一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統及其工藝的製作方法

2023-08-07 08:57:11 1

專利名稱：一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統及其工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統及其工藝，屬於汙水處理技術領域。
背景技術：
在我國西南地區含有大量的金屬礦產和煤礦資源，而大部分金屬礦山以金屬硫化物的形式存在。現開採的以及廢棄金屬礦山或煤礦中的硫化物在空氣中氧和微生物的作用下，經S2— — .VO；過程後形成硫酸鹽化合物而溶解於水中。如此，不僅增加了水中重金屬離子的濃度，提高水體的酸性(即降低水體的PH值)。目前國內外關於礦山酸性廢水的治理方法主要有物理法(吸附法)、化學法(絮凝法、沉澱法、螯合劑法)、膜處理法及人工溼地法等，各種處理技術得到一定的應用，但也因各自的缺點和局限性而難以得到推廣，主要體現在吸附法該方法是利用某些具有微孔結構的物質(主要為活性炭等)的吸附性能對重金屬離子的吸引而去除重金屬離子以達到淨化廢水的目的。活性炭對汙染物的吸附能力是有限度的，飽和的活性炭不經處理而廢棄必然引發資源浪費及環境汙染等問題，同時，現在使用的吸附劑種類很多，最常見的是活性炭，但活性炭吸附速率較慢，且吸附容量較小，故不適於處理汙染物濃度較高的廢水，另外活性炭再生程序複雜，也限制了它的使用範圍。中和法該方法是利用酸鹼中和沉澱的原理，根據大部分重金屬氫氧化物不溶於水或微溶於水，通過向酸性礦井水中加入一定量的鹼性物質使重金屬離子形成氫氧化物沉澱，以達到去除廢水中重金屬離子和提高廢水pH的一種方法。但由於處理產生的廢渣量大、不易處理及可能會引發二次汙染等問題。微電解絮凝法該方法以Fe-C填料為主，利用鐵屑在廢水中產生的電化學腐蝕作用，是電化學氧化還原、電化學對絮體的電富集作用、電化學作用產生的凝聚、新生絮體的吸附和床層過濾等作用的綜合效應，其主要缺點體現在①、電解塔底的鐵屑易板結，這導致Fe-C電子轉移困難,而使鐵屑上H+ — H2包裹著鐵屑使其難以氧化溶解,而降低處理效果。②、鐵-碳微電解反應需在酸性條件下進行(PH—般在3-4)，這使得對pH的控制成為一個重要問題。而排出水則要求中性，兩者的矛盾提高了運行成本。③、在微電解過程中，陽極反應Fe-2e_ —Fe2+，需要及時的補充鐵屑和更換殘渣，增加了操作難度，在水處理反應進行到一段時間後，出現堵塞、結塊等不利現象，同時微電解反應進行前和進行後都存在著PH值調節的問題，提高了成本。硫化物沉澱浮選法主要是利用重金屬硫化物在水中的溶解度比金屬氫氧化物小的原理，通過加入一定量的硫化劑使重金屬以硫化物形式沉澱而達到降低水中重金屬濃度的方法。該方法中使用到了硫化劑，容易造成硫化物的二次汙染、硫化物形成過程中PH不易控制、原料的成本較高且處理後的廢水中硫含量達不到國家排放標準，硫的二、次汙染嚴重，且硫化劑的成本較高等缺點使其應用受到限制。高分子螯合劑法採用高分子有機螯合劑與金屬離子發生螯合反應，生成穩定且不溶於水的金屬螯合物來除去廢水中重金屬離子的方法。用於處理廢水高分子螯合劑必須滿足下列條件①生成的金屬絡合物不溶於水及酸鹼溶液中，且半徑較大易於沉降。②生成的金屬絡合物毒性小。③穩定性相對較好，能穩定存在。④反應過程中的螯合劑的添加量應較少，且市場價格便宜。人工溼地法由人工建造和控制運行的與沼澤地類似的地表生態系統，主要利用基質-微生物-植物這個複合生態系統的物理、化學、生物三重協同作用實現對汙水的高度淨化。但該方法也存在一些限制性因素例如部分植物的生長周期長、生長慢、吸附能力有限且大部分的植物適於生長在中性及低鹼性的水體中。膜處理法膜分離技術是利用膜兩側的滲透壓差，水中的離子在滲透壓不等的作用下，利用膜的選擇透過性，將水中離子進行分離和濃縮的一種分離技術。但由於工業廢水往往含有酸、鹼等物質，處理條件較苛刻。且該方法處理成本較高，膜處理技術在一定程度 上能有效的處理礦山酸性廢水，但是膜的使用壽命以及膜的製備成本及維護費用使得該技術不能廣泛的推廣。

發明內容
本發明的目的在於提供一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統及其工藝，能提高酸性礦山廢水的處理效果，簡化處理工藝，降低處理難度，減少成本。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，它包括至少三級攔截壩，攔截壩呈自然落差的梯形狀分布，其中，第一級攔截壩與酸性礦山廢水初級溝渠之間的水壩底部設置有粗石灰石層，第二級攔截壩與第一級攔截壩之間的水壩底部設置有細石灰石層和微生物層，微生物層位於細石灰石層上，第三級攔截壩與第二級攔截壩之間的水壩中設置有水生植物層。所述的攔截壩呈從高至低的自然落差的梯形狀分布。所述的第二級攔截壩與第一級攔截壩之間的水壩位於和酸性礦山廢水初級溝渠臨近的農村生活汙水溝渠的交匯處。所述的第二級攔截壩與第一級攔截壩之間的水壩的儲蓄深度為I 3米。所述的微生物層為厭氧微生物層。一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的工藝，它包含以下步驟(I)對酸性礦山廢水進行初級處理，去除廢水中較大、較為明顯的雜質和顆粒，然後排入酸性礦山廢水初級溝渠中；(2)中和處理對酸性礦山廢水初級溝渠中的廢水進行中和處理，在第一級攔截壩與酸性礦山廢水初級溝渠之間的壩體底部加石灰石，調節廢水的pH值，降低廢水中的重金屬溶解度；(3)還原處理將第二級攔截壩與第一級攔截壩之間的水壩建在農村生活汙水和酸性礦山廢水初級溝渠交匯處，並在水壩底部鋪上細石灰石和微生物層，生活汙水為厭氧微生物的生長提供營養物質，利用厭氧微生物的還原作用將^042-轉變為s2_，s2_與重金屬離子形成金屬硫化物而去除；
(4)去雜處理在第三級攔截壩與第二級攔截壩的壩體中種植水生植物，利用水生植物茂盛的根系過濾水中的顆粒物，而進一步降低水中重金屬汙染物的濃度。本發明方法的有益效果在於利用自然落差在天然溝渠上建立梯級攔截壩，同時利用梯級壩的阻隔、微生物的物理、化學反應以及植物根系的過濾、吸收等作用，是一種後續輔助及深度處理方法，增加了處理效果、簡化了現有方法的複雜程度和處理難度，並降低成本且提高水質，進一步降低了重金屬含量及酸性，減少礦山廢水對水源地及生態環境的破壞。


圖I為本發明的系統結構示意圖；圖2為本發明的系統俯視示意圖。其中，I-第一級攔截壩，2-第二級攔截壩，3-第三級攔截壩，4-酸性礦山廢水初級溝渠，5-細石灰石層，6-微生物層，7-水生植物層，8-粗石灰石層，9-農村生活汙水溝渠。
具體實施例方式下面結合附圖進一步描述本發明的技術方案，但要求保護的範圍並不局限於所述。如圖I、圖2，一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，它包括至少三級攔截壩，攔截壩呈自然落差的梯形狀分布，其中，第一級攔截壩I與酸性礦山廢水初級溝渠4之間的水壩底部設置有粗石灰石層8，第二級攔截壩2與第一級攔截壩I之間的水壩底部設置有細石灰石層5和微生物層6，微生物層6位於細石灰石層5上，第三級攔截壩3與第二級攔截壩2之間的水壩中設置有水生植物層7。所述的攔截壩呈從高至低的自然落差的梯形狀分布。所述的第二級攔截壩2與第一級攔截壩I之間的水壩位於和酸性礦山廢水初級溝渠4臨近的農村生活汙水溝渠9的交匯處。所述的第二級攔截壩2與第一級攔截壩I之間的水壩的儲蓄深度為I 3米。所述的微生物層6為厭氧微生物層。一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的工藝，它包含以下步驟(I)對酸性礦山廢水進行初級處理，去除廢水中較大、較為明顯的雜質和顆粒，然後排入酸性礦山廢水初級溝渠4中；(2)中和處理對酸性礦山廢水初級溝渠4中的廢水進行中和處理，在第一級攔截壩I與酸性礦山廢水初級溝渠4之間的壩體底部加石灰石，可選擇在底面貼上一層較厚的以碳酸鈣為主要成分的大理石板或石灰石板，調節廢水的PH值，降低廢水中的重金屬溶解度；(3)還原處理將第二級攔截壩2與第一級攔截壩I之間的水壩建在農村生活汙水和酸性礦山廢水初級溝渠交匯處，並在水壩底部鋪上細石灰石和微生物層，生活汙水為厭氧微生物的生長提供營養物質，利用厭氧微生物的還原作用將SOf轉變為s2_，s2_與重金屬離子形成金屬硫化物而去除；(4)去雜處理在第三級攔截壩3與第二級攔截壩2的壩體中種植水生植物，利用水生植物茂盛的根系過濾水中的顆粒物，而進一步降低水中重金屬汙染物的濃度。首先，在廢水排放處修建第一級攔截壩1，在壩底部加入石灰石，可選擇在壩體底面貼上一層較厚的大理石板或石灰石板(其主要成份為碳酸鈣)，既美觀，又可部分中和礦井水的酸性且在一定程度上降低重金屬溶解度。之後，在第一級攔截壩I的下遊修建一個第二級攔截壩2，該壩應建於農村生活汙水和礦井水交匯處(生活汙水為厭氧微生物如硫酸還原菌的生長提供必須的營養物質)。在第二級攔截壩2處，通過水和底泥中微生物如硫酸還原菌等，此等微生物能將硫酸根離子還原為硫離子，而且硫離子可以進一步與溶解於水中的重金屬離子形成硫化物沉澱而沉降於底泥中。最後，在第三級攔截壩3處引種(或自生，這在我國南方地區有較為可能)水生植物，其目的是為了去除水中顆粒性物質，因為顆粒越小，其表面能就越大，從而吸附大量的重金屬離子於其表面上。水生植物一般具有較發達的根系，其在水中起到過濾、吸附及阻隔等作用，去掉廢水中顆粒性等物質，以減少水中重金屬汙染物的濃度，達到治理廢水的目的。在第一級攔截壩I處的沉積物需要定期進行 疏浚處理，防止硫酸鹽還原菌過量繁殖，產生大量的硫化氫氣體和重金屬硫化物而使水體發黑髮臭。且過量的消耗水體中的營養物質，也會影響水生植物的生長。同時，必須定期對水生植物採集,防止水生植物在水體中死亡腐爛進而汙染水體。將收集到的沉積物和水生植物進行填埋或回收處理避免對環境造成汙染。
權利要求
1.一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，其特徵在於它包括至少三級攔截壩，攔截壩呈自然落差的梯形狀分布，其中，第一級攔截壩(I)與酸性礦山廢水初級溝渠(4)之間的水壩底部設置有粗石灰石層(8)，第二級攔截壩(2)與第一級攔截壩(I)之間的水壩底部設置有細石灰石層(5 )和微生物層(6 )，微生物層(6 )位於細石灰石層(5 )上，第三級攔截壩(3)與第二級攔截壩(2)之間的水壩中設置有水生植物(J)。
2.根據權利要求I所述的利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，其特徵在於所述的攔截壩呈從高至低的自然落差的梯形狀分布。
3.根據權利要求I所述的利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，其特徵在於所述的第二級攔截壩(2)與第一級攔截壩(I)之間的水壩位於和酸性礦山廢水初級溝渠(4)臨近的農村生活汙水溝渠(9)的交匯處。
4.根據權利要求I所述的利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，其特徵在於所述的第二級攔截壩(2)與第一級攔截壩(I)之間的水壩的儲蓄深度為I 3米。
5.根據權利要求I所述的利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統，其特徵在於所述的微生物層(6)為厭氧微生物層。
6.一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的工藝，其特徵在於它包含以下步驟 (1)對酸性礦山廢水進行初級處理，去除廢水中較大、較為明顯的雜質和顆粒，然後排入酸性礦山廢水初級溝渠(4)中； (2)中和處理對酸性礦山廢水初級溝渠(4)中的廢水進行中和處理，在第一級攔截壩(I)與酸性礦山廢水初級溝渠(4)之間的壩底部加入石灰石，調節廢水的PH值，降低廢水中的重金屬溶解度； (3 )還原處理將第二級攔截壩(2 )與第一級攔截壩(I)之間的水壩建在農村生活汙水和酸性礦山廢水初級溝渠交匯處，並在水壩底部鋪上細石灰石和微生物層，生活汙水為厭氧微生物的生長提供營養物質，利用厭氧微生物的還原作用將從轉變為S2_，￥_與重金屬離子形成金屬硫化物而去除； (4)去雜處理在第三級攔截壩(3)與第二級攔截壩(2)的壩體中種植水生植物，利用水生植物茂盛的根系過濾水中的顆粒物，而進一步降低水中重金屬汙染物的濃度。
全文摘要
本發明公開了一種利用梯級攔截壩輔助處理酸性礦山廢水的系統及其工藝，它包括至少三級攔截壩，攔截壩呈自然落差的梯形狀分布，對酸性礦山廢水進行初級處理、中和處理、還原處理和去雜處理。本發明的有益效果是利用自然落差在天然溝渠上建立梯級攔截壩，同時利用梯級壩的阻隔、微生物的物理、化學反應以及植物根系的過濾、吸附等作用，是一種後續輔助及深度處理方法，增加了處理效果、簡化了現有方法的複雜程度和處理難度，並降低成本且提高水質，進一步降低了重金屬含量及酸性，減少礦山廢水對水源地及生態環境的破壞。
文檔編號C02F9/14GK102701545SQ20121022038
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月28日 優先權日2012年6月28日
發明者劉春 , 李志斌, 羅晉, 胡繼偉, 黃先飛 申請人:貴州師範大學