一种处理矿渣酸性废水的还原屏障及其应用

本发明涉及矿渣酸性废水污染防渗处理技术领域，尤其涉及一种处理矿渣酸性废水的还原屏障及其应用。

背景技术：

随着我国资源开发规模日益扩大，采矿、选矿工业以及金属加工业形成的尾矿堆、尾矿库、金属加工废料堆的数量不断增加，采矿废弃物形成的尾矿堆暴露在自然条件下，其中的硫化矿物不断氧化，产生酸性极强且含有大量重金属的渗滤液，即矿渣酸性废水。矿渣酸性废水对土壤和地下水环境造成严重污染。而传统的矿渣酸性废水处理方法如各种垫层构建的水力屏障，不仅材料受地理位置限制较大，且成本较高，不利于经济环保。

中国专利cn111592186a公开了一种矿渣中非金属污染源头控制屏障，包括依次设置的中和层、过滤缓冲层、污泥还原屏障层和污泥控制层；所述中和层包括粉煤灰，但该专利公开的控制屏障包括四层结构，结构复杂造成酸性废水的处理效率低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种处理矿渣酸性废水的还原屏障及其应用，本发明提供的还原屏障结构简单，处理后的水质达到了《地下水质量标准》(gb/t14848-2017)中要求的ⅱ类水质要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种处理矿渣酸性废水的还原屏障，包括调节层和层叠设置在所述调节层底部的还原层；

所述调节层的材料包括碱性吸附材料；所述还原层的材料包括活性污泥。

优选的，所述碱性吸附材料包括粉煤灰、高炉渣、火山灰和煤矸石中的一种或多种。

优选的，所述调节层的压实厚度为0.5～1cm。

优选的，所述碱性吸附材料的粒径为0.038～0.075mm。

优选的，所述还原层的压实厚度为0.5～2cm。

优选的，所述活性污泥的含水率为20～40％。

优选的，所述调节层和还原层的质量比为1：(5～10)。

本发明还提供了上述技术方案所述的处理矿渣酸性废水的还原屏障在矿渣酸性废水污染防渗中的应用。

优选的，所述矿渣和还原屏障中的调节层接触。

优选的，所述矿渣和还原屏障的质量比为(1.7～5)：1。

本发明提供了一种处理矿渣酸性废水的还原屏障，包括调节层和层叠设置在所述调节层底部的还原层；所述调节层的材料包括碱性吸附材料；所述还原层的材料包括活性污泥。在本发明中，碱性吸附材料作为调节层构建的原料，其中含有大量碱性物质以调节酸性废水的ph值至6.5～8.5，以保证后续还原处理时活性污泥中微生物的活性；活性污泥中微生物通过厌氧反应产生强烈的还原环境，从而对重金属离子实现固定作用。本发明通过调节层的碱性吸附材料和还原层的活性污泥协同作用，来调节ph值并且固定重金属，从而更加长期有效地固定和限制重金属污染物的扩散迁移，对矿渣酸性废水进行有效处理。而且，矿渣酸性废水仅需要经过调节层和还原层两层处理结构，废水的处理效率提高；由实施例的结果表明，本发明提供的处理矿渣酸性废水的还原屏障处理巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场所产生的酸性矿渣废水时，处理后的水达到了《地下水质量标准》要求的ⅱ类水质，此类水质中化学组分含量较低，可适用于各种用途。

而且，本发明提供的处理矿渣酸性废水的还原屏障选取的材料主要为废弃物，利用其构建的还原屏障用于处理矿渣酸性废水时，达到了以废治废的效果，同时具有成本费用低的特点。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的矿渣酸性废水还原屏障的剖面示意图；图中，1-矿渣，2-调节层，3-还原层，4-模拟雨水，5-处理后的水；

图2为本发明实施例1～3提供的矿渣酸性废水还原屏障的铜和锌的去除效果图。

具体实施方式

本发明提供了一种处理矿渣酸性废水的还原屏障，包括调节层和层叠设置在所述调节层底部的还原层；

所述调节层的材料包括碱性吸附材料；所述还原层的材料包括活性污泥。

本发明提供的还原屏障包括调节层，所述调节层由包括碱性吸附材料的原料构建得到，优选由碱性吸附材料构建得到；在本发明中，所述碱性吸附材料优选包括粉煤灰、高炉渣、火山灰和煤矸石中的一种或多种，更优选包括粉煤灰、高炉渣、火山灰；在本发明中当所述碱性吸附材料优选包括上述具体物质的两种以上时，本发明对所述具体物质的质量配比没有特殊要求。

在本发明中，所述碱性吸附材料的粒径优选为0.038～0.075mm。

在本发明中，所述调节层的压实厚度优选为0.5～1cm，更优选为0.65～0.8cm。

在本发明中，所述碱性吸附材料中含有大量碱性物质，可以调节酸性废水的ph值至6.5～8.5，以保证后续活性污泥层中微生物的活性。

本发明提供的还原屏障包括层叠设置在所述调节层底部的还原层，所述还原层由包括活性污泥的原料构建得到，优选由活性污泥构建得到；所述活性污泥的含水率优选为20～40％，更优选为25～35％；所述活性污泥的ph值优选为7.3～7.8；所述活性污泥中的重金属含量优选为0mg/l，所述活性污泥中的重金属优选包括铅离子、砷离子、锌离子和铜离子。在本发明的具体实施例中，所述活性污泥的来源为工业污水处理厂。

在本发明中，所述还原层的压实厚度优选为0.5～2cm，更优选为1～1.5cm。

在本发明中，所述活性污泥中的微生物通过厌氧反应所产生的强烈还原环境对酸性废水中的重金属离子实现固定作用。

在本发明中，所述调节层和还原层的质量比优选为1：(5～10)，更优选为1：(6～9)，最优选为1：(7～8.5)。

本发明通过调节层来调节矿渣酸性废水的ph值，并通过调节层和还原层的协同作用实现固定酸性废水中的重金属，从而更加长期有效地固定和限制重金属污染物的扩散迁移，对矿渣酸性废水进行有效处理。

在本发明中，所述处理矿渣酸性废水的还原屏障的施工过程优选为：依次将还原层原料和调节层原料自下而上平铺，并压实，形成还原层和调节层；最后填入矿渣。在本发明中，上述施工过程优选按照《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》(cjj113-2007)执行。

本发明还提供了上述技术方案所述的处理矿渣酸性废水的还原屏障在矿渣酸性废水污染防渗中的应用。

在本发明中，所述矿渣优选和还原屏障中的调节层接触；所述矿渣和还原屏障的质量比为(1.7～5)：1，更优选为(2.5～4.5)：1：，最优选为(3～4)：1。

在本发明中，当矿渣酸性废水产生后，会在自身重力的作用下依次经过调节层和还原层，当酸性矿渣废水经过调节层时，调节层中含有的碱性吸附材料调节酸性废水的ph，使废水的ph值达到适应程度，当废水经调节层进入还原层后，还原层中的活性污泥中的微生物通过厌氧反应所产生的强烈硫酸盐还原环境对酸性废水中的重金属离子实现固定作用。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，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1

按照《生活垃圾卫生填埋场防渗透系统工程技术规范》(cjj113-2007)的要求和图1所示结构，首先将100g工业污水处理厂含水率为20％的活性污泥，压实厚度为1cm，形成还原层，经测定，活性污泥的ph及重金属含量列于表2中；

然后在还原层上面设置调节层，调节层为粒径为0.038mm的粉煤灰，粉煤灰的质量为21.8g，压实厚度为1cm，然后将巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场的矿渣200g置于调节层上面。

处理前的巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场经去离子水冲刷产生的废水ph及重金属含量列于表1，还原屏障处理后废水ph及重金属含量检测列于表3。

表1巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场酸性废水

表2活性污泥的ph及重金属含量

实施例2

按照《生活垃圾卫生填埋场防渗透系统工程技术规范》(cjj113-2007)的要求和图1所示结构，首先将100g工业污水处理厂含水率为20％的活性污泥，压实厚度为1.5cm，形成还原层，经测定，活性污泥的ph及重金属含量列于表2中；

然后在还原层上面设置调节层，调节层为粒径为0.038mm的粉煤灰，粉煤灰的质量为21.8g，压实厚度为1cm，然后将巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场的矿渣200g置于调节层上面。

处理前的巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场经去离子水冲刷产生的废水ph及重金属含量列于表1，还原屏障处理后废水ph及重金属含量检测列于表3。

实施例3

按照《生活垃圾卫生填埋场防渗透系统工程技术规范》(cjj113-2007)的要求和图1所示结构，首先将100g工业污水处理厂含水率为20％的活性污泥，压实厚度为2cm，形成还原层，经测定，活性污泥的ph及重金属含量列于表2中；

然后在还原层上面设置调节层，调节层为粒径为0.038mm的粉煤灰，粉煤灰的质量为21.8g，压实厚度为1cm，然后将巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场的矿渣200g置于调节层上面。

处理前的巴彦淖尔市峪鑫铜矿尾矿堆场经去离子水冲刷产生的废水ph及重金属含量列于表1，还原屏障处理后废水ph及重金属含量检测列于表3。

表3为将实施例1～3设置的还原屏障处理后矿渣酸性废水后ph及重金属含量，为了更直观表示实施例1～3对重金属离子的去除效果，图2为实施例1～3中铜和锌的去除效果；由表3和图2可知，本发明提供的还原屏障经过调节层中和酸性后，废水进入到还原层中，这种状态下的污泥还原屏障不仅通过自身所具有吸附作用去除重金属离子，且会处于深度还原状态，其中会存在大量的厌氧微生物并产生强烈的硫酸盐还原反应，可以更有效的固定矿渣酸性废水中的重金属离子。经过本发明实施例1～3所构建的还原屏障处理后的矿渣酸性废水，压实厚度越低处理效果越佳，对重金属离子的固定效果几乎可达到100％，使最终渗入土壤及地下水的水质可达到ⅱ类水的水质。

表3还原屏障处理后废水ph及重金属含量检测

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。