一種基于生物成礦的酸性礦山廢水處理系統(tǒng)和處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種廢水的處理工藝，尤其是一種基于生物成礦的酸性礦山廢水處理系統(tǒng)和處理方法。
【背景技術(shù)】
[0002]酸性礦山廢水(AMD)是煤礦和各種金屬礦在開采和利用過程中形成的一類酸性極強(qiáng)(pH 2.0?3.5)，富含?^3042—及多種重(類)金屬離子((:11^8等)的一類廢水，其有效處理已經(jīng)成為礦區(qū)生態(tài)環(huán)境綜合治理的關(guān)鍵問題之一。目前，AMD的治理方法有中和法、硫化沉淀浮選法，人工濕地法、硫酸鹽還原菌法等。然而，由于石灰來源廣、價格低、石灰中和仍是世界上最常用的AMD處理方法，其工程使用率達(dá)到90%以上。當(dāng)石灰將酸性礦山廢水體系中和在pH約為7時，體系的Fe2+不能完全氧化，進(jìn)而水解沉淀，換言之，體系Fe2+難以徹底去除，且此時部分類金屬(例如，As)去除率也較差。
[0003]具體的，由于AMD中含有豐富的Fe3+的Fe2+，由于Fe(OH)2離子濃度積高于Fe(OH)3,所以為了有效提高后續(xù)中和環(huán)節(jié)過程總Fe的去除效率，在采用中和法處理AMD之前，常常需采用曝氣供氧等方式將體系Fe2+氧化為Fe3+。然而，當(dāng)體系pH<4.0時，F(xiàn)e2+非生物氧化過程卻非常緩緩，進(jìn)而大大限制了 AMD的處理效率。
[0004]嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(4.€61'1'001丨(^118)能夠在。!1<4.0的酸性條件下快速氧化Fe2+。硫桿菌生物氧化Fe2+與石灰中和相耦合的兩段處理工藝在AMD處理領(lǐng)域亦呈現(xiàn)出一定的應(yīng)用潛力。A.ferrooxidans酸性條件下氧化Fe2+至Fe3+常伴隨黃鐵鞏、施氏礦物等次生鐵礦物的合成。此類礦物能夠有效的吸附、共沉淀去除酸性礦山廢水中的重金屬，而且相對于石灰中和法得到的鐵的氫氧化物而言，施氏礦物與黃鐵礬類物質(zhì)等次生鐵礦物沉降性能良好，易于沉淀，可以極大降低后續(xù)固液分離成本?？梢?，提高Fe2+生物氧化速率與體系總Fe沉淀效率(即提高次生鐵礦物合成量)對有效處理AMD具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供了一種集預(yù)調(diào)理、生物氧化、石灰沉淀、沉淀物回流等各反應(yīng)相結(jié)合的酸性礦山廢水處理新方法。以期解決酸性礦山廢水處理環(huán)節(jié)中亞鐵氧化速率慢、次生鐵礦物合成量低，中和沉淀毒渣直接無用外排等問題。
[0006]本發(fā)明提供的基于生物成礦的酸性礦山廢水處理系統(tǒng)，包括，進(jìn)水端；
[0007]調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元具有第一攪拌裝置，所述調(diào)節(jié)單元連接至該進(jìn)水端以接收初始廢水，并利用石灰溶液將初始廢水的PH調(diào)節(jié)至3.0，形成第一過程廢水；
[0008]生物氧化成礦單元，所述生物氧化成礦單元中設(shè)置有第二攪拌裝置和曝氣裝置，并接入能夠氧化亞鐵離子的微生物菌液，使得生物氧化成礦單元體系的菌密度為0.6 X106cells/mL?6.0 X 106。6118/1111^，所述第二攬摔裝置的攬摔速率為1501'/111；[11?1801'/111；[11，通過曝氣裝置使得體系溶解氧DO含量為lmg/1?4mg/L，水力停留時間40h?72h;所述生物氧化成礦單元連接至所述調(diào)節(jié)單元以接收調(diào)節(jié)單元處理后形成的第一過程廢水，并處理該第一過程廢水形成第二過程廢水；
[0009 ]石灰中和單元，所述石灰中和單元連接至所述生物氧化成礦單元以接收生物氧化成礦單元處理后形成的第二過程廢水，并調(diào)節(jié)第二過程廢水的PH至7.0，形成排放水；
[0010]石灰溶解單元，用于溶解石灰形成石灰水溶液，并分別向所述調(diào)節(jié)單元和所述石灰中和單元提供石灰水溶液；
[0011 ]中和殘?jiān)亓鲉卧?，所述中和殘?jiān)亓鲉卧糜趯⑹抑泻蛦卧械臍堅(jiān)斔偷缴镅趸傻V單元；
[0012]出水端，連接至所述石灰中和單元以排放所述排放水。
[0013]優(yōu)選地，所述第二攪拌裝置的攪拌速率為160r/min，曝氣裝置的曝氣量達(dá)到體系溶解氧DO含量為2mg/L?3mg/L，水力停留時間48h?60h。
[0014]優(yōu)選地，所述能夠氧化亞鐵離子的微生物為嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌。
[0015]更優(yōu)選地，所述嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌的菌密度為0.6X 16ceIlsAiL?6.0X106cells/mLo
[0016]本發(fā)明還提供了一種基于生物成礦的酸性礦山廢水的處理方法，具體包括如下步驟:
[0017]S1:將酸性礦山廢水收集到收集槽內(nèi)；
[0018]S2:將SI收集到的酸性礦山廢水由進(jìn)水端加入到帶有第一攪拌裝置的調(diào)節(jié)單元，利用石灰溶液將pH調(diào)節(jié)至3;
[0019]S3:將S2處理后的酸性礦山廢水，接入生物氧化成礦單元進(jìn)行處理，所述生物氧化成礦單元中設(shè)置有第二攪拌裝置與曝氣裝置，并接入能夠氧化亞鐵離子的微生物菌液，使得生物氧化成礦單元體系的菌密度為0.6 X 16Ce 11 s/mL?6.0 X 16Ce 11 s/mL，所述第二攪拌裝置的攪拌速率為150r/min?180r/min，通過曝氣裝置使體系溶解氧含量為lmg/L?4mg/L，水力停留時間48h?72h ；
[0020]S4:將S3處理后的酸性礦山廢水，接入石灰中和單元，并經(jīng)石灰中和單元調(diào)節(jié)pH至7，形成排放水，同時將石灰中和單元中的殘?jiān)?，通過中和殘?jiān)亓鲉卧斔偷缴镅趸傻V單元進(jìn)行回流。
[0021]優(yōu)選地，S3中，所述第二攪拌裝置與所述曝氣裝置同時使用。
[0022]優(yōu)選地，S3中，所述第二攪拌裝置與所述曝氣裝置交替使用。
[0023]優(yōu)選地，S3中，所述第二攪拌裝置的攪拌速率為160r/min，曝氣裝置的曝氣量達(dá)到體系溶解氧DO為2mg/L?3mg/L，水力停留時間60h。
[0024]本發(fā)明提供的基于生物成礦的酸性礦山廢水的處理系統(tǒng)和方法，在傳統(tǒng)的石灰中和酸性礦山廢水處理方法中，引入微生物氧化體系亞鐵離子，且在生物氧化亞鐵前段設(shè)置了調(diào)節(jié)單元(調(diào)節(jié)體系PH?3)，這一調(diào)節(jié)單元的設(shè)置，將提高生物氧化成礦環(huán)節(jié)中次生鐵礦物的合成效率及合成量；
[0025]并將石灰中和殘?jiān)?二水硫酸鈣與鐵氫氧化物的混合物)向生物氧化成礦單元的回流，回流的二水硫酸鈣能夠作為晶種刺激生物氧化成礦單元Fe2+的生物氧化與次生鐵礦物的合成。是一種集預(yù)調(diào)理、生物氧化、石灰沉淀、中和殘?jiān)亓鞯雀鳝h(huán)節(jié)相結(jié)合的酸性礦山廢水處理的新方法。
[0026]采用本發(fā)明提供的系統(tǒng)和方法，可以實(shí)現(xiàn)酸性礦山廢水體系的Fe2+在48-60小時即可全部氧化完全，同時，次生鐵礦物合成量可以提高30-60%，與常規(guī)的石灰中和處理工藝相比較，石灰的使用量減少30-50%。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明一種基于生物成礦的酸性礦山廢水的處理工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0029]酸性礦山廢水是煤礦和各種金屬礦在開采和利用過程中形成的一類酸性極強(qiáng)，pH2.0?3.5，富含F(xiàn)e、S042—及多種重(類)金屬離子Cu、As等;酸性礦山廢水中液相體系存在的Fe3+能夠大大提高中和所需要石灰的用量。所以為了降低后續(xù)石灰用量，在石灰中和前段，促使體系Fe3+在微生物作用下生物合成次生鐵礦物，酸性礦山廢水體系pH常常在2-3之間。且中和殘?jiān)３Ｗ鳛樽罱K廢物被處置，沒有被看做一種有附加作用的資源。
[0030]針對該類酸性礦山廢水，本發(fā)明提供了一種基于生物成礦的酸性礦山廢水的處理系統(tǒng)，包括，進(jìn)水端；
[0031]調(diào)節(jié)單元，所述調(diào)節(jié)單元包括第一攪拌裝置，所述調(diào)節(jié)單元連接至該進(jìn)水端以接收初始廢水，并利用石灰溶液將初始廢水的PH調(diào)節(jié)至3，形成第一過程廢水；
[0032]生物氧化成礦單元，所述生物氧化成礦單元中設(shè)置有第二攪拌裝置與曝氣裝置，并接入能夠氧化亞鐵離子的微生物(嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌)菌液，使得生物氧化成礦單元體系內(nèi)菌密度為0.6 X 16Cells/mL?6.0 X 106cells/mL，所述第二攪拌裝置的攪拌速率為150r/min?180r/min，曝氣裝置的曝氣量使得體系溶解氧含量維持在lmg/L-4mg/L之間，水力停留時間48h?72h;所述生物氧化成礦單元連接至所述調(diào)節(jié)單元以接收調(diào)節(jié)單元處理后形成的第一過程廢水，并處理該第一過程廢水形成第二過程廢水；
[0033 ]石灰中和單元，所述石灰中和單元連接至所述生物氧化成礦單元以接收生物氧