一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统和方法与流程

本发明涉及一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统和方法，属于土壤污染处理技术领域。

技术背景

酸性渗滤液是含硫尾矿与空气中氧气持续反应，在雨水作用下形成硫酸，致使尾矿渗滤液ph呈酸性（ph=2-4）：

。

同时酸性渗滤液会使尾矿中其他伴生金属溶出，如cu、mn、cr、pb等，对下游环境造成污染。利用碱性溶液处理尾矿不仅有中和酸性渗滤液的作用，还可以与已酸浸出的金属离子反应生成沉淀，降低重金属污染。反应机理为：

矿山尾矿一直都是难处理的问题之一，是引发重大环境问题的污染源，其突出表现在侵占土地、植被破坏、土地退化、沙漠化以及粉尘污染、水体污染等。目前在尾矿场的处理尤其是酸性尾矿场的酸性渗滤液问题上尚未有普遍认可且较为理想的方法。现在应用普遍的处理方法主要有覆土造田、异位处理或者用尾矿开发建筑材料，但是这些方法对酸性尾矿场的渗滤液问题和水体污染的防治效果欠佳，而且异位处理成本高，因此寻找一种高效低费的原位处理方法就成为当务之急。

目前处理酸性尾矿场库的酸性渗滤液问题，主要是铺设中和渣或者人工土，又或者是用碱性物质与酸性矿场土壤混合翻耕，然后通过种植植被进行处理，例如一种强酸性尾矿场库的生态修复方法（cn107347402a）、一种强酸性尾矿场库不覆土植被恢复的方法（cn104624620b）、一种营养型烟田土壤酸化改良剂配方及其使用方法（cn104893733a），但这些方法对于碱性混合物的用量不好确定，而且只能暂时的控制表面尾矿土壤的酸化问题，不能长久的控制下层土壤的酸化问题，不能解决地下水的酸化以及重金属污染问题。为此，研发一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的方法及系统是非常必要的。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题及不足，本发明提供一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统和方法。本发明通过以下技术方案实现。

一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统，包括储液池1、管道系统和碱性处理液浇灌装置；所述管道系统包括主阀门3、主管道4、支管道5和支阀门6，所述碱性处理液浇灌装置包括套管7、浇灌管8、第一铰接座9、第二铰接座10、第一活动架11、第二活动架12、给液室13、台座14、滑柱15、滑套16、绳索收卷装置17、上端盖18、下端盖19、锥台20、绳索连接位21、脚踏板22、锥形破土架23和锥形破土头24；

所述储液池1通过泵连接主管道4，主管道4上设有若干支管道5，每个支管道5管道连接每个碱性处理液浇灌装置；每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区中心，主管道4上设有主阀门3，每个支管道5上均设有支阀门6；

所述套管7顶部设有上端盖18，套管7底部设有下端盖19，下端盖19上设有锥形破土架23，套管7内部设有浇灌管8，浇灌管8和套管7上均设有出液孔，上端盖18上部设有给液室13，每个给液室13管道连接支管道5，给液室13底部连通套管7中的浇灌管8顶部，给液室13顶部设有台座14，台座14顶部设有滑柱15，滑柱15上设有延着滑柱15上下移动的滑套16，滑套16通过绳索连接绳索收卷装置17；套管7管表面通过四个均匀分布的第一铰接座9设有四个第一活动架11，套管7管表面的第一铰接座9底部通过四个均匀分布的第二铰接座10设有四个第二活动架12，第一活动架11和第二活动架12为分层、错位的布设结构，第一活动架11和第二活动架12内部均设有软管，第一活动架11和第二活动架12外部底部设有绳索连接位21，每个绳索连接位21通过绳索固定连接滑套16，当碱性处理液浇灌装置工作时，第一活动架11和第二活动架12均与套管7水平设置，第一活动架11和第二活动架12内部的软管端头部与套管7上出液孔连通；上端盖18上设有脚踏板22，第一活动架11和第二活动架12底部均设有锥形破土头24。

所述主管道4、支管道5均为fpr管，主管道4直径为30~50cm，支管道5直径为20~30cm。

所述套管7、浇灌管8均为pvc管，pvc管长度为50cm以上，pvc管的直径为10~15cm，出液孔微孔的孔径为3~5cm，同一列的上下两相邻浇灌微孔之间的间距为5~10cm。

所述支阀门6为电磁阀时，碱性处理液浇灌装置还包括控制装置，控制装置包括控制器和土壤ph传感器，每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区地下40~60cm处设有土壤ph传感器，土壤ph传感器、电磁阀均与控制器连接。

一种原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统的应用方法，其包括以下步骤：

步骤1、先对待处理的酸性尾矿场库进行平整，再将其划分成若干个边长为0.5~1.5m的正方形的土壤小区，将划分好的正方形的土壤小区中心距地表为0.5m以上竖直埋入碱性处理液浇灌装置；

步骤2、将储液池1中的氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液通过管道系统输送给碱性处理液浇灌装置进行中和处理，直至土壤小区ph值为6~8。

所述步骤2中氢氧化钠溶液和/或氢氧化钾溶液浓度为0.0001~0.01mol/l。

该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统的工作原理为：

碱性处理液浇灌装置埋设时，从土壤小区2中心竖直插入土层中；中和处理前，先通过绳索收卷装置17对绳索进行收卷，使滑套16在滑柱15上向上滑动，滑动过程中带动滑套16侧面的绳索，使第一活动架11、第二活动架12逐渐被拉起，直至第一活动架11、第二活动架12呈水平状，第一活动架11、第二活动架12移动期间，锥台20起到破土作用，利于第一活动架11、第二活动架12移动，即碱性处理液浇灌装置呈打开状态；

当土壤ph传感器检测到土壤ph值小于6时，对应的电磁阀开启，碱性处理液经支管道5、进液口进入给液室13，再经浇灌管8，一部分碱性处理液由浇灌管8侧面的出液孔流出，对浇灌管8附近的土壤进行处理，另一部分碱性处理液从第一活动架11、第二活动架12中的软管出口流出，增加碱性处理液处理覆盖范围，使土壤小区2得到均匀处理；

当土壤ph传感器检测到土壤ph值处于6~8之间时，控制装置控制对应的电磁阀关闭，即可。

本发明的有益效果是：

1、本发明方法采用将酸性尾矿场库划分正方形土壤小区的方式，然后利用碱性处理液通过灌注来对各个土壤小区的酸性渗滤液进行处理，不仅起到保障整个酸性尾矿场库均衡、稳定处理效果的作用，而且中和反应不产生沉淀，与金属离子的反应也只产生较少沉淀，不会在土壤中产生额外的污染负担，并且能够使土壤原位、连续修复，具有保持受污染土壤酸碱度的持续稳定、处理效果好的优点，避免了土壤酸化常规异位处理成本高的问题；同时，本发明的方法还具有防止堵塞管道和开孔的功效，维持设备的持续正常运行；并且中和反应放热还能够对土壤起到杀菌作用；

2、本发明方法的碱性处理液成本低、来源广，工艺流程操作简单，处理费用低；本发明方法还有利于土壤酸化的长期治理，防止尾矿中的伴生金属溶出，污染地下水体；

3、本发明系统只需要将碱性处理液浇灌埋入土壤小区中，并接入管道系统，即可连续对酸性尾矿场库进行处理，具有持续稳定、处理效果好、操作方便地优点；

4、管道系统使用fpr材质，具有质轻而硬、不导电、机械强度高、回收利用少、耐腐蚀的优点；而pvc管具有表面硬度和抗拉强度优，管道安全系数高，抗老化性好，对无机酸、碱、盐类耐腐蚀性能优良，特别适用于碱性处理液；

5、本发明系统在土壤下设置土壤ph传感器，当土壤ph值小于6时，控制装置控制对应的电磁阀开启，碱性处理液进行自动灌注，当ph值处于6~8时，自动停止灌注，从而自动化运行。同时降低了土壤酸化常规异位处理的成本问题。

6、本发明系统的碱性处理液浇灌装置的第一活动架、第二活动架能够升起打开，第一活动架与第二活动架之间分层、错位的布设结构，同时第一活动架、第二活动架以浇灌微孔为中心呈向土壤小区边缘放射状样式排列，使碱性处理液通过浇灌管的浇灌微孔、第一活动架的软管的浇灌微孔、第二活动架的软管的浇灌微孔对土壤小区内的范围均衡灌注，具有覆盖面广地优点，有效减少灌注死角；

7、碱性处理液浇灌装置打开时，只需要通过绳索收卷装置配合滑套升起，滑套侧面的绳索带动第一活动架、第二活动架升起，即可省力、快速完成处理前的准备工作；锥台起到利于第一活动架、第二活动架在升起过程中破土的作用，大大降低操作难度；碱性处理液浇灌装置还具有操作方便地优点。

附图说明

图1是本发明系统俯视结构示意图；

图2是本发明碱性处理液浇灌装置的结构示意图；

图3是本发明套管结构示意图；

图4是本发明第一活动架、第二活动架升起后的使用状态俯视结构示意图。

图中：1-储液池，2-土壤小区，3-主阀门，4-主管道，5-支管道，6-支阀门，7-套管，8-浇灌管，9-第一铰接座，10-第二铰接座，11-第一活动架，12-第二活动架，13-给液室，14-台座，15-滑柱，16-滑套，17-绳索收卷装置，18-上端盖，19-下端盖，20-锥台，21-绳索连接位，22-脚踏板，23-锥形破土架，24-锥形破土头。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。

实施例1

如图1至4所示，该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统，包括储液池1、管道系统和碱性处理液浇灌装置；所述管道系统包括主阀门3、主管道4、支管道5和支阀门6，所述碱性处理液浇灌装置包括套管7、浇灌管8、第一铰接座9、第二铰接座10、第一活动架11、第二活动架12、给液室13、台座14、滑柱15、滑套16、绳索收卷装置17、上端盖18、下端盖19、锥台20、绳索连接位21、脚踏板22、锥形破土架23和锥形破土头24；

所述储液池1通过泵连接主管道4，主管道4上设有若干支管道5，每个支管道5管道连接每个碱性处理液浇灌装置；每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区中心，主管道4上设有主阀门3，每个支管道5上均设有支阀门6；

所述套管7顶部设有上端盖18，套管7底部设有下端盖19，下端盖19上设有锥形破土架23，套管7内部设有浇灌管8，浇灌管8和套管7上均设有出液孔，上端盖18上部设有给液室13，每个给液室13管道连接支管道5，给液室13底部连通套管7中的浇灌管8顶部，给液室13顶部设有台座14，台座14顶部设有滑柱15，滑柱15上设有延着滑柱15上下移动的滑套16，滑套16通过绳索连接绳索收卷装置17；套管7管表面通过四个均匀分布的第一铰接座9设有四个第一活动架11，套管7管表面的第一铰接座9底部通过四个均匀分布的第二铰接座10设有四个第二活动架12，第一活动架11和第二活动架12为分层、错位的布设结构，第一活动架11和第二活动架12内部均设有软管，第一活动架11和第二活动架12外部底部设有绳索连接位21，每个绳索连接位21通过绳索固定连接滑套16，当碱性处理液浇灌装置工作时，第一活动架11和第二活动架12均与套管7水平设置，第一活动架11和第二活动架12内部的软管端头部与套管7上出液孔连通；上端盖18上设有脚踏板22，第一活动架11和第二活动架12底部均设有锥形破土头24。

其中主管道4、支管道5均为fpr管，主管道4直径为30cm，支管道5直径为20cm；套管7、浇灌管8均为pvc管，pvc管长度为50cm，套管7pvc管的直径为12cm，浇灌管8pvc管的直径为10cm，出液孔微孔的孔径为3cm，同一列的上下两相邻浇灌微孔之间的间距为5cm。

所述支阀门6为电磁阀时，碱性处理液浇灌装置还包括控制装置，控制装置包括控制器和土壤ph传感器，每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区地下40~60cm处设有土壤ph传感器，土壤ph传感器、电磁阀均与控制器连接。

该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统的应用方法，其包括以下步骤：

步骤1、先对待处理的酸性尾矿场库进行平整，再将其划分成若干个边长为0.5m的正方形的土壤小区，将划分好的正方形的土壤小区中心距地表为0.5m竖直埋入碱性处理液浇灌装置；

步骤2、将储液池1中的氢氧化钠溶液通过管道系统输送给碱性处理液浇灌装置进行中和处理，直至土壤小区ph值为6~8，其中氢氧化钠溶液浓度为0.0001mol/l。

实施例2

如图1至4所示，该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统，包括储液池1、管道系统和碱性处理液浇灌装置；所述管道系统包括主阀门3、主管道4、支管道5和支阀门6，所述碱性处理液浇灌装置包括套管7、浇灌管8、第一铰接座9、第二铰接座10、第一活动架11、第二活动架12、给液室13、台座14、滑柱15、滑套16、绳索收卷装置17、上端盖18、下端盖19、锥台20、绳索连接位21、脚踏板22、锥形破土架23和锥形破土头24；

所述储液池1通过泵连接主管道4，主管道4上设有若干支管道5，每个支管道5管道连接每个碱性处理液浇灌装置；每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区中心，主管道4上设有主阀门3，每个支管道5上均设有支阀门6；

所述套管7顶部设有上端盖18，套管7底部设有下端盖19，下端盖19上设有锥形破土架23，套管7内部设有浇灌管8，浇灌管8和套管7上均设有出液孔，上端盖18上部设有给液室13，每个给液室13管道连接支管道5，给液室13底部连通套管7中的浇灌管8顶部，给液室13顶部设有台座14，台座14顶部设有滑柱15，滑柱15上设有延着滑柱15上下移动的滑套16，滑套16通过绳索连接绳索收卷装置17；套管7管表面通过四个均匀分布的第一铰接座9设有四个第一活动架11，套管7管表面的第一铰接座9底部通过四个均匀分布的第二铰接座10设有四个第二活动架12，第一活动架11和第二活动架12为分层、错位的布设结构，第一活动架11和第二活动架12内部均设有软管，第一活动架11和第二活动架12外部底部设有绳索连接位21，每个绳索连接位21通过绳索固定连接滑套16，当碱性处理液浇灌装置工作时，第一活动架11和第二活动架12均与套管7水平设置，第一活动架11和第二活动架12内部的软管端头部与套管7上出液孔连通；上端盖18上设有脚踏板22，第一活动架11和第二活动架12底部均设有锥形破土头24。

其中主管道4、支管道5均为fpr管，主管道4直径为40cm，支管道5直径为25cm；套管7、浇灌管8均为pvc管，pvc管长度为55cm，套管7pvc管的直径为15cm，浇灌管8pvc管的直径为12cm，出液孔微孔的孔径为4cm，同一列的上下两相邻浇灌微孔之间的间距为8cm。

所述支阀门6为电磁阀时，碱性处理液浇灌装置还包括控制装置，控制装置包括控制器和土壤ph传感器，每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区地下40~60cm处设有土壤ph传感器，土壤ph传感器、电磁阀均与控制器连接。

该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统的应用方法，其包括以下步骤：

步骤1、先对待处理的酸性尾矿场库进行平整，再将其划分成若干个边长为1.5m的正方形的土壤小区，将划分好的正方形的土壤小区中心距地表为0.8m竖直埋入碱性处理液浇灌装置；

步骤2、将储液池1中的氢氧化钾溶液通过管道系统输送给碱性处理液浇灌装置进行中和处理，直至土壤小区ph值为6~8，其中氢氧化钾溶液浓度为0.01mol/l。

实施例3

如图1至4所示，该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统，包括储液池1、管道系统和碱性处理液浇灌装置；所述管道系统包括主阀门3、主管道4、支管道5和支阀门6，所述碱性处理液浇灌装置包括套管7、浇灌管8、第一铰接座9、第二铰接座10、第一活动架11、第二活动架12、给液室13、台座14、滑柱15、滑套16、绳索收卷装置17、上端盖18、下端盖19、锥台20、绳索连接位21、脚踏板22、锥形破土架23和锥形破土头24；

所述储液池1通过泵连接主管道4，主管道4上设有若干支管道5，每个支管道5管道连接每个碱性处理液浇灌装置；每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区中心，主管道4上设有主阀门3，每个支管道5上均设有支阀门6；

所述套管7顶部设有上端盖18，套管7底部设有下端盖19，下端盖19上设有锥形破土架23，套管7内部设有浇灌管8，浇灌管8和套管7上均设有出液孔，上端盖18上部设有给液室13，每个给液室13管道连接支管道5，给液室13底部连通套管7中的浇灌管8顶部，给液室13顶部设有台座14，台座14顶部设有滑柱15，滑柱15上设有延着滑柱15上下移动的滑套16，滑套16通过绳索连接绳索收卷装置17；套管7管表面通过四个均匀分布的第一铰接座9设有四个第一活动架11，套管7管表面的第一铰接座9底部通过四个均匀分布的第二铰接座10设有四个第二活动架12，第一活动架11和第二活动架12为分层、错位的布设结构，第一活动架11和第二活动架12内部均设有软管，第一活动架11和第二活动架12外部底部设有绳索连接位21，每个绳索连接位21通过绳索固定连接滑套16，当碱性处理液浇灌装置工作时，第一活动架11和第二活动架12均与套管7水平设置，第一活动架11和第二活动架12内部的软管端头部与套管7上出液孔连通；上端盖18上设有脚踏板22，第一活动架11和第二活动架12底部均设有锥形破土头24。

其中主管道4、支管道5均为fpr管，主管道4直径为50cm，支管道5直径为30cm；套管7、浇灌管8均为pvc管，pvc管长度为60cm，套管7pvc管的直径为15cm，浇灌管8pvc管的直径为13cm，出液孔微孔的孔径为5cm，同一列的上下两相邻浇灌微孔之间的间距为10cm。

所述支阀门6为电磁阀时，碱性处理液浇灌装置还包括控制装置，控制装置包括控制器和土壤ph传感器，每个碱性处理液浇灌装置竖直埋入酸性尾矿场库划分好的正方形的土壤小区地下40~60cm处设有土壤ph传感器，土壤ph传感器、电磁阀均与控制器连接。

该原位连续中和酸性尾矿渗滤液的系统的应用方法，其包括以下步骤：

步骤1、先对待处理的酸性尾矿场库进行平整，再将其划分成若干个边长为1.2m的正方形的土壤小区，将划分好的正方形的土壤小区中心距地表为0.9m竖直埋入碱性处理液浇灌装置；

步骤2、将储液池1中的体积比为1:1的氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液通过管道系统输送给碱性处理液浇灌装置进行中和处理，直至土壤小区ph值为6~8，其中氢氧化钾溶液浓度为0.01mol/l，氢氧化钾溶液浓度为0.001mol/l。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。