一种废弃矿山地区酸性废水处理系统及方法与流程

本发明属于酸性废水治理技术领域，具体涉及一种废弃矿山地区酸性废水处理系统及方法。

背景技术：

上世纪70年代以后，随着国家经济的飞速发展，为服务于国家整体发展战略，越来越多的矿山被开采。但由于当时开采技术落后，资源利用率不高，开采的废弃矿洞裸露、矿碴散乱无序堆放，经空气氧化和雨水冲刷，产生含金属离子的酸性废水，汇入山体间河流，造成水质污染，严重影响了水生态环境，对河流沿岸居民的生活也造成了不同程度的影响。

近年来，随着环境保护受到越来越多人重视，针对矿山酸性废水提出了诸多处理工艺及设备，取得了一定的成效。但在地形复杂、征地困难、平整地域缺乏的山区，以往的工艺均存在成本过高、持续性不强等问题，都不能较好地实现对酸性废水的治理。因此，针对地形条件不佳的矿区酸性废水，需要提出一种新的治理装备及流程。

技术实现要素：

本发明提供了一种废弃矿山地区酸性废水处理系统及方法，目的在于解决对于地形复杂、征地困难、平整地域缺乏的山区矿区，酸性废水处理成本过高、持续性不强的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，包括收集池、反应池、初级沉淀池和二次沉淀池；所述收集池、反应池、初级沉淀池和二次沉淀池依次从高到低设置，且收集池与反应池、反应池与初级沉淀池、初级沉淀池和二次沉淀池之间连通。

所述的收集池上设置有第一管道、第二管道、上盖板、井盖和爬梯；所述的第一管道用于与酸性废水排放源连接，且其设置在收集池侧壁的上部；所述上盖板设置在收集池的上表面，所述井盖设置在上盖板上；所述爬梯固定连接在收集池的内侧壁上；所述第二管道用于与反应池连通且其设置在收集池与第一管道相对的侧壁底部，第二管道的出口高于反应池的上表面。

所述的收集池的长、宽、高均不小于2.5m，壁厚不小于20cm，容积不小于2倍枯水期酸水日平均流量；所述的第一管道为水平管；所述的第二管道为有落差的管道；第一管道和第二管道上设置有阀门。

所述的反应池上设置有第三管道和搅拌桨；所述第三管道用于与初级沉淀池连通，其设置在反应池侧壁的下部；所述搅拌桨固定连接在反应池内下底面上。

所述的反应池上设置有顶板，顶板上设置有井盖；反应池内侧壁上固定连接有爬梯；所述第三管道上设置有阀门；所述的反应池为圆筒状，其内径不小于2m，高度不小于2m，壁厚不小于20cm，容积不小于枯水期酸水日平均流量1/10；所述的搅拌桨距离反应池底部不超过20cm，桨叶总长度为反应池内径的1/3-2/3，搅拌桨转速为500-1000r/min。

所述的初级沉淀池上部为矩形，下部为v形，v形的底部设置有排泥槽；在v形与排泥槽的衔接处的侧壁上设置有用于与二次沉淀池连接的有落差的第四管道，第四管道的出口处连接有u型进水槽；所述的第四管道的出口处连接有u型进水槽，u型进水槽的底面设置有多个细管，u型进水槽通过细管将初级沉淀池的出水排入二次沉淀池。

所述的初级沉淀池设置有顶板，顶板上设置有井盖，初级沉淀池的侧壁上固定连接有爬梯；所述的第四管道上设置有阀门：所述的u型进水槽宽高为15-25cm，壁厚为0.5-1cm，且其长度比二次沉淀池的宽度长10-20cm；u型进水槽长度方向的底部两端固定在二次沉淀池侧壁上；u型进水槽底部开有多个孔径为2-3cm用于连接管长为3-5cm细管的通孔；相邻通孔中心间距为5-10cm。

所述的二次沉淀池靠近初级沉淀池的一端上部设置有入水口，二次沉淀池内沿竖直方向设置有多个隔板，位于上游侧第一处隔板顶部与二次沉淀池边壁同高且其下端与二次沉淀池池底有间隙，其余隔板与二次沉淀池的上下底面均有间隙；在相邻隔板之间设置有溢流堰，在二次沉淀池的侧壁下部设置有多个排水口，在二次沉淀池下游端的侧壁上设置有用于排水的第五管道。

所述的二次沉淀池设置有顶板，所述顶板上设置有井盖，二次沉淀池的内侧壁上均匀的固定连接有爬梯；所述第五管道上设置有阀门；所述的隔板的板厚不小于20cm，除位于上游侧第一处隔板外，其余隔板顶部沿水流方向按照5-10cm的高差不断降低；所有隔板底部均与二次沉淀池的底面间隙为10cm，隔板的高度大于1m；所述的溢流堰高度均比与其上游侧紧邻隔板低5-10cm，所有溢流堰上游侧均为坡度为1:2-1:3的斜坡，堰顶为圆弧形且其半径为0.5-1m，平直段不小于0.5m；位于末端的末端溢流堰的下游侧上部是坡度为1:2-1:3的斜坡，斜坡段水平距离介于0.5-1m，且其下游侧下部竖直设置；除末端溢流堰外的中部溢流堰的下游侧竖直设置。

所述初级沉淀池的容积不小于反应池容积的5倍。

一种废弃矿山地区酸性废水处理系统的酸性废水处理方法，包括如下步骤，

步骤一：采集部分目标酸性废水，不断加入反应物并搅拌，直至水体ph提升至5-6，多次试验得到酸性废水与反应物配比；

步骤二：打开第一管道、第五管道上的阀门，同时关闭第二管道、第三管道、第四管道及二次沉淀池底部排水口的阀门，将酸性废水通过第一管道引入收集池，直至收集池充满；

步骤三：打开第二管道阀门，将酸性废水放入反应池，充满后关闭第二管道阀门；将根据步骤一得出的配比以及反应池酸水体积计算所需反应物质量，通过反应池上的井盖加入；之后开启搅拌桨进行搅拌，每隔预设时间测量一次ph值，待ph稳定在5-6以后，打开第三管道阀门，让反应池内的水在搅拌状态下携带沉淀全部流入初级沉淀池，待反应池内的水排干后关闭第三管道上的阀门，并关闭搅拌桨10；

步骤四：重复步骤三，直至初级沉淀池充满水后，静置0.5-1h，待初级沉淀池中的沉淀集中到排泥槽后，缓慢打开第四管道上的阀门，将上清液排入二次沉淀池。

步骤五：当初级沉淀池水位降低至排泥槽顶部后，观察沉淀累积情况，若沉淀已堆满排泥槽，则从初级沉淀池顶部将排泥泵放入排泥槽，不断在排泥槽中移动，通过排泥泵连接的排泥管将沉淀吸出；若沉淀较少，则重复步骤三、步骤四，直至沉淀堆满排泥槽，再进行吸泥操作；

步骤六：重复步骤三至步骤五，当达到当日设计运行时间时，确保收集池中酸性废水水位降低至池深一半以下后，分别关闭第二管道、第三管道、第四管道上的阀门，将初级沉淀池和二次沉淀池未安装顶板区域进行遮挡，并放置警示牌，妥善放置排泥泵吸出的沉淀；

步骤七：当废弃矿山地区酸性废水处理系统运行10-15天后，检查二次沉淀池底部沉淀累积情况，沉淀与隔板底部同高时，打开二次沉淀池底部排水口，将水排干后进行人工清理；

步骤八：对排泥泵吸出的沉淀做无害化处理。

所述的步骤一中的反应物为石灰石粉、生石灰粉或粉末状的氢氧化钙、金属氧化物、碳酸钙、盐类、碱类。

有益效果：

(1)本发明通过收集池对酸性废水的收集，在反应池中加入反应物，经过反应和沉淀，显著提高了水体的ph值，降低了金属离子含量，再通过初级沉淀池和二次沉淀池的沉淀处理，有效改善了水质。

(2)本发明的废水处理系统结构灵活性强，操作方便，成本可控。

(3)本发明充分利用自然高差，有效缓解了废弃矿山地区征地困难、平整地域缺乏的问题，可在用地紧张的废弃矿山地区加以推广。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例进行详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明废水处理系统的纵向剖面图；

图2为本发明废水处理系统的平面图。

图中：1-收集池；2-反应池；3-初级沉淀池；4-二次沉淀池；5-第一管道；6-第二管道；7-第三管道；8-第四管道；9-第五管道；10-搅拌桨；11-排泥槽；12-u型进水槽；13-细管；14-隔板；15-中部溢流堰；16-末端溢流堰；17-排水口；18-井盖；19-爬梯。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚的了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下通过本发明的较佳实施例进行详细说明。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，包括收集池1、反应池2、初级沉淀池3和二次沉淀池4；所述收集池1、反应池2、初级沉淀池3和二次沉淀池4依次从高到低设置，且收集池1与反应池2、反应池2与初级沉淀池3、初级沉淀池3和二次沉淀池4之间连通。

在实际使用时，首先采集预设定量的目标酸性废水，不断加入反应物并搅拌，直至水体的ph值提升至5-6，记录加入的反应物的量，经多次试验得到酸性废水与反应物配比。之后，通过收集池1对酸性废水进行收集，在反应池2中加入配比的反应物，经过反应和沉淀，显著提高了水体的ph值，降低了金属离子含量，再通过初级沉淀池和二次沉淀池的沉淀处理，有效改善了水质。

本发明结构灵活性强，操作方便，成本可控，充分利用自然高差，有效缓解了废弃矿山地区征地困难、平整地域缺乏的问题，可在用地紧张的废弃矿山地区加以推广。

实施例二：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在实施例一的基础上，所述的收集池1上设置有第一管道5、第二管道6、上盖板、井盖18和爬梯19；所述的第一管道5用于与酸性废水排放源连接，且其设置在收集池1侧壁的上部；所述上盖板设置在收集池1的上表面，所述井盖18设置在上盖板上；所述爬梯19固定连接在收集池1的内侧壁上；所述第二管道6用于与反应池2连通且其设置在收集池1与第一管道5相对的侧壁底部，第二管道6的出口高于反应池2的上表面。

进一步的，所述的收集池1的长、宽、高均不小于2.5m，壁厚不小于20cm，容积不小于2倍枯水期酸水日平均流量；所述的第一管道5为水平管；所述的第二管道6为有落差的管道；第一管道5和第二管道6上设置有阀门。

在实际使用时，收集池1布置在酸性废水排放源下游，体型为长方体型，当需要进行酸性废水处理时，打开第一管道5上的阀门、关闭第二管道6上的阀门，将酸性废水通过第一管道5引入收集池1，直至充满收集池1。收集池1的形状可以根据地形特点进行设计，但是，为了保证安全，收集池1的壁厚不小于20cm。

收集池1容积不小于2倍枯水期酸水日平均流量，集水池实际尺寸可在满足最小尺寸的前提下根据实际地形取定。

井盖18的设置，能够保证系统的使用安全。设置爬梯19，使得收集池1的维护和保养更加方便。

实施例三：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在实施例一的基础上，所述的反应池2上设置有第三管道7和搅拌桨10；所述第三管道7用于与初级沉淀池3连通，其设置在反应池2侧壁的下部；所述搅拌桨10固定连接在反应池2内下底面上。

进一步的，所述的反应池2上设置有顶板，顶板上设置有井盖18；反应池2内侧壁上固定连接有爬梯19；所述第三管道7上设置有阀门；所述的反应池2为圆筒状，其内径不小于2m，高度不小于2m，壁厚不小于20cm，容积不小于枯水期酸水日平均流量1/10；所述的搅拌桨10距离反应池底部不超过20cm，桨叶总长度为反应池内径的1/3-2/3，搅拌桨转速为500-1000r/min。

在实际使用时，当收集池1中的水充满后，打开收集池1上的第二管道6上的阀门，并关闭第三管道7上的阀门，直至反应池2内充满水，之后打开井盖18，投入配比的反应物，之后开启搅拌桨10开关进行搅拌，每隔5分钟测量一次反应池2内水的ph值，待ph值稳定在5-6以后，打开第三管道7上的阀门，让反应池2内的水在搅拌状态下携带沉淀全部流入初级沉淀池3。待反应池2内水排干后关闭第三管道7上的阀门及搅拌桨10的开关。

井盖18的设置不仅安全，而且加反应物也比较方便。

爬梯19的设置，方便反应池2的维护和保养。

第三管道7上设置阀门，能够方便的控制反应池2的进水和排水。

在具体应用时，反应池2可布置在收集池1下游一段距离相对宽敞的场地，二者水平距离不宜超过100m，以防管道水压力太大导致管道破裂。

反应池2其内径不小于2m，高度不小于2m，保证了酸性废水能够在其内部充分的反应。反应池2壁厚不小于20cm，确保其安全；容积不小于枯水期酸水日平均流量1/10，保证其一年四季均可进行酸性废水的正常处理。

实施例四：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在实施例一的基础上，所述的初级沉淀池3上部为矩形，下部为v形，v形的底部设置有排泥槽11；在v形与排泥槽11的衔接处的侧壁上设置有用于与二次沉淀池4连接的有落差的第四管道8，第四管道8的出口处连接有u型进水槽12；所述的第四管道8的出口处连接有u型进水槽12，u型进水槽12的底面设置有多个细管13，u型进水槽12通过细管13将初级沉淀池3的出水排入二次沉淀池4。

进一步的，所述的初级沉淀池3设置有顶板，顶板上设置有井盖18，初级沉淀池3的侧壁上固定连接有爬梯19；所述的第四管道8上设置有阀门：所述的u型进水槽12宽高为15-25cm，壁厚为0.5-1cm，且其长度比二次沉淀池4的宽度长10-20cm；u型进水槽12长度方向的底部两端固定在二次沉淀池侧壁上；u型进水槽12底部开有多个孔径为2-3cm用于连接管长为3-5cm细管13的通孔；相邻通孔中心间距为5-10cm。

在实际使用时，当反应池2处理完成后，打开第三管道7上的阀门，并关闭第四管道8上的阀门，将反应池2处理好的水排入初级沉淀池3，待初级沉淀池3水满后，静置0.5-1h，待大部分沉淀都集中到排泥槽11后，缓慢打开第四管道8上的阀门，将上清液排入二次沉淀池4。

在具体应用时，初级沉淀池3可布置在反应池2下游一段距离相对宽敞的场地，但初级沉淀池3进水口与反应池2出水口高差不易超过10m，以防管道水压力太大导致管道破裂。反应池2和初级沉淀池3可紧邻布置，这样可以节省空间。

初级沉淀池3的下部采用v形，本实施例中的v形的坡度为1:1，使得沉淀易于集中至排泥槽11中。设置u型进水槽12并在其上设置细管13，保证了水体平顺均匀流入二次沉淀池4。

实施例五：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在施例一的基础上：所述的二次沉淀池4靠近初级沉淀池3的一端上部设置有入水口，二次沉淀池4内沿竖直方向设置有多个隔板14，位于上游侧第一处隔板顶部与二次沉淀池边壁同高且其下端与二次沉淀池4池底有间隙，其余隔板14与二次沉淀池4的上下底面均有间隙；在相邻隔板14之间设置有溢流堰，在二次沉淀池4的侧壁下部设置有多个排水口17，在二次沉淀池4下游端的侧壁上设置有用于排水的第五管道9。

进一步的，所述的二次沉淀池4设置有顶板，所述顶板上设置有井盖18，二次沉淀池4的内侧壁上均匀的固定连接有爬梯19；所述第五管道9上设置有阀门；所述的隔板14的板厚不小于20cm，除位于上游侧第一处隔板外，其余隔板顶部沿水流方向按照5-10cm的高差不断降低；所有隔板14底部均与二次沉淀池4的底面间隙为10cm，隔板14的高度大于1m；所述的溢流堰高度均比与其上游侧紧邻隔板低5-10cm，所有溢流堰上游侧均为坡度为1:2-1:3的斜坡，堰顶为圆弧形且其半径为0.5-1m，平直段不小于0.5m；位于末端的末端溢流堰16的下游侧上部是坡度为1:2-1:3的斜坡，斜坡段水平距离介于0.5-1m，且其下游侧下部竖直设置；除末端溢流堰16外的中部溢流堰15下游侧竖直设置。

在具体应用时，二次沉淀池4进水口与初级沉淀池3出水口高差不易超过10m，以防管道水压力太大导致管道破裂。

隔板14和溢流堰采用本技术方案，使得二次沉淀的效果更好。

实施例六：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在施例一的基础上：所述初级沉淀池3的容积不小于反应池2容积的5倍。

在实际使用时，初级沉淀池3和反应池2的容积采用本技术方案，一方面保证了沉淀的效果，另一方面确保本酸性废水处理系统四季使用。

实施例七：

参照图1和图2所示的一种废弃矿山地区酸性废水处理系统，在施例一至实施例六的基础上：第一管道5起点位于酸性废水源头，终点位于收集池1上游侧顶部中央。第二管道6起点位于收集池1下游侧底部中央，终点位于反应池2上游侧顶部中央。第三管道7起点位于反应池2下游侧底部中央，终点位于初级沉淀池3上游侧顶部中央。第四管道8起点位于初级沉淀池3排泥槽11下游侧顶部上端中央，终点位于u型进水槽12顶部中央。第五管道9起点位于末端溢流堰16下游侧斜坡段底部与二次沉淀池4下游侧边壁交线中点处，终点可汇入现状河流。第一管道5、第二管道6、第三管道7、第四管道8和第五管道9的管径均介于10-15cm，第一管道5、第二管道6、第四管道8因具有一定长度，可铺设到地下一定深度，埋深为30-50cm。第一管道5、第二管道6、第三管道7、第四管道8和第五管道9上的阀门均设置在管道起始端。

除初级沉淀池3中的排泥槽11正上方段以及二次沉淀池4上游侧边壁至第一处隔板段外，收集池1、反应池2、初级沉淀池3和二次沉淀池4均有顶板，顶板厚不小于10cm，与边壁连为整体。收集池1、反应池2、初级沉淀池3顶板均在靠近下游边壁中央处预留检修洞口并安装井盖18，并在边壁安装检修爬梯19。反应池2还需在顶板中央预留下料洞口并安装井盖18。二次沉淀池4需在每一处隔板14上游侧靠近一侧边壁处预留检修洞口并安装井盖18，并在边壁安装检修爬梯19。

本发明中的所有装置均采用耐酸性材料，这样能够有效延长使用寿命。

实施例八：

一种废弃矿山地区酸性废水处理系统的酸性废水处理方法，包括如下步骤，

步骤一：采集部分目标酸性废水，不断加入反应物并搅拌，直至水体ph提升至5-6，多次试验得到酸性废水与反应物配比；

步骤二：打开第一管道5、第五管道9上的阀门，同时关闭第二管道6、第三管道7、第四管道8及二次沉淀池4底部排水口17的阀门，将酸性废水通过第一管道5引入收集池1，直至收集池1充满；

步骤三：打开第二管道6阀门，将酸性废水放入反应池2，充满后关闭第二管道6阀门；将根据步骤一得出的配比以及反应池2酸水体积计算所需反应物质量，通过反应池2上的井盖18加入；之后开启搅拌桨10进行搅拌，每隔预设时间测量一次ph值，待ph稳定在5-6以后，打开第三管道7阀门，让反应池2内的水在搅拌状态下携带沉淀全部流入初级沉淀池3，待反应池2内的水排干后关闭第三管道7上的阀门，并关闭搅拌桨10；

步骤四：重复步骤三，直至初级沉淀池3充满水后，静置0.5-1h，待初级沉淀池3中的沉淀集中到排泥槽11后，缓慢打开第四管道8上的阀门，将上清液排入二次沉淀池4。

步骤五：当初级沉淀池3水位降低至排泥槽11顶部后，观察沉淀累积情况，若沉淀已堆满排泥槽11，则从初级沉淀池3顶部将排泥泵放入排泥槽11，不断在排泥槽11中移动，通过排泥泵连接的排泥管将沉淀吸出；若沉淀较少，则重复步骤三、步骤四，直至沉淀堆满排泥槽11，再进行吸泥操作；

步骤六：重复步骤三至步骤五，当达到当日设计运行时间时，确保收集池1中酸性废水水位降低至池深一半以下后，分别关闭第二管道6、第三管道7、第四管道8上的阀门，将初级沉淀池3和二次沉淀池4未安装顶板区域进行遮挡，并放置警示牌，妥善放置排泥泵吸出的沉淀；

步骤七：当废弃矿山地区酸性废水处理系统运行10-15天后，检查二次沉淀池4底部沉淀累积情况，沉淀与隔板14底部同高时，打开二次沉淀池4底部排水口17，将水排干后进行人工清理；

步骤八：对排泥泵吸出的沉淀做无害化处理。

进一步的，所述的步骤一中的反应物为石灰石粉、生石灰粉或粉末状的氢氧化钙、金属氧化物、碳酸钙、盐类、碱类。

在实际使用过程中，当酸性废水处理系统正常运行以及天气状况正常的夜间未运行状态时，所有电源、第一管道5、第五管道9开关均处于打开状态；遇暴雨天气时，需关闭第一管道5阀门，同时将初级沉淀池3和二次沉淀池4未安装顶板区域进行遮挡，防止雨水大量进入。在未安装顶板区域必须进行遮挡，并放置警示牌，确保安全。

排泥泵吸出的沉淀需做无害化处理。

为了确保酸性废水的处理质量，所用的反应物即石灰石粉、生石灰粉或粉末状的氢氧化钙、金属氧化物、碳酸钙、盐类、碱类中的有效成分的含量需在60％以上，有效成分可以与酸性水体反应生成氢氧根离子降低水体ph，并与水体中铁离子等金属离子结合生成沉淀，改善酸性废水水质。具体选择还可根据当地实际情况，选择价格合理、料源充足、有效成分含量高的粉末状材料作为反应物。

综上所述，本发明可显著提高水体ph，降低金属离子含量，有效改善水质。结构灵活性强，操作方便，成本可控，充分利用自然高差，有效缓解了废弃矿山地区征地困难、平整地域缺乏的问题，可在用地紧张的废弃矿山地区加以推广。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

在不冲突的情况下，本领域的技术人员可以根据实际情况将上述各示例中相关的技术特征相互组合，以达到相应的技术效果，具体对于各种组合情况在此不一一赘述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖性特点相一致的最宽的范围。依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。