CN216336842U - 一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，包括蠕动泵，蠕动泵连通有间歇序批式被动反应器，间歇序批式被动反应器内设置有有机填料层，间歇序批式被动反应器的侧壁上开有出水口。解决以传统的生物堆肥作为碳氮源的酸性矿山废水的被动式生物处理过程中产生的废渣量大、碳氮源不足且运行不稳定的问题。

Description

一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置

技术领域

本实用新型属于废水处理技术领域，涉及一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置。

背景技术

酸性矿山废水(AMD)因其低pH、高硫酸盐(SO42-)和高溶解态金属(如Fe2+、Cu2+、Mn2+、Cd2+等)含量等特征，被公认为是对生态环境危害最严重的污染源之一。较低的pH使废矿中大量的重金属离子溶解于废水中，排入水体后会改变水体理化特性，使水体生态循环受到破坏，严重抑制水生生物的生长繁殖。含有大量重金属的未经处理的AMD进入土壤后，会使土壤产生毒性从而对植物产生一定的毒害作用。另外，未经处理的AMD排入农田中，重金属会被农作物吸收并通过食物链进入人体，造成人体的慢性中毒。

AMD的处理系统大多分为主动处理和被动处理两类。主动处理主要包括中和法、硫化物沉淀法、氧化还原法等。主动处理技术虽然方便快捷，但其具有需要修建废水处理站、投加大量化学药剂、运行管理和维护费用高等缺点。SRB细菌法作为被动处理中的一种，由于其适用性强、投资低、环境友好、污染小等优点，较为广泛地被应用于AMD处理领域。SRB细菌在厌氧环境下使用碳源作为电子供体，使SO42-转化为硫化物，与废水中的重金属反应生成硫化物沉淀，从而去除重金属离子。

SRB细菌的代谢过程分为3个阶段：分解代谢、电子传递和氧化。SRB细菌在还原硫酸盐过程中需要碳源有机物以供微生物生长。目前国内外研究多利用小分子的酸、醇、沉淀池污泥、活性污泥、经消化的牛粪、木屑、蘑菇渣堆肥等作为碳源处理AMD的方法面临运行效果与工作寿命有很大差异且极不稳定的问题。SRB细菌处理AMD是很有应用前景的处理方法，但目前还存在工艺不成熟且需要外加碳源、中和剂的问题，运行成本相对较高。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，解决了现有技术中存在的酸性矿山废水的被动式生物处理过程中产生的废渣量大的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，包括蠕动泵，蠕动泵连通有间歇序批式被动反应器，间歇序批式被动反应器内设置有有机填料层，间歇序批式被动反应器的侧壁上开有出水口。

本实用新型的特点还在于：

出水口位于靠近间歇序批式被动反应器顶部处。

间歇序批式被动反应器的侧壁上开有进水口，进水口连通蠕动泵。

出水口上设置有出水电磁阀。

出水电磁阀连接有时间控制器，时间控制器连接蠕动泵。

有机填料层为由有机堆肥，虾蟹壳、富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料。

有机堆肥，虾蟹壳、富含硫酸盐还原菌的河床底泥的质量比为1:9:10。

间歇序批式被动反应器的内部配设有折叶式搅拌器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，以解决以传统的生物堆肥作为碳氮源的酸性矿山废水的被动式生物处理过程中产生的废渣量大、碳氮源不足且运行不稳定的问题。在厌氧环境下以虾蟹壳作为SRB细菌的电子供体和碳源的一种生物修复技术，能有效降低酸性矿山废水中的多种重金属(包括铁、锰、铬等)和硫酸盐，具有适用性强、投资低、污染小等优点；由于SRB细菌需要外加碳、氮源，很大程度上弥补了因为碳、氮源释放过快导致系统修复效果极不稳定的问题；既可以有效处理酸性矿山废水，又可以降低运行成本，实现废物利用，对实际工程应用中酸性矿山废水的处理有一定的指导意义，具有很好的发展前景。

附图说明

图1是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置的结构示意图；

图2是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理废水酸性的效果曲线图；

图3是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理铁离子的效果曲线图；

图4是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理锌离子的效果曲线图；

图5是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理铝离子的效果曲线图；

图6是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理锰离子的效果曲线图。

图7是本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置处理铜离子的效果曲线图。

图中，1.蠕动泵，2.进水口，3.间歇序批式被动反应器，4.有机填料层，5.折叶式搅拌器，6.时间控制器，7.出水电磁阀，8.出水口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，如图1所示，包括蠕动泵1，蠕动泵1连通有间歇序批式被动反应器3，间歇序批式被动反应器3内设置有有机填料层4，间歇序批式被动反应器3的侧壁上开有出水口8。出水口8位于靠近间歇序批式被动反应器3顶部处。间歇序批式被动反应器3的侧壁上开有进水口2，进水口2连通蠕动泵1。出水口8上设置有出水电磁阀7。出水电磁阀7连接有时间控制器6，时间控制器6连接蠕动泵1。有机填料层4为由有机堆肥，虾蟹壳、富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料。有机堆肥，虾蟹壳、富含硫酸盐还原菌的河床底泥的质量比为1:9:10。间歇序批式被动反应器3的内部配设有折叶式搅拌器5。

实施例

间歇序批式被动反应器3的高为20cm，外径12cm，内径10cm，有效体积为1.4L，间歇序批式被动反应器3左侧接有进水口2，右侧接有出水口8，内部装有有机填料层4和折叶式搅拌器5，有机填料层4的组分是以有机堆肥，虾蟹壳、以及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料，按1:9:10的质量配比组成，外部接有时间控制6以控制蠕动泵1和出水电磁阀7.

本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置中各个部件的作用分别如下：

蠕动泵1：将进水通过一定要求的流量通过进水口2到泵入到间歇序批式被动反应器3中；

进水口2：方便将蠕动泵1泵入的酸性矿山废水流入到间歇序批式被动反应器3中

间歇序批式被动反应器3：酸性矿山废水在间歇序批式被动反应器3中停留时间为12小时，每天运行4个周期，每个周期6h，其中包括进水50min，进水总体积为700ml，搅拌30min，静置300min及出水10min；

有机底物填料层4的组分是以有机堆肥，虾蟹壳、以及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料，按1:9:10的质量配比组成，其中主要成分虾蟹壳含有天然有机物—几丁质，虾蟹壳几丁质的碳氮比约为6:9，可为硫酸盐还原菌创造理想的碳氮源生长条件，也可作为其它缺氮底物的替代品，虾蟹壳几丁质发酵产生的挥发性脂肪酸可为硫酸盐还原菌提供电子给体和还原条件，此外，虾蟹壳中的碳酸钙可为恢复酸性矿山废水的缓冲能力提供碱度，从而减少石灰石的添加，虾蟹壳几丁质作为固体有机颗粒存在于滤料层中，有利于碳氮源的原位缓释；

折叶式搅拌器5：使有机填料层4与酸性矿山废水充分混合均匀，促进微生物利用有机填料层的生物反应，已经加快对于酸性矿山废水处理的化学反应，如吸附、促进硫化物沉淀生成等过程，也能刮除沉积在器壁上的附着物；

时间控制器6：根据设定的时间来控制装置中蠕动泵1和出水继电器7中的电路的接通或者断开，保证装置一个周期稳定的运行；

出水电磁阀7：用来控制流体的自动化基础元件，保证间歇序批式被动反应器3在运行期间按规定时间能排水，防止废水溢出；

进水口8：方便将间歇序批式被动反应器3中反应后的酸性矿山废水排出。

本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，其工作过程如下：

将酸性矿山废水通过蠕动泵1由导水管进入到进水口2，并有进水口2进入到间歇序批式被动反应器3，进入到间歇序批式被动反应器3的废水与有机填料层4接触，微生物菌群将大量硫酸盐还原为硫离子，产生大量碱度的同时使金属离子与硫离子结合生成金属硫化物沉淀，从而达到了处理酸性矿山废水中酸度、重金属和硫酸盐的目的，在此期间同时折叶搅拌器5开始以一定转速进行搅拌，使有机填料层4与酸性矿山废水充分混合均匀，促进微生物利用有机填料层的生物反应，已经加快对于酸性矿山废水处理的化学反应，如吸附、促进硫化物沉淀生成等过程，也能刮除沉积在器壁上的附着物；酸性废水在间歇序批式被动反应器3中停留时间为12小时，然后利用时间控制器6控制出水电磁阀7通电，将经过充分反应的废水由出水口8排出。

本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置对于酸性矿山废水的处理效果如表1所示。

表1、酸性矿山废水中pH及各主要重金属离子的处理效果

注释：—表示未检测到浓度，低于仪器检测下限

(1)酸性矿山废水的原始水样中pH为3.5左右，在连续7d处理水样的过程中，pH一直可以保存在中性左右。说明该系统可以很好的调节废水的pH，也说明了以虾蟹壳为主要填料的有机底物填料层4在间歇序批式被动反应器3里对酸性废水的酸度调节起到了很大的作用。

(2)酸性矿山废水的原始水样中Fe²⁺、Zn²⁺、Al³⁺和Cu²⁺的含量为200mg/L，10mg/L，30mg/L和100mg/L左右，在连续7d处理水样的过程中，4种金属的去除率均可达到99％。主要是含有虾蟹壳的有机底物填料层5为硫酸盐还原菌提供了足够碳氮源，使SO₄ ^2-还原为S^2-后，促进金属离子结合生成金属硫化物沉淀，从而实现去除金属离子的效果。

(3)酸性矿山废水的原始水样中Mn²⁺的含量为30mg/L左右，在连续7d处理水样后，检测到Mn²⁺的含量为10.0mg/L左右，去除率普遍较低。主要原因为Mn的去除方法需要求系统有较高的溶解氧，通过氧化方法将Mn氧化为MnO₂实现对Mn的去除。而本系统中属于厌氧系统，没有足够的溶解氧来实现Mn的去除，导致其去除率较低。后续可加入氧化池，实现对Mn的二次去除。

综上所述，处理系统可有效地提升酸性矿山废水的pH到中性左右，也能有效地去除酸性矿山废水中浓度相当高的Fe²⁺、Al³⁺、Zn²⁺和Cu²⁺，对控制酸性矿山废水污染、保护水生生态环境起到了积极作用。本实用新型对于酸性矿山废水中各参数的处理效果如图2至图7所示。

本实用新型一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，以解决以传统的生物堆肥作为碳氮源的酸性矿山废水的被动式生物处理过程中产生的废渣量大、碳氮源不足且运行不稳定的问题。在厌氧环境下以虾蟹壳作为SRB细菌的电子供体和碳源的一种生物修复技术，能有效降低酸性矿山废水中的多种重金属(包括铁、锰、铬等)和硫酸盐，具有适用性强、投资低、污染小等优点；由于SRB细菌需要外加碳、氮源，很大程度上弥补了因为碳、氮源释放过快导致系统修复效果极不稳定的问题；既可以有效处理酸性矿山废水，又可以降低运行成本，实现废物利用，对实际工程应用中酸性矿山废水的处理有一定的指导意义，具有很好的发展前景。

Claims (3)

1.一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，其特征在于，包括蠕动泵(1)，所述蠕动泵(1)连通有间歇序批式被动反应器(3)，所述间歇序批式被动反应器(3)内设置有有机填料层(4)，所述间歇序批式被动反应器(3)的侧壁上开有出水口(8)，所述出水口(8)上设置有出水电磁阀(7)，所述出水电磁阀(7)连接有时间控制器(6)，所述时间控制器(6)连接蠕动泵(1)，所述间歇序批式被动反应器(3)的内部配设有折叶式搅拌器(5)。

2.如权利要求1所述的一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，其特征在于，所述出水口(8)位于靠近间歇序批式被动反应器(3)顶部处。

3.如权利要求1所述的一种酸性矿山废水的间歇式被动式生物处理装置，其特征在于，所述间歇序批式被动反应器(3)的侧壁上开有进水口(2)，所述进水口(2)连通蠕动泵(1)。

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