一种废弃矿山酸性废水的处理装置及其处理方法

本发明涉及矿山废水处理，具体涉及一种废弃矿山酸性废水的处理装置及其处理方法。

背景技术：

1、煤炭和金属等矿产资源开采过程中,由于所含硫化物矿物的氧化,能够产生大量的酸性废水。酸性矿山废水(amd)不仅包括酸性矿井水,还包括酸性的露天采场废水、矸石山和尾矿堆淋滤水等。酸性矿山废水是目前较难处理的工业废水之一,其排放量巨大,成分复杂,通常含有高浓度的硫酸盐,以及重金属离子,对环境与人体危害性大。酸性矿山废水会对矿业生产、生态环境造成负面影响,是采矿业面临的最严重的环境污染之一。

2、在酸性矿山废水治理过程中，通常采用向水中投加碱性物质的方法进行中和处理。通常将ca(oh)2或naoh溶于水后进行投加。采用naoh处理时，反应速度快，处理效率高，但存在药剂费用高，当废水中悬浮物含量低时，二沉池表面负荷低，需增加二沉池面积满足使用要求。采用ca(oh)2作为反应药剂时，由于其溶解度较低，通常须以悬浮液形式进行投加，以减少投加的溶液的投加量，投入的悬浮液中含有大量的ca(oh)2微粒，遇酸后反应剧烈，ca2+与so42-在其表面浓度大幅上升，易生成caso4结晶，阻隔酸碱反应的持续进行，增加ca(oh)2的使用量，提高处理成本。

3、现有采用caco3作为反应介质进行处理方法中，主要有采用高耗能的膨胀滤池及低耗能的被动处理工艺。采用天然碳酸盐岩矿石粉碎，具有反应材料价格低的优势，但也存在各自的缺点。膨胀滤池中废水须采用较高的水流速度对caco3颗粒形成顶托，使其处于微膨胀状态，颗粒间产生摩擦，不断促进表面更新提高反应效率，废水选用较高的水流速度，需较高的水压和流量，造成能耗的大幅上升；采用被动处理工艺，caco3颗粒呈静止状态，酸性废水流过其表面产生水岩反应，由于缺少了摩擦，造成颗粒表面不能进行更新，一定时间后，其表面会产生结垢现象，阻隔反应的持续进行。选用含钙碱性物资作为中和剂进行酸性矿山废水处理，常由于酸性矿山废水具有低ph、高含铁量、高硫酸盐等特征，造成管道、池体出现大量caso4结垢现象。为此，本技术主要针对上述缺点进行了优化，提供一种新的针对ph≤4.5，fe2+≥100mg/l，mn2+≤3mg/l，ca2+与so42-浓度积接近于溶度积常数的废弃矿山酸性废水处理方法。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种废弃矿山酸性废水的处理装置及其处理方法，在反应过程中提供结晶所需的晶核，促进过饱和溶液在该区域的结晶形成，减少其他区域的结晶体形成。

2、为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种废弃矿山酸性废水的处理装置，包括浸泡池、反应池、沉淀池、过滤池及人工湿地，所述反应池由反应区、分隔板、调节板、结晶区及泥斗区组成，泥斗区内设有进水管和排泥管一；反应区内设有曝气管和与浸泡池连接的粉浆投加管一；所述沉淀池由配水管渠、沉淀区和污泥斗组成，配水管渠由连接渠、中心管、反射板和与浸泡池连接的粉浆投加管二组成，污泥斗设有排泥管二，沉淀区和结晶区均放置结晶填料；所述过滤池由配水槽、过滤层及出水槽组成；所述人工湿地由配水区、湿地植物、湿地填料及排水管组成。

4、进一步，所述过滤层包括上部铺设的有机质颗粒层，有机质颗粒≤3mm，铺设高度20～30cm；下部为石灰岩颗粒层，石灰岩颗粒的颗粒粒径为0.5～2mm，铺设高度5～10cm。

5、进一步，湿地填料的上方为5cm的水层，湿地填料总高为40～60cm，下部为15～25cm厚，粒径25mm的石灰岩碎石承托层，排水管布于其中；中部为10～15cm厚，粒径为15～25mm的石灰岩碎石层；上部为15～20cm厚，粒径5～15mm的石灰岩颗粒层，湿地填料表面抛洒占上部石灰岩颗粒层重量1～3％的锰砂，锰砂粒径为0.5～1mm。

6、进一步，曝气管的排气孔位于反应区的下沿，曝气管呈并联多排穿孔管形式。

7、进一步，所述结晶填料附着大量caso4晶须。

8、一种废弃矿山酸性废水的处理方法，包括以下步骤：

9、s1、浸泡池倒入颗粒直径小于100目的石灰岩微粒，按质量比1:5～1:10的比例加水搅匀进行浸泡，浸泡时间不小于2小时，浸泡与投加过程中须持续搅拌，使粉浆组成均匀稳定；

10、s2、将矿山废水通过进水管引入泥斗区上部，进水管的出水口指向泥斗区最低处，曝气管进行曝气，浸泡池内的石灰岩粉浆经粉浆投加管一投加入反应区；

11、s3、经反应池净化后的废水由连接渠送至沉淀池的中心管内，浸泡池内的石灰岩粉浆经粉浆投加管二投加入沉淀池；

12、s4、经沉淀区后的处理水在配水槽内通过溢流方式进入到过滤池内，过滤池采用上进水下排水的方式，处理水依次经过有机质颗粒层、石灰岩颗粒层进行过滤；

13、s5、将过滤后的处理水由配水区导入至人工湿地表面，人工湿地采用上进水下排水的方式，湿地植物、湿地填料对处理水进行处理即可。

14、本发明的工作原理：

15、本方案s1将颗粒直径小于100目的石灰岩微粒倒入浸泡池中，按质量比1:5～1:10比例加水搅匀进行浸泡，浸泡时间不小于2小时，浸泡与投加过程中须持续搅拌，使粉浆组成均匀稳定。

16、s2中浸泡池内的石灰岩粉浆经粉浆投加管一投加入反应区，将酸性矿山废水通过进水管引入反应池污泥斗区上部，进水管的出水口指向污泥斗区最低处，利用进水对污泥斗内污泥进行扰动、冲刷，增加颗粒间的摩擦，促进其表面更新，提高石灰岩粉浆的反应效率，有助于沉泥中可反应微粒重新悬浮进入反应区；曝气管的排气孔位于反应区下沿，呈并联多排穿孔管形式，供应的氧气可促进水中fe2+向fe3+的转化，吹脱co2，还对反应区内的石灰岩粉等悬浮颗粒进行搅拌，使颗粒处于悬浮状态，增加颗粒间摩擦，促进颗粒表面的更新，提高颗粒反应效率。

17、石灰岩粉浆经粉浆投加管一投加，投加后即在曝气管释放出的气体的搅拌下进行中和反应，提高废水ph，促进fe2+向fe3+转化，在使fe3+完成向fe(oh)3的转化，形成可沉物质，同时，石灰岩溶解，产生大量ca2+溶于水中，易使ca2+与废水中的so42+形成caso4结晶。由于废弃矿山废水中ss(固体悬浮物浓度)含量较低，反应生成的fe(oh)3微粒较小，颗粒分散，沉降速度慢，投加的石灰岩微粒除可作为反应物提高废水ph外，还可通过过量投加作为凝结核或悬浮物促进fe(oh)3絮体的生成，增加絮体密度，提高絮体沉降速度。

18、反应区与结晶区中部有分隔板分隔，由于反应区内气体呈向上运动形式，带动水流产生循环，使结晶区内的水流呈下降流，使反应区内的废水进入结晶区，由于废水中ca2+的大幅提高，超过了ca2+与so42-的溶度积，使caso4结晶极易形成，利用结晶区内设置的表面附着大量caso4晶须的结晶填料，促进新生成的caso4结晶在其表面形成，减缓其他区域的结晶形成，反应区与结晶区循环水量可通过分隔板上方的调节板对过水断面面积加以调节，实现对结晶区内水流速度的控制。结晶填料表面形成的结晶可敲打脱落后重新使用。本反应池实现了反应区内酸碱中和反应的快速进行，结晶区内水流搅动程度下降，有利于晶体的形成与增长。

19、s3中经反应池净化后的废水由连接渠送至沉淀池的中心管内，此时废水中含有大量fe(oh)3胶体，甚至还有部分fe3+，浸泡池内的石灰岩粉浆经粉浆投加管二投加入沉淀池，石灰岩粉浆可促进fe3+的水解及fe(oh)3絮体形成，并提高fe(oh)3絮体的密度，有利于fe(oh)3絮体形成沉淀，经连接渠及中心管混合后，在沉淀池内污泥斗上方排出，为避免沉淀池进水对斗底污泥产生冲击，在中心管出口处设置反射板，强迫沉淀池进水转为向上流动，避免对斗底造成扰动。经中心管流出的水向上进入沉淀区，在沉淀区内设置有表面附着大量caso4晶须的结晶填料，促进新生成的caso4结晶在其表面形成，减缓其他区域的结晶形成；经沉淀区后的处理水外排进入过滤池。

20、s4中经过沉淀池的处理水中所含悬浮固体物质量已大幅减少，少部分细小微粒随处理水进入过滤池，过滤池采用上进下出形式，处理水在配水槽通过溢流方式进入过滤层上部水层，减少水流对下部滤料冲击；经上部水层稳流后的处理水穿过由有机质层(木屑、秸秆、酒糟等)和石灰岩颗粒组成的滤料区，上部有机质层初期通过有机颗粒间的微孔进行过滤拦截，后期由于有机质腐烂产生带负电荷微粒，利于正电荷fe(oh)3微粒凝聚变大，进而强化了对悬浮物的去除，下部石灰岩颗粒区主要其承托作用，还可持续提高处理水的ph，满足排水ph要求。还可截留水中的硫酸钙微粒，促进硫酸钙过饱和溶液中结晶的持续生成，出现板结后，可取出更换或取出破碎后重新使用。

21、s5中人工湿地处理水采用上进下出形式流动，处理水由配水区导入至湿地表面，湿地植物对前端因木屑等有机物质腐烂产生的有机物、氨氮等进行吸收、净化，同时起到美观作用；湿地填料以石灰岩颗粒为主，表层辅以少量锰砂颗粒，持续对水质进行净化，废水mn2+含量较低，前端去除量较少，进入湿地后，由于湿地填料表面mno2的催化氧化作用及微生物的氧化作用，使水中mn2+氧化为mno2微粒，被拦截于湿地填料中而被去除，使酸性矿山废水达到相应要求。

22、本发明的有益效果：

23、1、通过采用富含碳酸钙的石灰岩作为反应介质，保证了酸碱中和过程的持续进行，反应产物中有大量ca2+溶解进入水中，会与水中原有的so42-形成过饱和溶液后生成caso4结晶，不加控制的结晶体会大量出现在管壁、池壁，造成池容减少、管道堵塞，增加结晶填料后，使大量结晶生长在预定部位，减缓其他部位的结晶影响。

24、2、系统动力设备较少，主反应区域内主要动力设备为鼓风机，无回流等设备；

25、3、系统管理简单，反应器控制要点主要为ph及溶解氧含量，检测速度快；

26、4、采用定期排泥，泥中fe含量高，可回收利用；

27、5、过滤池不设反洗装置，过滤层厚度较小，在阻力过高后，优先采取人工翻捣方式进行疏通，效果不佳后，可将过滤层翻出后重新更换，翻出的过滤材料可根据矿井废水中有毒有害物质含量选择干化后就地填埋或外运处置；

28、6、较常规被动处理系统而言，大幅降低了占地面积，避免了常规被动处理填料层包裹结垢、板结的弊端；较常规主动处理系统而言，药剂、动力费用得到大幅降低，管理难度小，可在交通不便的区域开展治理工作。