CN208995316U - 一种酸性矿山废水的被动式生物处理*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，包括调节池，调节池通过水管连接底部设置有排泥管的氧化沉淀池，氧化沉淀池通过水管连接有垂直流厌氧生物滤池，调节池、氧化沉淀池和垂直流厌氧生物滤池的液面依次降低，垂直流厌氧生物滤池内从上至下依次放置有砾石层、有机底物填料层和岩石层，有机底物填料层的组分是以虾蟹壳、有机堆肥及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料和石英砂，按1:1的质量配比组成，垂直流厌氧生物滤池通过导水管与好氧澄清池相连，好氧澄清池上部设置有出水管，底部设置有排泥管。本实用新型的装置操作简单，处理速度快，***稳定性能好，而且运行成本低。

Description

一种酸性矿山废水的被动式生物处理***

技术领域

本实用新型属于废水处理的技术领域，涉及一种酸性矿山废水的被动式生物处理装置。

背景技术

近年来，我国加大了矿产资源的开采，但对开采后的酸性矿山废水的处理却难以达到国家相关标准，如《铁矿采选工业污染物排放标准(GB28661－2012)》的要求，造成的环境问题日益凸显。酸性矿山废水不仅pH值低，且含有大量铁、铝、锌、锰、铜、镉、钴等重金属离子及硫酸盐，将酸性矿山废水排入矿山附近的河流、湖泊等受纳水体后，不仅会破坏水体自净，危害水生生物群落，污染周边水体及土壤环境，还会对下游居民的工农业生产及生活造成极大影响，并具有潜在的健康风险。

目前，对酸性矿山废水的被动式生物处理是一种利用微生物生化代谢和物理化学机理联合作用的原位修复方法，具有成本低、操作简便、剩余污泥量低等优势。该方法主要利用硫酸盐还原菌在厌氧条件下将酸性矿山废水中的硫酸盐还原成硫化物并产生碱度，进而促进硫化物与废水中的重金属离子发生反应，生成难溶的金属硫化物沉淀，从而实现对硫酸盐、重金属的去除和对酸性矿山废水中酸度的中和。在酸性矿山废水的被动式生物处理过程中，为硫酸盐还原菌提供适宜的环境条件是保持其高效率和持续稳定运行的关键环节之一，但是，由于酸性矿山废水中缺乏可溶性有机碳、氮等营养物质，使得硫酸盐还原菌无法进行充分的生命活动，往往需要外加碳氮源来促进对酸性矿山废水的处理。目前人们主要利用传统的生物堆肥作为碳氮源，但其在酸性矿山废水修复过程中存在运行效果不佳、工作寿命不稳定等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，以解决以传统的生物堆肥作为碳氮源的酸性矿山废水的被动式生物处理过程中产生的废渣量大、碳氮源不足且运行不稳定的问题。

本实用新型所采用的技术方案是一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，包括调节池，调节池连接有垂直流厌氧生物滤池，垂直流厌氧生物滤池内从上到下依次设置有砾石层、有机底物填料层和岩石层，垂直流厌氧生物滤池底部连接有排水管道，排水管道连接有泵，垂直流厌氧生物滤池通过导水管连接有好氧澄清池，好氧澄清池上部设置有出水管，出水管连接人工湿地***。

本实用新型的特点还在于：

有机底物填料层包括以虾蟹壳、有机堆肥及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的复合有机填料和石英砂，复合有机填料和石英砂按1:1的质量配比。

调节池与垂直流厌氧生物滤池之间通过两端连接有水管的氧化沉淀池相连，氧化沉淀池底部设置排泥管。

导水管一端放置在岩石层内，另一端放置在好氧澄清池上空。

好氧澄清池呈倒锥状结构，好氧澄清池底部设置有排泥管。

本实用新型的有益效果是：

(1)将虾蟹壳残渣作为被动修复***的碳氮源对酸性矿山废水进行厌氧微生物处理，可使废水中的硫酸盐还原为硫离子，再与重金属生成硫化物沉淀。该方法既降低了酸性矿山废水的硫酸盐含量，也除去了废水中大量的重金属，且无二次污染问题。

(2)虾蟹壳残渣中含有碳酸钙，可以作为天然的中和剂来中和酸性矿山废水的酸度，同时，将虾蟹壳残渣作为新型碳氮源底物，合理利用了资源，既经济又环保。

(3)通过本实用新型的***预处理后的酸性矿山废水经常规人工湿地***处理后可达到污水综合排放的标准，该***运行成本低、操作方便、处理速度快且稳定性好。

附图说明

图1是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***的示意图；

图中，1.调节池，2.氧化沉淀池，3.垂直流厌氧生物滤池，4.砾石层，5.有机底物填料层，6.岩石层，7.好氧澄清池，8.出水管，9.排泥管；

图2是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***处理废水酸性的效果曲线图；

图3是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***处理铁离子的效果曲线图；

图4是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***处理锌离子的效果曲线图；

图5是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***处理铝离子的效果曲线图；

图6是本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***处理锰离子的效果曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，如图1所示，***包括调节池1、氧化沉淀池2、垂直流厌氧生物滤池3和好氧澄清池7，调节池1与垂直流厌氧生物滤池3之间通过两端连接有水管的氧化沉淀池2相连，氧化沉淀池2底部设置有排泥管，调节池1、氧化沉淀池2和垂直流厌氧生物滤池3的液面依次降低，垂直流厌氧生物滤池3内从上到下依次放置有砾石层4、有机底物填料层5和岩石层6，高度比为1:12:8，有机底物填料层5的组分是以虾蟹壳、有机堆肥以及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料和石英砂，按1:1的质量配比组成，垂直流厌氧生物滤池3底部连接有排水管道，排水管道连接有泵，垂直流厌氧生物滤池3通过导水管连接至好氧澄清池7，导水管由3根PVC管和两个丝扣连接呈Z型状，导水管一端放置在岩石层6内，另一端放置在好氧澄清池7上空，好氧澄清池7上部设置有出水管8，底部设置有排泥管9，出水管8连接人工湿地***。

本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***中主要部件的作用分别如下：

调节池1：在调节池1中实现水质水量的调节，为后续的垂直流厌氧生物滤池3中对水质、水量和冲击负荷较为敏感的厌氧反应起到辅助调节作用，以满足厌氧反应的稳定运行；

氧化沉淀池2：将部分金属离子氧化成高价态(例如二价态铁氧化为三价态铁后与水反应后，生成氢氧化铁沉淀)促进其沉淀，氧化沉淀池底部设有排泥管，有利于生成的沉淀排出，防止沉淀在池中累积从而影响处理效果；

垂直流厌氧生物滤池3：酸性矿山废水在垂直流厌氧生物滤池3中停留时间为18小时，垂直流厌氧生物滤池3自上而下包含砾石层4、有机底物填料层5和岩石层6，高度比为1:12:8；

砾石层4可吸附少量的重金属离子；

有机底物填料层5的组分是以虾蟹壳、有机堆肥以及富含硫酸盐还原菌的河床底泥组成的新型复合有机填料和石英砂，按1:1的质量配比组成，其中主要成分虾蟹壳含有天然有机物—几丁质，虾蟹壳几丁质的碳氮比约为6:9，可为厌氧硫酸盐还原菌创造理想的碳氮源生长条件，也可作为其它缺氮底物的替代品，虾蟹壳几丁质发酵产生的挥发性脂肪酸可为硫酸盐还原菌提供电子给体和还原条件，此外，虾蟹壳中的碳酸钙可为恢复酸性矿山废水的缓冲能力提供碱度，从而减少石灰石的添加，虾蟹壳几丁质作为固体有机颗粒存在于滤料层中，有利于碳氮源的原位缓释，其颗粒大小和非膨胀性质有助于保持孔隙度，防止连续流动对***造成的堵塞；

岩石层6所选用的岩石为石灰石和砂岩，可为恢复酸性矿山废水的缓冲能力提供碱度；

好氧澄清池7：垂直流厌氧生物滤池3与好氧澄清池7的液面高度差可实现被动增氧作用，促使污泥内有机物进行有氧呼吸，进一步把有机物分解成无机物，达到去除污染物的功能，好氧澄清池7采用倒锥体形的池体设计，方便沉积底泥从排泥管排出，而好氧澄清池7中的上清液由出水管排入人工湿地***。

本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，其工作过程如下：

将酸性矿山废水储存于调节池1中，然后对调节池1中的水质水量进行调节，以满足后续的厌氧反应稳定运行，废水在重力作用下从调节池1经过进水管后进入氧化沉淀池2中，废水在氧化沉淀池2中将部分金属离子氧化成高价态，促进其沉淀，沉积物从氧化沉淀池2底部的排泥管排出，经处理后的废水在重力作用下进入垂直流厌氧生物滤池3内，从上到下依次渗过砾石层4、有机底物填料层5和岩石层6，并在有机底物填料层5进行生化反应，废水在经过有机底物填料层5时，微生物菌群将大量硫酸盐还原为硫离子，产生大量碱度的同时使金属离子与硫离子结合生成金属硫化物沉淀，从而达到了处理酸性矿山废水中酸度、重金属和硫酸盐的目的，酸性废水在垂直流厌氧生物滤池3中停留时间为18小时，利用泵将经处理后的废水由导水管泵入好氧澄清池7中，将好氧澄清池7中的上清液由出水管8排入人工湿地处理***，好氧澄清池7中的污泥从排泥管9排出。

本实用新型一种酸性矿山废水的被动式生物处理***对于酸性矿山废水的处理效果如表1所示。

表1酸性矿山废水中pH及各主要重金属离子的处理效果

从表中可看出：

(1)酸性矿山废水的原始水样中pH为3.5左右，在连续7d处理水样的过程中，pH最高可以上升至7.5左右。说明该***可以很好的调节废水的pH，也说明了以虾蟹壳为主要填料的有机底物填料层5在垂直流厌氧生物滤池3里对酸性废水的酸度调节起到了很大的作用。

(2)酸性矿山废水的原始水样中Fe²⁺的含量为500mg/L左右，在连续7d处理水样的过程中，Fe²⁺的含量降低至4.70mg/L，最高去除率可以达到99％。主要是含有虾蟹壳的有机底物填料层5为硫酸盐还原菌提供了足够碳氮源，使SO₄ ^2-还原为S^2-后，促进金属离子Fe²⁺与S^2-结合生成FeS沉淀，从而达到去除Fe²⁺离子的效果。

(3)酸性矿山废水的原始水样中Zn²⁺的含量为13mg/L左右，在连续7d处理水样的过程中，Zn²⁺的含量降低至0.01mg/L，接近完全去除Zn²⁺离子的效果。主要是含有虾蟹壳的有机底物填料层5为硫酸盐还原菌提供了足够碳氮源，使SO₄ ^2-还原为S^2-后，促进金属离子Zn²⁺与S^2-结合生成ZnS沉淀，从而达到去除Zn²⁺离子的效果。

(4)酸性矿山废水的原始水样中Al³⁺的含量为50mg/L左右，在连续7d处理水样后，检测到Al³⁺的含量低于仪器检测下限(检测限为1.0ug/L)。

(5)酸性矿山废水的原始水样中Mn²⁺的含量为30mg/L左右，在连续7d处理水样后，检测到Mn²⁺的含量为3.0mg/L左右，去除率接近90％。主要是含有虾蟹壳的有机底物填料层5为硫酸盐还原菌提供了足够碳氮源，使SO₄ ^2-还原为S^2-后，金属离子Mn²⁺与S^2-结合生成MnS沉淀，从而达到去除Mn²⁺离子的效果。

综上所述，处理***可有效地提升酸性矿山废水的pH到中性左右，也能有效地去除酸性矿山废水中浓度相当高的Fe²⁺、Al³⁺、Zn²⁺和Mn²⁺，对控制酸性矿山废水污染、保护水生生态环境起到了积极作用。本实用新型对于酸性矿山废水中各参数的处理效果见说明书附图中图2-图6。

Claims (4)

1.一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，其特征在于，包括调节池(1)，所述调节池(1)连接有垂直流厌氧生物滤池(3)，所述垂直流厌氧生物滤池(3)内从上到下依次设置有砾石层(4)、有机底物填料层(5)和岩石层(6)，所述垂直流厌氧生物滤池(3)底部连接有排水管道，所述排水管道连接有泵，所述垂直流厌氧生物滤池(3)通过导水管连接有好氧澄清池(7)，所述好氧澄清池(7)上部设置有出水管(8)，所述出水管(8)连接人工湿地***。

2.如权利要求1所述的一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，其特征在于，所述调节池(1)与垂直流厌氧生物滤池(3)之间通过两端连接有水管的氧化沉淀池(2)相连，所述氧化沉淀池(2)底部设置排泥管。

3.如权利要求1所述的一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，其特征在于，所述导水管一端放置在岩石层(6)内，另一端放置在好氧澄清池(7)上空。

4.如权利要求3所述的一种酸性矿山废水的被动式生物处理***，其特征在于，所述好氧澄清池(7)呈倒锥状结构，所述好氧澄清池(7)底部设置有排泥管(9)。