专利名称：煤矿酸性矿井水生态处理方法
技术领域：
本发明涉及环境治理及采矿领域，具体涉及一种煤矿矿井水处理工艺。本发明将中和法、细菌法和湿地法综合运用，分别去除酸性废水中的硫酸根离子、二价铁离子和重金属离子，可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。
背景技术：
煤炭在我国能源结构中占70%以上，煤炭在开采和利用过程中产生的环境问题是十分严重的，其中水污染是突出的环境问题之一。缺水问题，影响了矿区居民的生活及煤矿的正常生产，制约了煤炭工业持续稳定地发展。据调查，北方煤矿70%缺水，40%为严重缺水，人均生活用水量不足0. 06m3/d。随着我国煤矿产业的进一步发展，缺水问题将越来越突出。
在煤炭开采过程中，要排放大量的矿井水。在排放过程中，由于受到煤粉、岩粉、有害物质及其它杂物等的污染，而成为污水。如果直接排放，会污染矿区环境。在煤矿水资源极为匮乏的条件下，矿井水直接排放，也是水资源的极大浪费。为此，实现矿井水处理后综合利用是解决煤矿缺水和矿井水污染环境的最佳选择。矿井排水量受矿区水文地质条件的影响较大，各地相差悬殊。据统计，每生产I吨原煤，井下排水量约为0. 5-10m3，平均涌水量约3m3。矿井废水的污染程度较其他工业废水轻，有机污染物很少，一般不含有毒物质，只是经常在酸度、悬浮物、浊度、硬度、矿化度、硫酸盐、氟化物等方面超标，适于作回用水水源。酸性矿山废水是含硫化物矿物的矿床在开采过程中被氧化而产生的pH小于6. 5的矿山废水，其PH —般为3. 0-6. 5，总酸度高。酸性矿井水不仅腐蚀井下排水设备及其他开采设备，造成经济损失，而且影响井下工人的身体健康；酸性矿井水中某些重金属离子的浓度随酸度增高而增加，毒性也增大，对生物产生潜在危害，使用未经处理的酸性矿井水灌溉时，可破坏土壤的团粒结构，影响农作物产量。因此，酸性矿井水必须进行处理方可排放。酸性矿井水的产生主要是由于黄铁矿FeSJ^氧化而引起的。黄铁矿的氧化分为化学氧化和生物氧化两个过程，其中生物氧化起着决定性的作用。化学氧化过程主要为黄铁矿的连续氧化过程(I)在水和氧存在的条件下黄铁矿(FeS2)被氧化为FeSO4和H2SO4 ； (2)在游离氧存在的条件下FeSO4不稳定，进一步氧化为Fe2 (SO4) 3 ； (3) Fe2 (SO4) 3水解产生游离酸和沉淀。在微生物参与下，生物氧化过程分为三个阶段(I)黄铁矿发生氧化反应；(2)细菌大量繁殖增多使pH值急剧下降；(3)在细菌作用下,氧化反应速度大大加快,产酸速度相应加快。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种。本发明的技术方案如下
一种煤矿酸性矿井水生态处理方法，包括串联的水池或水池组、池塘或池塘组、沼泽湿地；水池或水池组装有粒径d < 3. 0_细颗粒石灰石滤料，深度3-10m，水池面积大小视处理水量及水质而定，每处理1000m3/d需要10-30m2，水流自下而上通过滤料；池塘或池塘组中放入氧化亚铁硫杆菌，池塘或池塘组深度Im以上，面积大小为每IOOOmVd水量需要50-100m2，水温28—30°C，pH值为2. 0-2. 3，菌种接种量为10%，水流平顺流过池塘，流速小于0. 2m/s2 ；沼泽湿地内种植有芦苇、蒲草或柳树等耐水性植物,面积大小为每1000m3/d水量需要1000-2000m2，水流缓缓慢流过沼泽湿地，流速小于0. 05m/s2本发明将中和法、细菌法和湿地法综合运用，利用各自特点，分别去除酸性废水中的硫酸根离子、二价铁离子和重金属离子，可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。并且解决了常规方法处理酸性矿井水所需费用较高，石灰渣的二次污染间题。而且该方法操作管理简便、处理费用低，能够保证处理后的水质达标。
图I是一组串联的池塘的俯视图
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。酸性矿井水通过一组串联的池塘，逐步达到净化性煤矿矿井水的目的。参考图1，水池I (或水池组)装有粒径d < 3. Omm细颗粒石灰石滤料，一般深度3-10m，水池大小视处理水量及水质而定，每处理IOOOmVd需要10_30m2，水流自下而上(进水口低于出水口，过滤的更充分)通过滤料，石灰石颗粒与酸性水中硫酸根发生中和反应，产生微溶硫酸钙和易分解的碳酸，从而降低酸度(由于被处理水的PH值是变化的，所以降低酸度的效果也不一样，一般PH越小，降低效果越明显；同时，水流的流速越慢，处理效果越好。因此，处理效果依处理水质、水量及流速而变)，一般PH值降低到2. 0-2. 3。池塘(或池塘组)2中放入氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillusferrooxidans, T. f),氧化亚铁硫杆菌是能产生三价铁离子的一类特殊细菌，属于铁细菌的一种，它们能加速亚铁离子的氧化，池塘(或池塘组)2深度Im以上，面积大小为每1000m3/d水量需要50_100m2，水温28—30°C，pH值为2. 0-2. 3，菌种接种量为10% (体积分数)。水流平顺流过池塘，流速小于0. 2m/s2，水体和淤泥中的氧化亚铁硫杆菌在酸性条件下将水中的Fe2+氧化成Fe3+，以实现酸性矿井水的除铁。氧化亚铁硫杆菌能从Fe2+的氧化反应中获取自身生存和繁殖所需的能量，无须加任何营养液。氧化亚铁硫杆菌培养基采用9K培养基(Fe2浓度为9g/L)，在 pH = 2. O、温度 28 30°C培养 48-84h。沼泽湿地3内种植有芦苇、蒲草或柳树等耐水性植物,面积大小为每1000m3/d水量需要1000-2000m2，水流缓缓慢流过沼泽湿地，流速小于0. 05m/s2，通过湿地植物、泥炭基质以及细菌对酸性水中的金属离子(Fe2+、Mn2+等)进行吸附、交换、络合和氧化还原作用，在酸性水中和的同时除去金属离子。通过湿地植物、泥炭基质以及细菌对酸性水中的金属离子(Fe2+、Mn2+等)进行吸附、交换、络合和氧化还原作用，在酸性水中和的同时除去金属离子，实现对污水的进一步高效净化。
本发明将中和法、细菌法和湿地法综合运用，利用各自特点，分别去除酸性废水中的硫酸根离子、二价铁离子和重金属离子，可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。并且解决了常规方法处理酸性矿井水所需费用较高，石灰渣的二次污染间题。而且该方法操作管理简便、处理费用低，能够保证处理后的水质达标。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种煤矿酸性矿井水生态处理方法，其特征在于，包括串联的水池或水池组、池塘或池塘组、沼泽湿地；水池或水池组装有粒径d < 3. Omm细颗粒石灰石滤料，深度3_10m，水池面积大小视处理水量及水质而定，每处理IOOOmVd需要10-30m2，水流自下而上通过滤料；池塘或池塘组中放入氧化亚铁硫杆菌，池塘或池塘组深度Im以上，面积大小为每IOOOmVd水量需要50-100m2，水温28—30°C，pH值为2. 0-2. 3，菌种接种量为10%，水流平顺流过池塘，流速小于O. 2m/s2 ； 沼泽湿地内种植有芦苇、蒲草或柳树等耐水性植物，面积大小为每IOOOmVd水量需要1000-2000m2，水流缓缓慢流过沼泽湿地，流速小于O. 05m/s2。
全文摘要
本发明公开了一种煤矿酸性矿井水生态处理方法，包括串联的水池或水池组、池塘或池塘组、沼泽湿地；水池或水池组装有粒径d≤3.0mm细颗粒石灰石滤料，深度3-10m，水池面积大小视处理水量及水质而定，每处理1000m3/d需要10-30m2，水流自下而上通过滤料；池塘或池塘组中放入氧化亚铁硫杆菌，池塘或池塘组深度1m以上，面积大小为每1000m3/d水量需要50-100m2，水温28-30℃，pH值为2.0-2.3，菌种接种量为10％，水流平顺流过池塘，流速小于0.2m/s2；沼泽湿地内种植有芦苇、蒲草或柳树等耐水性植物，面积大小为每1000m3/d水量需要1000-2000m2，水流缓缓慢流过沼泽湿地，流速小于0.05m/s2；本发明将中和法、细菌法和湿地法综合运用，利用各自特点，可处理任何浓度、任何性质的酸性废水。
文档编号C02F103/10GK102701534SQ201210214488
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月25日 优先权日2012年6月25日
发明者张蕾, 李瑜, 田华, 管园园, 荆秀艳, 赵晓光, 韩玮, 黄文钰 申请人:西安科技大学