專利名稱：基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)及處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)及處理方法，屬于礦山酸性廢水處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
酸性礦山廢水(acid mine drainage，簡稱AMD)的污染是一個世界性的問題，主要是煤礦及金屬礦山開采所排放的礦坑水、廢石場的雨淋污水和選礦廠排出的洗礦、尾礦廢水，其特點(diǎn)為低PH值、含高濃度的硫酸鹽和可溶性的重金屬離子。酸性礦山廢水直接排放將會對環(huán)境造成極大的危害，由于重金屬離子不同于有機(jī)物，在環(huán)境中無法被生物分解，因而一旦進(jìn)入環(huán)境后就會不斷地積累而難以去除，造成環(huán)境的長期污染。廢水低pH值嚴(yán)重威脅河流中的藻類、浮游植物等生物的生長，還會污染地下水。隨著礦產(chǎn)資源的開采利用，我國正面臨著嚴(yán)峻的礦山酸性廢水污染問題。礦山酸性廢水的形成途徑主要有1)礦床開采過程中，大量的地下水滲流到采礦工作面，這些礦坑水排至地表后，是酸性廢水的主要來源；2)礦石加工過程中，添加酸性藥劑的選礦作業(yè)流程所排放的廢水是酸性廢水和有害物質(zhì)的重要來源；3)礦山生產(chǎn)過程中排放的大量含有硫化礦物的廢石和尾礦，在露天堆放時不斷與空氣和水(或水蒸氣)接觸，生成金屬離子和硫酸根離子。當(dāng)梅雨季節(jié)時，重金屬及酸根離子會溶解于水體中，并隨雨水進(jìn)入河流、湖泊或滲入地下，從而污染地表水及地下水。我國有大量的礦產(chǎn)資源，而大部分礦產(chǎn)以金屬硫化物的形式存在。這些礦產(chǎn)資源在開采的過程中，通過微生物及空氣中氧的作用，經(jīng)夕―—g—過程后形成硫酸鹽化合物而溶解于水中。如此，既增加了水中重金屬離子的濃度，也使水體pH值降低。目前國內(nèi)外關(guān)于礦山酸性廢水的治理方法主要有物理法(吸附法)、化學(xué)法(絮凝法、沉淀法、螯合劑法)、膜處理法、及生物法(人工濕地法、微生物法)等。吸附法該方法是利用某些具有微孔結(jié)構(gòu)的物質(zhì)(主要為活性炭等)的吸附性能以達(dá)到凈化廢水的目的?；钚蕴繉ξ廴疚锏奈侥芰κ怯邢薅鹊?，飽和的活性炭不經(jīng)處理而廢棄必然引發(fā)資源浪費(fèi)及環(huán)境污染等問題。中和法該方法是利用酸堿中和沉淀的原理，根據(jù)大部分重金屬氫氧化物不溶于水或微溶于水，通過向酸性礦井水中加入一定量的堿性物質(zhì)使重金屬離子形成氫氧化物沉淀，以達(dá)到去除廢水中重金屬離子和提高廢水pH的一種方法。但處理產(chǎn)生的廢渣量大，不易處理以及可能會引發(fā)二次污染等問題。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(chǎn)生的電化學(xué)腐蝕作用，是電化學(xué)的氧化還原、電化學(xué)對絮體的電富集作用、電化學(xué)作用產(chǎn)生的凝聚、新生絮體的吸附和床層過濾等作用的綜合效應(yīng)。其也尚存一些缺點(diǎn)①、電解塔底的鐵屑易板結(jié)，這導(dǎo)致Fe-C電子轉(zhuǎn)移困難,而使鐵顆粒上H+ — H2包裹著鐵顆粒使其難以氧化溶解,而降低處理效果。②、鐵碳微電解反應(yīng)需在酸性條件下進(jìn)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，兩者的矛盾使得運(yùn)行成本提高。③、在微電解過程中，陽極反應(yīng)Fe-2e_ — Fe2+，需要及時的補(bǔ)充鐵屑和更換殘渣，增加了操作難度。硫化物沉淀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淀而達(dá)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污染、硫化物形成過程中pH不易控制、原料的成本較高且處理后的廢水中硫含量達(dá)不到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。高分子螯合劑法采用高分子有機(jī)螯合劑與金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，生成穩(wěn)定且不溶于水的金屬螯合物來除去廢水中重金屬離子的方法。用于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(luò)合物不溶于水及酸堿中，且半徑較大易于沉降。②生成的金屬絡(luò)合物毒性小。③穩(wěn)定性要相對較好，能穩(wěn)定存在。④反應(yīng)過程中的螯合劑的添加量應(yīng)較少，且市場價格便宜。人工濕地法由人工建造和控制運(yùn)行的與沼澤地類似的地表生態(tài)系統(tǒng)，主要利用基質(zhì)-微生物-植物這個復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)、生物三重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)對污水的高度凈化。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·限且大部分的植物始于生長在中性及低堿性的水體中。微生物處理法微生物法處理酸性廢水主要是利用硫酸鹽還原菌(SRB)通過異化硫酸鹽的生物還原反應(yīng)。由于該方法操作起來較困難，較復(fù)雜。膜處理法膜分離技術(shù)是利用膜兩側(cè)的滲透壓差，水中的離子在不等的滲透壓力作用下，利用膜的選擇透過性，將水中離子進(jìn)行分離和濃縮的一種分離技術(shù)。但由于工業(yè)廢水往往含有酸、堿等物質(zhì)，處理條件較苛刻。且該方法處理成本較高。以上處理技術(shù)因其優(yōu)點(diǎn)而得到一定的應(yīng)用，但也因各自的缺點(diǎn)和局限性而難以得到推廣。微電解技術(shù)主要是用鐵屑和炭粒作為微電解填料，所以在水處理反應(yīng)進(jìn)行到一段時間后，便出現(xiàn)了堵塞、結(jié)塊等不利現(xiàn)象，同時微電解反應(yīng)進(jìn)行前和進(jìn)行后都存在著PH值調(diào)節(jié)的問題，提高了成本。硫化物沉淀法由于硫的二次污染嚴(yán)重，且硫化劑的成本較高等缺點(diǎn)使其應(yīng)用受到限制。膜處理技術(shù)在一定程度上能有效的處理礦山酸性廢水，但膜的制備成本及維護(hù)費(fèi)用限制了該技術(shù)的廣泛推廣。微波法處理成本高，能耗大，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用貴，且其主要適用于對含有機(jī)物廢水的處理。吸附法實(shí)質(zhì)上是依靠吸附劑活性表面對重金屬離子的吸引而去除重金屬離子。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，故不適于處理污染物濃度較高的廢水；而活性炭再生程序復(fù)雜，也限制了它的使用范圍。這些工藝大多投資成本高，廢渣量大等，人工濕地技術(shù)占地面積較廣，且不適于處理pH值過低，重金屬含量過高的廢水。尋找低成本、高效率的酸性礦山廢水處理工藝已成為工業(yè)發(fā)展亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能處理pH值過低、重金屬含量過高的廢水且投資成本低、處理效率高、不產(chǎn)生二次污染的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)及處理方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，它包括一級沉淀區(qū)、堿性材料池、碳酸鈣中和池、二級沉淀區(qū)、殘渣池以及壓濾機(jī)組，其中，一級沉淀區(qū)的廢水出口與堿性材料池的廢水進(jìn)口相連，堿性材料池的廢水出口與碳酸鈣中和池的廢水進(jìn)口相連，碳酸鈣中和池的廢水出口與二級沉淀區(qū)的廢水進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)為溢流式沉淀池，一級沉淀區(qū)、堿性材料池、碳酸鈣中和池以及二級沉淀區(qū)底部的殘渣出口與殘渣池的殘渣進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)下側(cè)的渾濁液出口與殘渣池的殘渣出口與壓濾機(jī)組的進(jìn)口相連，壓濾機(jī)組設(shè)置有兩個出口，其中一個出口回流至一級沉淀區(qū)的廢水進(jìn)口。所述的一級沉淀區(qū)由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池組成。所述的堿性材料池由三個并聯(lián)接通的碳床或者堿石灰床組成。所述的碳酸鈣中和池由三個并聯(lián)接通的碳酸鈣床組成。
所述的二級沉淀區(qū)中設(shè)置有絮凝劑添加裝置。所述的壓濾機(jī)組上還設(shè)置有泥餅出口?；趬簽V作用的礦山酸性廢水處理方法，它包含以下的步驟(I)將礦山酸性廢水排入由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池組成的一級沉淀區(qū)中進(jìn)行初級物理沉淀，殘渣排入殘渣池中；(2)將上一步處理完成的廢水排入堿性材料池中進(jìn)行初級化學(xué)沉淀，利用材料的吸附性能及堿性，初次去除廢水中部分重金屬離子除去并提升水體的PH值，殘渣排入殘渣池中；(3)將上一步處理完成的廢水排入碳酸鈣中和池中進(jìn)行二級化學(xué)沉淀，利用碳酸鈣再次調(diào)節(jié)廢水PH值，同時降低部分水中的重金屬的含量并阻擋來自堿性材料池的堿性材料顆粒，殘渣排入殘渣池中；(4)將上一步處理完成的廢水排入二級沉淀區(qū)中進(jìn)行二級物理沉淀，二級沉淀區(qū)中上層清液直接溢流排放，下層渾濁液在絮凝劑的作用下，小顆粒懸浮物凝聚為團(tuán)狀聚合物,殘渣排入殘渣池中；(5)將二級沉淀區(qū)排出的渾濁液和殘渣池中的殘渣排入壓濾機(jī)組中進(jìn)行固液分離，同時處理廢水和殘渣，出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時，達(dá)標(biāo)水通過達(dá)壓濾機(jī)組的出口排放入附近的河流中。由于大部分礦山酸性廢水(特別是礦井廢水)中重金屬離子大多吸附于懸浮固體顆粒物上，采用過濾手段可有效降低酸性礦山廢水的含量。通過添加絮凝劑(聚合氯化鋁或聚合氯化鐵等)將細(xì)小顆粒物凝聚為團(tuán)狀聚合物，并結(jié)合壓濾的處理手段，可以有效攔截較小顆粒懸浮物，有效降低酸性礦山廢水的重金屬含量。本發(fā)明的有益效果在于綜合利用物理、化學(xué)的處理方法，處理pH值過低、重金屬含量過高的廢水，有效降低了酸性礦山廢水的重金屬含量，減少了投資成本低、提高了處理效率高、同時壓濾機(jī)起到既處理廢水又處理殘渣的作用，整個流程可以根據(jù)具體的情況選擇壓濾機(jī)的種類及并聯(lián)安裝的數(shù)量，不產(chǎn)生二次污染，效率高、處理量大，自動沖洗、操作方便。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明處理方法的工藝原理圖。其中，I- 一級沉淀區(qū)，11- 一級沉淀池，2-堿性材料池，22-碳床或者堿石灰床，3-碳酸鈣中和池，31-碳酸鈣床，4-二級沉淀區(qū)，41-絮凝劑添加裝置，5-殘渣池，6-壓濾機(jī)組。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明的技術(shù)方案，但要求保護(hù)的范圍并不局限于所述。如圖1，基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，它包括一級沉淀區(qū)I、堿性材料池2、碳酸鈣中和池3、二級沉淀區(qū)4、殘渣池5以及壓濾機(jī)組6，其中，一級沉淀區(qū)I的廢水出口與堿性材料池2的廢水進(jìn)口相連，堿性材料池2的廢水出口與碳酸鈣中和池3的廢水進(jìn)口相連，碳酸鈣中和池3的廢水出口與二級沉淀區(qū)4的廢水進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)4為溢流式沉淀池，一級沉淀區(qū)I、堿性材料池2、碳酸鈣中和池3以及二級沉淀區(qū)4底部的殘渣出 口與殘渣池5的殘渣進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)4下側(cè)的渾濁液出口與殘渣池5的殘渣出口與壓濾機(jī)組6的進(jìn)口相連，壓濾機(jī)組6設(shè)置有兩個出口，其中一個出口回流至一級沉淀區(qū)I的廢水進(jìn)口。所述的一級沉淀區(qū)I由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池11組成。所述的堿性材料池2由三個并聯(lián)接通的碳床或者堿石灰床21組成。所述的碳酸鈣中和池3由三個并聯(lián)接通的碳酸鈣床31組成。所述的二級沉淀區(qū)4中設(shè)置有絮凝劑添加裝置41。所述的壓濾機(jī)組6上還設(shè)置有泥餅出口。基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理方法，如圖2，圖中白色箭頭表示礦山酸性廢水中水的處理流程，黑色箭頭表示礦山酸性廢水中殘渣的處理流程，它包含以下的步驟( I)將礦山酸性廢水排入由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池11組成的一級沉淀區(qū)I中進(jìn)行初級物理沉淀，殘渣排入殘渣池5中；(2)將上一步處理完成的廢水排入堿性材料池2中進(jìn)行初級化學(xué)沉淀，利用材料的吸附性能及堿性，初次去除廢水中部分重金屬離子除去并提升水體的PH值，殘渣排入殘渣池5中，堿性材料材料填充的密實(shí)程度在一定程度上將部分的水中懸浮的大顆粒物質(zhì)加以過濾掉，有助于進(jìn)一步減少廢水中重金屬的濃度(因為附著于顆粒物上的重金屬離子會解吸而進(jìn)入水體中)；(3)將上一步處理完成的廢水排入碳酸鈣中和池3中進(jìn)行二級化學(xué)沉淀，利用碳酸鈣再次調(diào)節(jié)廢水PH值，同時降低部分水中的重金屬的含量并阻擋來自堿性材料池2的堿性材料顆粒，殘渣排入殘渣池5中；(4)將上一步處理完成的廢水排入二級沉淀區(qū)4中進(jìn)行二級物理沉淀，二級沉淀區(qū)4中上層清液直接溢流排放，下層渾濁液在絮凝劑的作用下，小顆粒懸浮物凝聚為團(tuán)狀聚合物，這樣可降低水體中的懸浮顆粒物含量以減少壓濾機(jī)負(fù)荷，且團(tuán)狀聚合物有利于壓濾過程的進(jìn)行，殘渣排入殘渣池5中；(5)將二級沉淀區(qū)4排出的渾濁液和殘渣池5中的殘渣排入壓濾機(jī)組6中進(jìn)行固液分離，同時處理廢水和殘渣，出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時，達(dá)標(biāo)水通過達(dá)壓濾機(jī)組6的出口排放入附近的河流中。壓濾機(jī)組6具有很好的固液分離效果，能較好的分離出水體中的懸浮顆粒物，且壓濾機(jī)組6具有效率高 、處理量大、多重脫水、脫水能力強(qiáng)、泥餅含水率低、耗電力少、低速運(yùn)轉(zhuǎn)、無振動、低噪音、自動沖洗、操作方便等的優(yōu)點(diǎn)，整個流程可以根據(jù)具體的情況選擇壓濾機(jī)的種類(主要包括板框壓濾機(jī)、疊螺式壓濾機(jī)、轉(zhuǎn)筒式污泥壓濾機(jī)及轉(zhuǎn)盤式微濾機(jī)等)及并聯(lián)安裝的數(shù)量。
權(quán)利要求
1.基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于它包括一級沉淀區(qū)(I)、堿性材料池(2)、碳酸鈣中和池(3)、二級沉淀區(qū)(4)、殘渣池(5)以及壓濾機(jī)組(6)，其中，一級沉淀區(qū)(I)的廢水出口與堿性材料池(2 )的廢水進(jìn)口相連，堿性材料池(2 )的廢水出口與碳酸鈣中和池(3)的廢水進(jìn)口相連，碳酸鈣中和池(3)的廢水出口與二級沉淀區(qū)(4)的廢水進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)(4)為溢流式沉淀池，一級沉淀區(qū)(I )、堿性材料池(2)、碳酸鈣中和池(3)以及二級沉淀區(qū)(4)底部的殘渣出口與殘渣池(5)的殘渣進(jìn)口相連，二級沉淀區(qū)(4)下側(cè)的渾濁液出口與殘渣池(5)的殘渣出口與壓濾機(jī)組(6)的進(jìn)口相連，壓濾機(jī)組(6)設(shè)置有兩個出口，其中一個出口回流至一級沉淀區(qū)(I)的廢水進(jìn)口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的一級沉淀區(qū)(I)由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池(11)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的堿性材料池(2)由三個并聯(lián)接通的碳床或者堿石灰床(21)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的碳酸鈣中和池(3)由三個并聯(lián)接通的碳酸鈣床(31)組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的二級沉淀區(qū)(4)中設(shè)置有絮凝劑添加裝置(41)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的壓濾機(jī)組(6)上還設(shè)置有泥餅出口。
7.基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理方法，其特征在于它包含以下的步驟 (1)將礦山酸性廢水排入由兩個串聯(lián)接通的一級沉淀池(11)組成的一級沉淀區(qū)(I)中進(jìn)行初級物理沉淀，殘渣排入殘渣池(5 )中； (2)將上一步處理完成的廢水排入堿性材料池(2)中進(jìn)行初級化學(xué)沉淀，利用材料的吸附性能及堿性，初次去除廢水中部分重金屬離子除去并提升水體的PH值，殘渣排入殘渣池(5)中； (3)將上一步處理完成的廢水排入碳酸鈣中和池(3)中進(jìn)行二級化學(xué)沉淀，利用碳酸鈣再次調(diào)節(jié)廢水PH值，同時降低部分水中的重金屬的含量并阻擋來自堿性材料池(2)的堿性材料顆粒，殘渣排入殘渣池(5)中； (4)將上一步處理完成的廢水排入二級沉淀區(qū)(4)中進(jìn)行二級物理沉淀，二級沉淀區(qū)(4)中上層清液直接溢流排放，下層渾濁液在絮凝劑的作用下，小顆粒懸浮物凝聚為團(tuán)狀聚合物，殘渣排入殘渣池(5)中； (5)將二級沉淀區(qū)(4)排出的渾濁液和殘渣池(5)中的殘渣排入壓濾機(jī)組(6)中進(jìn)行固液分離，同時處理廢水和殘渣，出水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)時，達(dá)標(biāo)水通過達(dá)壓濾機(jī)組(6)的出口排放入附近的河流中。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于壓濾作用的礦山酸性廢水處理系統(tǒng)及處理方法，它包括一級沉淀區(qū)(1)、堿性材料池(2)、碳酸鈣中和池(3)、二級沉淀區(qū)(4)、殘渣池(5)以及壓濾機(jī)組(6)，經(jīng)初級物理沉淀、初級化學(xué)沉淀、二級化學(xué)沉淀、二級物理沉淀以及壓濾機(jī)組固液分離的步驟處理廢水。本發(fā)明的有益效果是綜合利用物理、化學(xué)的處理方法，處理pH值過低、重金屬含量過高的廢水，有效降低了酸性礦山廢水的重金屬含量，減少了投資成本低、提高了處理效率高、同時壓濾機(jī)起到既處理廢水又處理殘渣的作用,整個流程可以根據(jù)具體的情況選擇壓濾機(jī)的種類及并聯(lián)安裝的數(shù)量，不產(chǎn)生二次污染，效率高、處理量大，自動沖洗、操作方便。
文檔編號C02F9/04GK102951752SQ20121045230
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月12日
發(fā)明者胡繼偉, 李志斌, 劉春 , 羅晉, 黃先飛 申請人:貴州師范大學(xué)