通，所述幕墙布置于雍水坝上游大于100m处，所述幕墙一端设置在流道上游，一端设置在流道下游，所述幕墙与河岸围成库盆；所述幕墙包括幕布和幕布定位装置。

2.根据权利要求1所述的河道围隔截污处理系统，其特征在于，所述幕布定位装置包括固定装置、上纲、多个浮筒、限位桩及限位拉索；

所述固定装置包括固定在河道底泥中的混凝土固定墙和混凝土固定墩；所述混凝土固定墙固定幕布下缘；

所述多个浮筒之间通过浮筒固定绳连接，所述多个浮筒设置在幕布上端，并浮在水面上；所述浮筒穿设于竖向布置的上纲上，所述上纲的下端与混凝土固定墩通过限位拉索相连；所述幕布转弯处和两侧每隔预设的距离设置限位桩。

3.根据权利要求1所述的河道围隔截污处理系统，其特征在于，所述幕布选用有纺土工布制备，其渗透系数不小于1.0×10^-3，孔径小于0.2mm。

4.根据权利要求1所述的河道围隔截污处理系统，其特征在于，在流道中设置多处堆石或树木。

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