一种流域性稀土矿区尾水渗滤处理耦合系统的制作方法

本发明属于环境污染治理技术领域，特别是涉及一种稀土开采过程中产生的中等氨氮、低COD流域性矿区尾水处理的系统。

背景技术：

稀土矿山尾水是一种稀土原地浸矿开采过程中由于浸矿液渗漏进入地下水，然后汇集进入矿区小流域地表水而产生的一类废水，其显著特征是：

(1)氨氮和硝态氮含量高，丰水期氨氮浓度为80mg/L—200mg/L、硝态氮浓度为30mg/L—40mg/L，枯水期氨氮浓度为120mg/L—290mg/L、硝态氮浓度为40mg/L—60mg/L，是生活污水中氨氮和硝态氮含量的5-10倍；

(2)有机碳含量很低，且基本上不含磷；

(3)水量大。

目前，目前中等氨氮废水处理工艺主要分为物理化学法和生物法两种。物理化学法包括：折点氯化法、磷酸铵镁沉淀法、选择性离子交换化法、膜渗透法等工艺，但由于稀土矿尾水是一种流域性工业废水具有大水量、持续性的特点，故药剂成本高且易形成二次污染的物理化学法并不适用。生物法主要包括：活性污泥法、生物膜法、曝气生物滤池等工艺，但传统的生物法工艺的采用连续式水底曝气的方法为微生物供氧，曝气成本高。且由于稀土矿尾水是一种低COD (小于10mg/l)为维持微生物的浓度和活性需要添加大量的有机碳源和碱度，从而大幅度增加了系统运行成本。

技术实现要素：

为了解决传统氨氮处理工艺运行成本高的问题，本发明提供一种稀流域性稀土矿区尾水渗滤处理耦合系统，该系统不但大幅度减少了系统的运行成本，而且无二次污染(污泥产生率低)、占地面积小、运营管理方便。

为了实现上述目的，本实用新型提供的技术方案是：一种流域性稀土矿区尾水渗滤处理耦合系统，该系统散水层、好氧硝化层、吸附层、通风层、加药层、厌氧反硝化层和集水排水层，其中，所述散水层中埋设散水管，所述好氧硝化层中埋设导流管，所述通风层中埋设通风管；所述加药层中埋设加药管；所述散水层和好氧硝化层之间设有穿过滤层的竖向导流管；同时散水层可用于池内气体排放；所述集水排水层中埋设有集水排水管，所述吸附层为兼性层，其中通过出水液位控制器控制，吸附层间歇充水，使吸附层处于兼性缺氧状态，填料上附着兼性菌，所述厌氧生物反应滤池为反硝化层，其中填料长期淹水，系统处于厌氧状态，填料上附着厌氧菌和反硝化菌，同时碳源与碱液通过加药管，为反硝化提供碳源。

作为优选的技术方案，所述散水层、通风层和集水排水层均由粒径为10～ 30mm的碎石组成。

在上述方案的基础上，进一步的，所述加药管与加药系统连接，由计量泵与进水泵联动控制，调整厌氧反硝化所需要的碳源和碱度。

作为优选的技术方案，所述散水管、加药管和导流管为直径50～160mm的 PVC-U管，其支管两侧和底部开有分布均匀的布水孔；所述通风管(10)为直径50～160mm的PVC-U管，其支管两侧开有分布均匀的通气孔；所述集水池排水管(13)为支管两侧开设集水孔的PVC-U管，排水管进口端敞口；总管出口抬高至850mm，连接流量调节阀。

在上述方案的基础上，进一步的，所述好氧生物渗滤单元附设有调温供氧装置，该调温供氧装置由中压风机和加热器组成，其中，所述中压风机的压力为 1600～2300Pa，其进风口与加热器连接，另一端敞口，敞口面积不小于中压风机进风口面积；所述加热器由多个加热管组合而成，根据供热面积调整加热管的数量。

作为优选的技术方案，所述好氧硝化层中设有好氧硝化层和通风层，好氧硝化层主要由河沙、活性炭和陶粒混合而成；所述好氧硝化层的饱和透水系数均为1.0×10-2～1.0×10-1cm/s。

同样的，作为优选的技术方案，所述好氧生物渗滤单元中设有吸附层附层主要由沸石和活性炭混合而成；所述吸附层水系数均为1.0×10-1～1.0×100cm/s。

进一步的，所述厌氧反硝化池由粒径为10～20mm的碎石为主填料，此外还包括体积比为25％～35％的谷壳和碳酸钙组成的附属填料。

根据权利要求1所述的流域性稀土矿区尾水渗滤处理耦合系统，其特征在于：所述集水排水区(14)20～40mm的卵石和碳酸钙填充，其中底部埋设集水排水管，通过支管开孔，收集至总管，总管后设置流量调节阀，调节进水在吸附层的停留时间。

本实用新型相对于现有技术的有益效果是：该系统由两级渗滤耦合单元组成，所述渗滤耦合单元自上而下由散水层、好氧硝化层、吸附层、通风层、加药层、厌氧反硝化层和集水层组成；所述散水层中埋设有散水管，所述散水层和好氧硝化层之间设有穿过防堵层的竖向导流管；所述通风层中埋设有布气管；所述加药层设有加药管；所述集水排水层中埋设有集水排水管；该系统不仅可以实现高效性除氨，而且原料来源丰富、耐久性强，较其它方法经济效益显著、占地面积较小、提高场地利用率；通过导流管、间歇式进水后风机供氧和气水反冲洗设置，有效的防止系统堵塞。

附图说明

图1是本实用新型的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本实用新型，但并不构成对本实用新型的限定。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种流域性稀土矿区尾水渗滤处理耦合系统，该系统散水层(1)、好氧硝化层(2)、吸附层(3)、通风层(4)、加药层(5)、厌氧反硝化层(6) 和集水排水层(7)组成。

其中，散水层(1)中埋设散水管(8)，好氧硝化层(2)中埋设导流管(9)，通风层(4)中埋设通风管(10)；加药层(5)中埋设加药管(11)；散水层(1) 和好氧硝化层(2)之间设有穿过滤层的竖向导流管(12)；同时散水层(1)可用于池内气体排放；所述集水排水层(7)中埋设有集水排水管(13)，吸附层 (3)为兼性层，其中通过出水液位控制器(14)控制，吸附层间歇充水，使吸附层(3)处于兼性缺氧状态，填料上附着兼性菌，所述厌氧生物反应滤池(6) 为反硝化层，其中填料长期淹水，系统处于厌氧状态，填料上附着厌氧菌和反硝化菌，同时碳源与碱液通过加药管，为反硝化提供碳源。

在本实施例中，散水层(1)、通风层(3)和集水排水层(7)均由粒径为10～ 30mm的碎石组成。

另外，为了调节酸碱度，加药管与加药系统连接，由计量泵与进水泵联动控制，调整厌氧反硝化所需要的碳源和碱度。

散水管(8)、加药管(11)和导流管(9)为直径50～160mm的PVC-U管，其支管两侧和底部开有分布均匀的布水孔；所述通风管(10)为直径50～160mm 的PVC-U管，其支管两侧开有分布均匀的通气孔；所述集水池排水管(13)为支管两侧开设集水孔的PVC-U管，排水管进口端敞口；总管出口抬高至850mm，连接流量调节阀。

好氧生物渗滤单元附设有调温供氧装置，该调温供氧装置由中压风机和加热器(15)组成，其中，所述中压风机的压力为1600～2300Pa，其进风口与加热器(15)连接，另一端敞口，敞口面积不小于中压风机进风口面积；加热器(15) 由多个加热管组合而成，根据供热面积调整加热管的数量。

好氧硝化层中设有好氧硝化层和通风层，好氧硝化层主要由河沙、活性炭和陶粒混合而成；所述好氧硝化层的饱和透水系数均为1.0×10-2～1.0×10-1cm/s。

好氧生物渗滤单元中设有吸附层(10)附层主要由沸石和活性炭混合而成；吸附层(10)水系数均为1.0×10-1～1.0×100cm/s。

厌氧反硝化池由粒径为10～20mm的碎石为主填料，此外还包括体积比为 25％～35％的谷壳和碳酸钙组成的附属填料。

集水排水区(14)20～40mm的卵石和碳酸钙填充，其中底部埋设集水排水管，通过支管开孔，收集至总管，总管后设置流量调节阀，调节进水在吸附层 (3)的停留时间。

废水首先由散水层进入由细填料和在填料之间生长的生物膜构成的好氧硝化层，在此层污水外下渗滤的过程中带正电铵根离子通过填料和生物膜的吸附作用，吸附在填料和生物膜上，待废水在好氧硝化层完全落干后，通过通风层间歇性通入足够的空气为硝化菌提供充足的氧，同时在底部的厌氧反硝化的反硝化反应产生足够二氧化碳为硝化反应和硝化菌的生长繁殖提供的无机碳源。经过好氧硝化层后废水中的氨氮转化为硝态氮和亚硝态氮，进入吸附层。

吸附层位于通风下部，水位通过阀门控制实现动态淹水，其主要作用有两点：

由于硝化是一个产酸过程，所以一般情况下好氧硝化层的底部通常呈现酸性，影响硝化菌的活性，而反硝化恰好相反是一个产碱过程。通过动态淹水能够中和好氧硝化层的底部的氢离子保证好氧硝化层底部的生物活性。

由于动态淹水属于兼氧环境，未完全氧化的亚硝态氮在此层发生短程反硝化作用生产氮气实现低成本脱氮。最后富含硝态氮的废水进入厌氧反硝化层，厌氧反硝化层位于加药层下部属于淹水层,硝态进入厌氧反硝化层后与加药层加入的有机碳源充分混合停留一段时间，废水中的硝态氮通过反硝化作用转化为氮气最终实现低成本、高效率脱氮。

本发明相比传统工艺的成本优势主要体现在一下方面：

在供氧模式方面：双级渗滤耦合技术采用落干期短时通风供氧模式，即待硝化层废水落干后通过低压风机鼓入空气的方式将氧气直接传导至附着生长在滤料表面的生物膜，相比传统工艺的连续式深水曝气，本系统曝气成本和氧气传导利用方面更具经济优势。

在硝化菌活性维持方面：由于硝化菌为自养菌需要无机碳源，双级渗滤耦合技术使硝化作用和反硝作用，利用反硝化反应为硝化菌的繁殖生长持续性提供无机碳源和碱度，保证了硝化菌的浓度和活性，减少了有机碳源和碱度的成本投入。

与活性污泥法和曝气生物滤池比较，渗滤耦合系统间歇短时微动力通风供氧，硝化作用的O2和CO2利用率高，不仅电耗低，而且大大减少碳源添加量。

双级渗滤耦合技术与生物滤池相比，选用比表面积更大滤料作为生物载体，单位体积滤料表面形成更多生物膜结构。相比传统活性污泥法的菌胶团结构，减少了有机物和其他营养物质的投加量。并且无污泥排放，减少了污泥处理成本。

在抗冲击负荷方面：双级渗滤耦合技术由两级高负荷渗滤系统串联而成。龙南关西矿点小试的实验数据表明单级渗滤耦合系统最高能够去除160mg/L的氨氮，两级串联工艺能够完全保证在水量和氨氮浓度波动的情况下出水稳定达标排放。

在低温条件下处理效果保障方面：由于硝化菌的最佳温度为20—32℃左右，在温度低于5℃时硝化反应基本停止。因此在低温条件下保证系统硝化菌活性尤为重要。双级高负荷渗滤耦合工艺采用地埋式结构保温效果好，其次在冬天低温情况下，通风供氧系统会自动调节通风温度，使得生物膜能够维持较高活性。

在日常管理维护方面：双级渗滤耦合技术的主要设备为水泵、低压风机，且均为短时工作制，设备故障率很低，结构稳定性强无需更换。系统全自动运行，日常管理维护工作强度很低，大大减少了维护成本。

以上结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但本实用新型不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本实用新型的保护范围内。