申请日2019.02.01
公开(公告)日2019.04.19
IPC分类号C02F9/14; C02F11/121; C05F7/00; C02F103/10
摘要
本发明公开了一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，包括：矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物;生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准;当配水井内的温度低于嗜盐微生物的存活温度时，通过曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。本发明的方法可以较低的成本在寒冷干旱地区连年运行采矿废水的处理，不受外界气温影响，而且本发明的方法还可以利用微生物代谢产物保育地表植物，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦。
权利要求书
1.一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，其特征在于，该方法包括：
矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物;
生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准;当所述配水井内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述配水井底部的曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述沉淀方式依次包括澄清、絮凝沉淀和斜板沉淀，预处理后的废水中TDS含量在1500ppm以下;更优选地，所述矿井废水中掺入了膜法产生的浓盐水。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在生化处理步骤中，活性污泥浓度控制为3-8g/L;
优选地，所述含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的配水井内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤;
嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的配水井内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥;
更优选地，所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4;
进一步优选地，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g;
优选地，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥;更优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L;
优选地，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的;进一步优选地，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水，第n级驯化后出水满足灌溉水标准。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在生化处理过程中向废水里面投加嗜盐微生物生长所必须的营养成分，优选地，所述生化处理的时间为1-4天。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述方法还包括生化处理后配水井出水的处理步骤，一部分或全部配水井出水输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;或者一部分或全部配水井出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层;
优选地，在所述生化处理步骤中，所述配水井内因生化处理而产生的微生物代谢产物污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥，进一步优选地，微生物代谢产物污泥每5~10天通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥;微生物代谢产物污泥的回流量为污泥总量的30-50%。
6.根据权利要求1-5中任一所述方法，其特征在于，所述方法是在如下系统中完成的，所述系统包括：
配水井，设置于冻土层以下;
曝气装置，设置于所述配水井底部，用于向配水井内曝气;
透气管道，一端与所述配水井连接，另一端伸出地表，以使配水井与外界空气连通;以及污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述配水井底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，配水井位于所述潜流层的一侧，潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述配水井的废水;优选地，所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层;更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成;所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
9.根据权利要求8所述方法，其特征在于，所述系统还包括配水花墙，设置于所述配水井与所述潜水层之间;更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间;
优选地，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
10.根据权利要求6所述方法，其特征在于，所述配水井包括多个独立的区域，优选地，所述配水井包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
说明书
一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术，具体涉及一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法。
背景技术
我国矿产资源多分布于西部寒冷干旱地区，这些地区多处于山区，水资源缺乏，地表水多为间歇性河流，蒸发量远大于降水量，常年流量稀释能力差。而矿产资源的开发过程中又不可避免地对地层、地下水流场和地表造成损害，导致矿区生态环境破坏严重，水资源短缺问题日益凸显，目前我国40%的矿区属于严重缺水。
我国水资源与煤炭资源呈逆向分布，矿区多位于西北五省缺水地区，煤矿开采对矿区地层、地下水流场和地表造成损害，导致自然水源断流或地下水资源因流入采空区形成矿井水而失去地下水赋存量，生态环境破坏严重，水资源短缺问题日益凸显，全国煤炭开采每年损失的矿井水相当于每年工业和民用水量的60%。但随着相关约束政策出台及技术进步，矿井水综合利用逐渐步入正轨，然而，总体看来，当前矿井水综合利用仍是一种“被动”行为，处理成本不断增加，令煤炭行业发展承受较大压力，为达标而投加大量化学药剂、使用工业吸附剂等处理矿井水，不断向水体中引入其他化学成分或产生高盐浓水，造成了“看不见”的污染。因此，研发西部干旱半干旱地区矿井水生态处理相关技术具有现实意义，应在矿井水治理中做减法，创新真正的清洁环保技术，拒绝在环保治理中产生新的污染。
目前矿井水的处理方式是经过在采空区和集水区发生过滤、沉淀、吸附、离子交换、自生矿物生成等物理化学过程，其悬浮物、钙离子及其他有害离子大幅度减少，净化处理后的矿井水用于井下生产用水、洗煤厂生产用水、煤矿附属厂矿生产用水、绿化用水等，其余全部排入地表水系。但近期，各省市出台矿井水综合利用及水资源保护相关措施，例如，内蒙古自治区的《饮用水源地环境保护专项行动》，原排水口封闭，废水不再排入地表水源，或排水水质达到地表III类水标准，同时，矿井水排入防风林或其他植被土壤中造成盐碱化甚至植物死亡的问题屡见不鲜，矿区大量略超标的矿井水的存储、回用及排放面临巨大的环保压力。因此，急需找到一种对矿区大量略超标矿井废水进行处理的低成本生态方法。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明目的在于提供一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法。本发明的方法可以保证以较低的成本在寒冷干旱地区连年运行采矿废水特别是矿井废水的处理，不受外界气温影响，管理容易，而且本发明的方法还可以利用微生物代谢产物保育地表植物，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦。另外，本发明的方法还可以适当处理来自于膜法的浓盐水。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种在寒冷干旱地区处理矿井废水的方法，该方法包括：
矿井废水的预处理步骤，通过沉淀方式去除所述矿井废水中的固体物;
生化处理步骤，将预处理后的废水引入冻土层以下的配水井中进行生化处理，所述配水井底部填充有含有嗜盐微生物活性污泥，经生化处理后的出水满足灌溉水标准;当所述配水井内的温度低于所述嗜盐微生物的存活温度时，通过设置于所述配水井底部的曝气装置向所述配水井内吹入热空气，以维持所述配水井内温度不低于12oC。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述沉淀方式依次包括澄清、絮凝沉淀和斜板沉淀，预处理后的废水中TDS含量在1500ppm以下;更优选地，所述矿井废水中掺入了膜法产生的浓盐水;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在生化处理步骤中，活性污泥浓度控制为3-8g/L;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述含有嗜盐微生物活性污泥的培养方法包括：
微生物的富集增值步骤，将微生物接种源接种到设置于冻土层以下的配水井内，并在富集废水中进行富集增值，得到富集后的污泥，所述微生物接种源为市政污泥、河道底泥和/或硫酸厂土壤;
嗜盐微生物的驯化步骤，在设置于冻土层以下的配水井内将所述富集后的污泥在不同盐浓度的驯化废水中进行逐级驯化，当所使用的驯化废水中的盐浓度达到实际处理废水的盐浓度时完成驯化，得到含有嗜盐微生物活性污泥;
更优选地，所述富集废水是通过将合成废水母液稀释30倍获得的，每升所述合成废水母液中含有2-4g酵母膏、20-40g ( NH4)2SO4、30-50mL乳酸钠、5-15gK2HPO4、40-60g Na2SO4;
进一步优选地，在所述微生物的富集增值步骤，微生物接种源接种量为：每升富集废水中接种含水量低于70%的微生物接种源1-5g;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述富集增值是指采用间歇方式曝气，每次曝气时间为2-3h，相邻两次曝气之间静置0.5-1h，共曝气6-8次，整个曝气结束后静置1-2h，然后排出上清液用于浇灌地表植被或者排出上清液做进一步净化处理，沉淀为富集后的污泥;更优选地，曝气时溶解氧的浓度为1-5mg/L;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述逐级驯化中，共驯化n级，n是不低于3的整数，且第n级驯化废水中的盐浓度不低于实际处理废水的盐浓度，每级驯化所使用的驯化废水都是将合成废水母液稀释后获得的，其中，制备下一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数比制备上一级驯化废水时对合成废水母液的稀释倍数小5，且第一级驯化废水是将合成废水母液稀释25倍后获得的;进一步优选地，所述逐级驯化中，每级驯化包括曝气7-9h后静置0.5-1h，然后出水，第n级驯化后出水满足灌溉水标准。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在生化处理过程中向废水里面投加嗜盐微生物生长所必须的营养成分，优选地，所述生化处理的时间为1-4天。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述方法还包括生化处理后配水井出水的处理步骤，一部分或全部配水井出水输送至位于配水井一侧的潜流层进行过滤，过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;或者一部分或全部配水井出水输送至地表植被恢复层上面，然后水自植被恢复层向下流至潜流层，经潜流层过滤后的水自潜流层底部输送至收水装置;所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，在所述生化处理步骤中，所述配水井内因生化处理而产生的微生物代谢产物污泥通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥，进一步优选地，微生物代谢产物污泥每5~10天通过污泥回流装置回流至地表植被恢复层堆肥;微生物代谢产物污泥的回流量为污泥总量的30-50%。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述方法是在如下系统中完成的，所述系统包括：配水井，设置于冻土层以下;曝气装置，设置于所述配水井底部，用于向配水井内曝气;透气管道，一端与所述配水井连接，另一端伸出地表，以使配水井与外界空气连通;以及污泥回流装置，包括：污泥提升泵和污泥脱水机，所述污泥提升泵的一端通过污泥回流管路与所述配水井底部连接，所述污泥提升泵的另一端通过污泥回流管路与所述污泥脱水机连接。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以上的植被恢复层，在所述植被恢复层上种植植物，来源于所述污泥脱水机的污泥放置于所述植被恢复层表面进行堆肥。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括：位于冻土层以下且位于植被恢复层正下方的潜流层以及位于所述潜流层正下方的防渗层，配水井位于所述潜流层的一侧，潜流层通过过滤方式处理来自植被恢复层和/或来自所述配水井的废水;优选地，所述潜流层包括靠近所述配水井一侧的前端石笼部和远离配水井一侧的多介质填料层;更优选地，所述前端石笼部包括1-4层，每一层由石头堆砌而成;所述多介质填料层包括1-5层，优选为5层，自上而下分别为天然沙土层、煤矸石层、火山岩层、天然沸石层、粗砾石层。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括配水花墙，设置于所述配水井与所述潜水层之间;更优选地，所述系统还包括过滤墙，设置于所述配水花墙和所述潜水层之间;
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述系统还包括收水装置，入口与所述潜水层的出口连接。
在上述方法中，作为一种优选实施方式，所述配水井包括多个独立的区域，优选地，所述配水井包括好氧区域、缺氧区域和厌氧区域，以适应不同类型微生物的培养。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明的配水井设置于冻土层以下，冻土层之下运行废水生化处理系统，避免冬季低温导致微生物失活;在干旱寒冷的地区可以基本保证微生物存活，偶尔不符合条件可以通过曝气装置向配水井内曝入热空气来满足微生物的生长条件，可以以较低成本在干旱寒冷地区长年运行采矿废水的处理，其可以使寒冷地区生化处理廉价稳定运行，本发明方法出水可达地表III类水标准;
(2)本发明可以将产生的污泥回流至地表植被恢复层进行堆肥，促进地表植被的生长，同时配水井的出水可以用于灌溉地表植被，本发明的方法并未产生任何二次污染，合理利用了废水处理过程中产生的污泥，对环境非常有利，适合寒冷干旱的西部沙地恢复植被，或者矿区复垦;
(3)本发明方法简单高效，微生物接种源比较普通，采用市政污水处理厂污泥作为微生物接种源时，在配水井内停留时间3-5天即可获得含有嗜盐微生物的活性污泥，当采用该活性污泥进行污水处理时，可每使用5~10天后将其泵出配水井，经过螺杆式污泥脱水机处理至含水量70%以下后导入地表堆肥，保育植物;
(4)本发明方法采用的系统是适用于干旱寒冷地区特别是西部地区全年运行采矿废水的系统。本发明的方法还对从配水井内排出的废水做进一步低成本的处理，产业价值高。
