CN112479465A

CN112479465A - 关闭钒矿酸性矿山废水处理装置及工艺

Info

Publication number: CN112479465A
Application number: CN202011490272.6A
Authority: CN
Inventors: 肖伟; 刘少杰; 雷应飞; 郭小伟; 李娜; 郭彩阳; 牛政; 王迎祥
Original assignee: Love Soil Engineering Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Love Soil Engineering Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2020-12-16
Filing date: 2020-12-16
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明提供了一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置及工艺，涉及废水处理的技术领域。一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置包括调节池，预处理池，深床离子反应池和污泥暂存池；所述调节池、所述预处理池和所述深床离子反应池依次连通；所述污泥暂存池分别与所述预处理池和所述深床离子反应池相连通，用于收集预处理池排出的污泥及深床离子反应池产生的废水。本发明还提供了采用上述装置进行关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺。该装置及工艺提供了完整的设备和流程连续进行废水处理，分步骤去除关闭钒矿酸性矿山废水中的超标物质，具有运行费用低、处理效率高、出水稳定达标和生态环保的特点。

Description

关闭钒矿酸性矿山废水处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及废水处理技术领域，尤其是涉及一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置及工艺。

背景技术

随着近些年环保形势的变化，在我国，尤其南方，关闭大量矿山，会遗留下诸多矿渣、矿坑和矿洞，在雨水的淋溶、浸泡及矿洞涌水等情况下，大量废水到处溢流排放，会造成下游河流、湖泊及农田等污染，并危害周边居民生活安全。而钒矿作为其中一种金属矿山，同样面临上述问题，该类废水具有pH较低，一般含有铁、镉、镍、锌、铜等多种重金属，成分复杂，分布较分散，治理难度大等特点。现有技术中，没有专门针对关闭钒矿酸性矿山废水连续处理的装置和工艺。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，旨在解决现有技术中没有连续处理关闭钒矿酸性矿山废水所需装置的问题。

本发明的第二目的在于提供一种关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，旨在连续处理关闭钒矿酸性矿山废水，且具有运行费用低、处理效率高、出水稳定达标和生态经济环保的特点。

为解决上述技术问题，本发明特采用如下技术方案：

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，包括调节池，预处理池，深床离子反应池和污泥暂存池；

所述调节池、所述预处理池和所述深床离子反应池依次连通；

所述污泥暂存池分别与所述预处理池和所述深床离子反应池相连通，用于收集预处理池排出的污泥及深床离子反应池产生的废水。

进一步地，所述预处理池设置有依次连通的前端反应区、后端沉淀区和集液槽；

优选地，所述后端沉淀区底部设有排污口。

进一步地，所述深床离子反应池包括一级深床离子反应池；

优选地，所述一级深床离子反应池内设置有依次连通的一级配水槽，一级反应槽和一级收集槽，所述一级配水槽与预处理池相连通。

进一步地，所述深床离子反应池还包括与所述一级深床离子反应池相连通的二级深床离子反应池；

进一步地，所述二级深床离子反应池内设置依次连通的二级配水槽，二级反应槽和二级收集槽，所述二级配水槽与所述一级收集槽相连通；

优选地，所述二级深床离子反应池内设置依次连通的二级反应槽和二级收集槽，所述二级反应槽与所述一级收集槽相连通。

根据本发明的另一个方面，本发明提供了一种关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，主要采用第一方面所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置对废水进行处理，所述调节池对待处理的关闭钒矿酸性矿山废水的水质、水量进行调节；所述预处理池对调节池的出水进行沉淀处理；所述深床离子反应池内设有反应填料，所述反应填料与预处理池的出水反应去除重金属离子；所述污泥暂存池收集预处理池排放的污泥和深床离子反应池中反应填料清洗产生的废水。

进一步地，在预处理池对调节池的出水进行沉淀处理时，前端反应区加入氧化剂使低价金属离子氧化成高价金属离子，反应时间为10～20min。进一步地，在预处理池对调节池的出水进行沉淀处理时，所述后端沉淀区对前端反应区生成的金属氧化物或氢氧化物进行沉淀以利于后续去除，在后端沉淀区水力停留时间不小于3h。

进一步地，所述反应填料包括第一反应填料、第二反应填料、第三反应填料和第四反应填料中的至少一种：所述第一反应填料主要由Ca、Si、S、O构成；所述第二反应填料主要由Mn、Si、Fe、S、Mg、O构成；所述第三反应填料主要由Mn、Fe、Al、O、H构成；所述第四反应填料主要由Si、Fe、Al、O构成。

进一步地，所述深床离子反应池内反应填料的反应时间不小于3h。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，根据关闭钒矿酸性矿山废水的特点，通过设置依次连通的调节池、预处理池、深床离子反应池连续处理酸性矿山废水，使出水达标排放。装置中还设有污泥暂存池用于收集装置处理废水过程中产生的淤泥和废水。该装置可连续处理废水，处理效率高；一个处理过程结束可直接进入下一过程，工艺稳定。

2.本发明提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，首先对酸性矿山废水的水质、水量进行调节后，再通过沉淀、截留去除金属氧化物或氢氧化物，最后去除剩余重金属离子，使得出水达到排放标准。该工艺处理过程连续，处理效率高，反应填料可循环使用，降低了运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为实施例1提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置；

图2为实施例1中第一种方案提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置；

图3为实施例1中第二种方案提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置；

图4为实施例1中第三种方案提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置。

图标：1-调节池；11-挡板；2-预处理池；21-前端反应区；211-第一穿孔；22-后端沉淀区；23-集液槽；3-深床离子反应池；31-一级深床离子反应池；311-一级配水槽；3111-第二穿孔；312-一级收集槽；3121-第三穿孔；313-一级反应槽；32-二级深床离子反应池；321-二级配水槽；3211-第四穿孔；322-二级收集槽；3221-第五穿孔；323-二级反应槽；4-污泥暂存池。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前治理钒矿酸性矿山废水的主要方法有物理处理法、化学处理法、物理化学处理法、生物法和矿物法等，其中，加碱中和沉淀法是应用最为广泛的。但是，加碱中和沉淀法存在如下问题：①前期建设投入大，设备运行过程中腐蚀快；②运行成本高，特别是药剂消耗量大；③实施难度大，废水溢流分散且位于山谷沟道内；④污泥产量大，易造成二次污染。因此，急需寻求一种高效节能、运行成本低、易于实施、处理效果好且无二次污染的新工艺或新方法。

鉴于现有通过加碱中和沉淀法处理酸性矿山废水工艺所存在的问题，本发明提出了一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，根据关闭钒矿酸性矿山废水的特点，设置有依次连通的调节池、预处理池和深床离子反应池用于连续处理酸性矿山废水，使出水达到排放标准。装置中还设有污泥暂存池由于收集过程中产生的淤泥和反应填料清洗产生的废水。该工艺可连续处理废水，处理效率高，工艺稳定；深床离子反应池的反应填料可循环使用，降低了运行成本。

实施例1

图1为本实施例提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置包括调节池1，预处理池2，深床离子反应池3和污泥暂存池4。

所述调节池1、所述预处理池2和所述深床离子反应池3依次连通；所述污泥暂存池4分别与所述预处理池2和所述深床离子反应池3相连通，用于收集预处理池2排出的污泥及深床离子反应池3排出的废水。

在本实施例中，关闭钒矿酸性矿山废水通过在调节池1进行水质水量调节后进入预处理池2。在预处理池2中进行沉淀，上清液输送至深床离子反应池3，深床离子反应池3内填充有反应填料，通过反应填料反应去除废水中剩余的重金属离子后排放。污泥暂存池4与预处理池2和深床离子反应池3连通，用于接收预处理池2底部的淤泥和深床离子反应池3内反应填料清洗产生的废水。

在本实施例中，关闭钒矿酸性矿山废水首先进入调节池1内进行水质和水量的调节。调节池1内设有挡板11，挡板11的底端与调节池底部之间设置有水流通道，挡板11设置于靠近入水口一侧，使入水先通过挡板11截流向下，再通过挡板11底部的水流通道流入调节池1其它部分。挡板11的作用是为了防止水流短流，使废水在调节池1内浓度和温度混合均匀。并且在满足所需要求后，向预处理池2输送。调节池1设置在整个装置的首端，作为进水的收纳体，不受废水流量大小和浓度变化的影响。调节池1还能对废水的水质进行调节，例如废水的pH值、水温进行调节，以满足后续工艺单元的工作需要。

需要说明的是，水流短流是指进入调节池1的水流，在调节池1内停留的时间并不相同。一部分水的停留时间小于设计停留时间，很快流出池外，另一部分水流则停留时间大于设计停留时间。这种停留时间不相同的现象称为短流。

预处理池2设置有前端反应区21、后端沉淀区22和集液槽23，所述前端反应区21和后端反应区之间通过第一穿孔211相连通。

在本实施例的一种优选实施方式中，第一穿孔211可采用穿孔花墙或者穿管花墙的形式。所述预处理池2中后端沉淀区22底部低于前端反应区21底部，使生成的沉淀易于在后端沉淀区22底部聚集，以利于后续集中排出。后端沉淀区22底部设有排污口，作为沉淀淤泥的排放口。集液槽23底部高于前端反应区21和后端沉淀区22的底部，主要用于收集预处理池2上层的清液。

预处理池2中集液槽23中的水流入深床离子反应池3。所述深床离子反应池3包括一级深床离子反应池31，所述一级深床离子反应池31内设置依次连通的一级配水槽311，一级反应槽313和一级收集槽312，所述一级配水槽311与预处理池2相连通。使预处理池2中的出水流入配水槽混合均匀。所述一级配水槽311与所述一级反应槽313通过第二穿孔3111连接，水流通过第二穿孔3111进入一级反应槽313内，一级反应槽313内填充有反应填料，反应填料通过反应进一步去除废水中的重金属离子。所述一级反应槽313和一级收集槽312通过第三穿孔3121连接，反应后的水流通过第三穿孔3121流入一级收集槽312，如图1所示，一级收集槽312内的水可以直接排放。

在本实施例的一种优选实施方式中，深床离子反应池3包括依次设置的一级深床离子反应池31和二级深床离子反应池32，一级深床离子反应池31和二级深床离子反应池32的构造和连接方式包括以下三种方案：

第一种方案，如图2所示，所述二级深床离子反应池32内设置依次连通的二级配水槽321，二级反应槽323和二级收集槽322，所述二级配水槽321与所述一级收集槽312相连通，使一级深床离子反应池31的出水进入二级深床离子反应池32的二级配水槽321。二级深床离子反应池32与一级深床离子反应池31构造相同，在此不再赘述。

第二种方案，所述二级深床离子反应池32内设置有依次连通的二级反应槽323和二级收集槽322，所述二级反应槽323与所述一级收集槽312相连通，如图3所示。本实施例提供的装置中其它部分结构及连接关系均与图2提供的装置相同，在此不再赘述。

第三种方案，所述深床离子反应池3包括一级深床离子反应池31和二级深床离子反应池32；如图4所示，所述一级深床离子反应池31内设置依次连通的一级配水槽311和一级反应槽313；所述二级深床离子反应池32内设置依次连通的二级配水槽321，二级反应槽323和二级收集槽322；所述二级配水槽321与所述一级反应槽313相连通。所述二级配水槽321与所述二级反应槽323通过第四穿孔3211相连通，所述二级反应槽323与所述二级收集槽322通过第五穿孔3221相连通。

在本实施例的一种优选实施方式中，调节池1，预处理池2和深床离子反应池3的出水口依次降低，保证关闭钒矿酸性矿山废水能够借助重力自流通过整个水处理装置。污泥暂存池4与预处理池2底部连通，用于收集预处理池2统一排放的污泥。污泥暂存池4也与深床离子反应池3中的出水口相连通，用于接收反应填料清洗产生的废水。与预处理池2类似，预处理池2排出(可通过排泥泵实现)的污泥在污泥暂存池内静置，也会相应地沉降，而实现分层—位于底部的底泥以及位于上层的上清液。

污泥暂存池4的上清液回至调节池1，浓缩底泥运至指点地点处置。其中，底泥排出可以进行减量化、干燥等处理，上清液可以排放或者返流至前述的调节池，用以对废水进行调节。

实施例2

本实施例提供了一种关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，该工艺包括：调节池对待处理的关闭钒矿酸性矿山废水的水质、水量进行调节；所述预处理池对调节池的出水进行沉淀处理；所述深床离子反应池内设有反应填料，对预处理池的出水反应去除重金属离子；所述污泥暂存池收集预处理池统一排放的污泥和深床离子反应池中填料清洗产生的废水。

关闭钒矿酸性矿山废水pH比较低，在2～4左右；其含有的重金属离子主要有铁、锌、锰、铜、镉等；重金属离子的含量为每升几毫克至几百毫克，也有高达数千毫克的情况，铁离子含量一般在每升数百毫克至数千毫克的范围。本工艺主要对废水中超标物质进行处理达到排放标准，从功能上而言，各处理水池至少具有下述功能和作用。

调节池用于接收包含待处理的酸性矿山废水。废水在调节池内进行水质和水量调节，使用释碱反应材料调节废水的pH值至4～5，该pH值利于后续重金属离子生成氧化物氢氧化物沉淀。调节池可设置加热装置和阀门对来对废水的温度和水量调节，在pH、温度和水流量达到要求后，向后续池输送。水量根据后续池的处理能力通过阀门来调节。作为调节进、出水流量的构筑物，调节池可以使管渠等正常工作，不受废水高峰流量、低谷流量或浓度变化的影响。

调节池的出水(主要是溢流)被输送至预处理池，并且在预处理池内的前端反应区加入氧化剂，氧化剂的加入量为0.3～1L/m³，氧化剂典型但非限制性的为氧气、氯气或高锰酸钾，氧化剂使低价金属离子氧化成高价金属离子，反应时间控制在10～20min。之后生成的氧化物或者氢氧化物进入后端沉淀区。通过沉淀作用对废水中在前端反应区生成的金属氧化物或氢氧化物沉降去除。

沉淀作用是指固体从液体中因密度差异而发生沉降，从而分离。在本实施例的一种优选实施方式中，使用絮凝剂将要去除的物质通过絮凝从液体中固化析出并沉降，絮凝剂典型但非限制性的为聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合氯化铁或聚合硫酸铁。该步骤控制水力停留时间不少于3h。而上层的水通过集液槽向下游输送，进入深床离子反应池。

深床离子反应池的反应填料用以接收并处理预处理池的出水。所述的反应填料包括四种，第一反应填料主要由Ca、Si、S、O构成，其反应机理为中和、沉淀、拦截过滤；第二反应填料主要由Mn、Si、Fe、S、Mg、O构成，其反应机理为氧化还原、静电吸附、络合反应；第三反应填料主要由Mn、Fe、Al、O、H构成，其反应机理为催化氧化、离子交换、酸碱中和；第四反应填料主要由Si、Fe、Al、O构成，其反应机理为电位吸附、催化氧化、拦截过滤。

深床离子反应池内填充的反应填料可以是一种也可以使多种，主要根据预处理池2的出水中重金属种类和含量确定。深床离子反应池内控制反应填料和废水反应时间不少于3h，充分反应去除剩余重金属离子。

根据深床离子反应池出水的重金属含量，如果一级深床离子反应池的出水不能达到排放标准，可以设置两级或多级的深床离子反应池。设置成两级或多级时，上一级的出水作为下一级的入水使用。

预处理池在长期使用后，其底部积累的金属氧化物等固体物质将占用预处理池的有效体积而阻碍预处理池的正常使用。因此，根据需要，在适当的时机时，沉降在预处理池底部的“污泥”被排出，以预留预处理池污水的沉降空间。

深床离子反应池内的反应填料使用一段时间后，反应填料与重金属反应后会失效，需要对反应填料冲洗或再生以实现反应填料的再利用。反应填料清洗产生的废水排入污泥暂存池静置。在实施例的一种优选实施方式中，污泥暂存池与调节池相连，污泥暂存池的上清液返回至调节池进行下一步处理，底部的污泥运至指定地点放置。污泥暂存池统一收集废水处理过程中产生的淤泥和废水，底部的污泥可进行减量化、干燥处理，运送至指定地点进行处理。

试验例1

试验例采用实施例1提供的关闭矾矿酸性矿山废水处理装置和实施例2提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺对湖南省某已关闭钒矿矿山的岩壁渗水和矿洞涌水进行处理。该已关闭钒矿矿山的岩壁渗水和矿洞涌水种主要超标因子为铁、镉、锌、铜、镍、pH和色度，具体数据如表1所示。按照实施例1提供的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，废水处理规模为240m³/d。

该关闭钒矿酸性矿山废水处理装置中主要设备尺寸如下：

调节池1规格为5.0m×4.7m×2.5m(1座)；

预处理池2规格为8.2m×3.3m×2.5m(2座)；

一级深床离子反应池31规格为11.3m×3.3m×2.5m(含配水槽、收集槽，2座)；

二级深床离子反应池32规格为11.3m×3.3m×2.5m(含配水槽、收集槽，2座)；

污泥暂存池4规格为5.0m×3.3m×2.5m(1座)。

根据该关闭钒矿酸性矿山废水的特点，工艺反应填料主要选择第一反应填料、第二反应填料、第三反应填料和第四反应填料，用量分别为70.42m³、140.84m³、35.21m³、35.21m³，第一反应填料采用15mm、6mm两种规格，第二反应填料采用4mm规格，第三反应填料采用4mm规格，第四反应填料采用2mm规格。

该工程于2019年6月投产运行，运行稳定可靠，出水水质数据为：出水pH为6～9，出水总铁浓度≤0.3mg/L，出水镉浓度≤0.00008mg/L，出水镍浓度≤0.0002mg/L，出水锌浓度≤0.08mg/L，出水铜浓度≤0.0008mg/L，如表1所示。出水水质指标满足《煤炭工业污染物排放标准》(GB20426-2006)和《污水综合排放标准》(GB8978-1996)要求，出水直接排放。该工程总投资约为423万元，运行成本折合吨水约为0.95元。

表1水质主要指标参数值

序号	主要指标	进水水质	出水水质
				1	pH	≥4.0	6～9
2	铁(mg/L)	≤330	≤0.3
				3	镉(mg/L)	≤1.3	≤0.00008
4	锌(mg/L)	≤15.6	≤0.08
				5	铜(mg/L)	≤2.9	≤0.0008
6	镍(mg/L)	≤1.5	≤0.0002

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，其特征在于，包括调节池，预处理池，深床离子反应池和污泥暂存池；

2.根据权利要求1所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，其特征在于，所述预处理池设置有依次连通的前端反应区、后端沉淀区和集液槽；

优选地，所述后端沉淀区底部设有排污口。

3.根据权利要求1所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，其特征在于，所述深床离子反应池包括一级深床离子反应池；

4.根据权利要求3所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，其特征在于，所述深床离子反应池还包括与所述一级深床离子反应池相连通的二级深床离子反应池。

5.根据权利要求4所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置，其特征在于，所述二级深床离子反应池内设置依次连通的二级配水槽，二级反应槽和二级收集槽，所述二级配水槽与所述一级收集槽相连通；

6.一种关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，其特征在于，主要采用权利要求1-5任一项所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理装置对废水进行处理，其中，所述调节池对待处理的关闭钒矿酸性矿山废水的水质、水量进行调节；所述预处理池对调节池的出水进行沉淀处理；所述深床离子反应池内设有反应填料，所述反应填料与预处理池的出水反应去除重金属离子；所述污泥暂存池收集预处理池排放的污泥和深床离子反应池中反应填料清洗产生的废水。

7.根据权利要求6所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，其特征在于，在预处理池对调节池的出水进行沉淀处理时，前端反应区加入氧化剂使低价金属离子氧化成高价金属离子，反应时间为10～20min。

8.根据权利要求6所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，其特征在于，在预处理池对调节池的出水进行沉淀处理时，后端沉淀区对前端反应区生成的金属氧化物或氢氧化物进行沉淀以利于后续去除，在后端沉淀区水力停留时间不小于3h。

9.根据权利要求6所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，其特征在于，所述反应填料包括第一反应填料、第二反应填料、第三反应填料和第四反应填料中的至少一种：所述第一反应填料主要由Ca、Si、S、O构成；所述第二反应填料主要由Mn、Si、Fe、S、Mg、O构成；所述第三反应填料主要由Mn、Fe、Al、O、H构成；所述第四反应填料主要由Si、Fe、Al、O构成。

10.根据权利要求6所述的关闭钒矿酸性矿山废水处理工艺，其特征在于，所述深床离子反应池内反应填料的反应时间不小于3h。