申请日2014.06.24
公开(公告)日2014.11.05
IPC分类号C02F1/66; C02F103/10; C02F9/04
摘要
本实用新型公开了一种用于处理酸性废水的沟渠结构，它沿水流方向在沟渠内建立二级以上的处理单元，各级处理单元内分为碳酸盐岩反应介质段(3)、自然复氧区(6)、沉淀区段(4)及拦水坝(5);矿山酸性废水穿过碳酸盐岩反应介质段(3)中的碳酸盐岩反应介质，提升废水pH后，进入自然复氧区(6)，使Fe2+向Fe3+转化，生成Fe(OH)3絮状悬浮物，最终在沉淀区段(4)形成沉淀清除。本实用新型的技术方案酸中和能力强、投资低、建设周期短、运行费用低、管理方便、除铁效果好。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于处理酸性废水的沟渠结构，包括进水口(1)和出水口(2)，其特征在于：在所述进水口(1)和出水口(2)之间设有阶梯型的沟渠结构，在沟渠内设有分级的处理单元，各级处理单元内至少包括一个碳酸盐岩反应介质段(3)，该碳酸盐岩反应介质段(3)由具有多重空隙的碳酸盐岩组成。
2.根据权利要求1所述的用于处理酸性废水的沟渠结构，其特征在于：所述处理单元至少设有两级，各级处理单元内还包括自然复氧区(6)、沉淀区段(4)及拦水坝(5)，其中各级的自然复氧区(6)位于该级碳酸盐岩反应介质段(3)的下游;各级的沉淀区段(4)位于该级自然复氧区(6)的下游底部，沉淀区段(4)内设置用于沉淀在该级自然复氧区(6)内形成的絮状悬浮物的坑槽;各级的拦水坝(5)位于该级沉淀区段(4)下游。
3.根据权利要求2所述的用于处理酸性废水的沟渠结构，其特征在于：各级拦水坝(5)与下一级碳酸盐岩反应介质段(3)之间存在间隔段(7)作为下一级处理单元的进水段。
4.根据权利要求2所述的用于处理酸性废水的沟渠结构，其特征在于：各级拦水坝(5)的坝顶高程低于该级碳酸盐岩反应介质段(3)的顶部高程。
说明书
一种用于处理酸性废水的沟渠结构
技术领域
本实用新型涉及矿山废水处理技术领域，具体涉及一种用于处理酸性废水的沟渠结构。
背景技术
煤炭作为最重要的能源之一，伴随着煤的大量开采，产生了一系列的环境问题。其中，酸性煤矿废水(AMD)就是一个突出的环境问题，AMD具有低pH值、高矿化度和腐蚀性强的特点，并携带有大量重金属元素和有害化学物质，导致当地水、土壤环境和生态系统受到严重的破坏。大量废弃的小煤窑(矿)数量多、分布广，而且矿山排水通常流量较小、pH值较低(2～3左右)、AMD污染时间长，处理难度大，对环境和人类影响严重。
目前，处理AMD的方法主要有中和法、硫化物沉淀法、人工湿地法等。中和法作为一种简便可靠的方法被广泛应用于AMD处理中，但消耗的中和试剂量大，会产生大量的污泥，易对环境造成二次污染;硫化物沉淀法去除效果好，但是pH值难以控制，硫化物沉淀剂较贵，处理成本高;人工湿地法在一些发达国家被广泛用来处理酸性矿坑排水，该法投资少、运行费用低，管理方便，但占地面积大，受环境因素的影响明显，当酸度较高时，改良湿地法处理AMD有一定的局限性。为此人们对矿山酸性废水的处理方法在不断改进和探索中，中国专利公开号 CN1618742于2005年05月25日，公开了一种“有色金属矿山酸性废水源头治理的方法”，其利用有色金属矿山选矿过程中产生的废物以废治废，但此种方法针对有色金属矿山，有一定的局限性;中国专利公开号CN1508079于2004年06月30日，公开了一种“防止矿山产生酸性废水的方法”，利用石灰乳对矿山四周进行饱和喷淋，在其表面铺设防水材料，该方法能从源头上治理矿山废水，但实施困难，存在一定的风险性;中国专利公开号CN1418831于2003年05月21日，公开了“一种处理有色金属酸性废水的方法”，其方法为一段石灰中和加二段聚合硫酸铁沉淀处理有色金属酸性废水，此方法污泥量较大，易产生二次污染。中国专利公开号CN102701545A于2012年10月3日，公开了“一种利用梯级拦截坝辅助处理酸性矿山废水的系统及其工艺”，该工艺涉及多种处理方式，并需有生活污水进入，运行管理复杂;中国专利公开号CN102674559A于2012年9月19日，公开了“利用有机质及碳酸盐岩混合填料处理矿山酸性废水的方法”及CN10270517A于2012年10月3日，公开了“一种利用有机质及碳酸盐岩联合处理矿山酸性废水的方法”，上述两种方法虽对酸性矿山废水有较强的处理能力，但其处理构筑物为常用的水工构筑物，对酸性矿山废水出水点分散，水量波动频繁的区域，该类工艺的设计与运行管理难度较大。
发明内容
本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足，提供一种酸中和能力强、投资低、建设周期短、运行费用低、管理方便、除铁效果好的用于处理酸性矿山废水的沟渠结构。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型采用了这样的一种酸性矿山废水的沟渠处理方法，它包括设置至少一条阶梯型的沟渠，使需处理的酸性废水沿沟渠向下游流动并在流动过程中使酸性废水的pH值升高的方法;它还包括在所述沟渠设置具有多重空隙的碳酸盐岩反应介质并使所述酸性废水从该碳酸盐岩反应介质中流过的方法。碳酸盐岩是指碳酸盐矿物组成的岩石的总称，具有多重孔隙特征，利用碳酸盐岩对酸性废水进行处理，可以提高酸性废水的pH值。
矿山酸性废水沿沟渠向下游流动过程中，沿水流方向在沟渠内建立二级以上的处理单元，各级处理单元内从上游到下游依次分为碳酸盐岩反应介质段、自然复氧区、沉淀区段及拦水坝;矿山酸性废水流动过程中穿过碳酸盐岩反应介质段中的碳酸盐岩反应介质，提升废水pH后，进入自然复氧区，使Fe2+向Fe3+转化，生成Fe(OH)3絮状悬浮物，最终在沉淀区段形成沉淀，可定期清除。系统所利用的溪沟可以是人工修建的沟渠或天然形成小型溪沟简单改造而成。本方法对施工场地要求低、不需专门建设大型处理构筑物，管理简单，维护方便、处理成本低。
另外，还可以通过调整拦水坝的坝高控制其上游的液面高度，进而控制酸性废水穿过碳酸盐岩孔隙的流速，从而控制碳酸盐岩反应介质段中的碳酸盐岩反应介质与酸性废水的中和反应时间。
基于前述的方法，本实用新型设计了这样的一种用于处理酸性废水的沟渠结构，它在沟渠的进水口和出水口之间设有阶梯型的沟渠结构，在沟渠内设有分级的处理单元，各级处理单元内至少包括一个碳酸盐岩反应介质段，该碳酸盐岩反应介质段由具有多重空隙的碳酸盐岩组成。处理单元至少设有两级，根据酸性废水的处理要求，可灵活设置多级，各级处理单元内除了碳酸盐岩反应介质段，还包括自然复氧区、沉淀区段及拦水坝，其中各级的自然复氧区位于该级碳酸盐岩反应介质段的下游;各级的沉淀区段位于该级自然复氧区的下游底部，沉淀区段内设置用于沉淀在该级自然复氧区内形成的絮状悬浮物的坑槽，因此，沉淀区段的底部与自然复氧区的底部存在一道高坎，这些高坎使整个沟渠形成阶梯型的结构;各级的拦水坝位于该级沉淀区段下游。
各级沉淀区段底部高程与下一级碳酸盐岩反应介质段的底部高程无严格要求。各级拦水坝与下一级碳酸盐岩反应介质段之间存在间隔段作为下一级处理单元的进水段。间隔段是经过本级处理后的酸性废水进入下一级处理单元前的过渡段和下一级处理单元的进水段，它能使水平平顺进入下一级处理单元。
各级拦水坝的坝顶高程低于该级碳酸盐岩反应介质段的顶部高程，该级液面高程高于拦水坝的堰顶高程时，酸性废水就会从该级拦水坝的堰顶流入下一级处理单元中。
针对废水中pH高低及Fe浓度不同，沟渠系统可以形成多级反应，不断促使废水中Fe的去除，最终使废水得以净化。碳酸盐岩反应介质上沿均高于水面，保证水量增大时，废水和碳酸盐岩仍然充分接触。拦水坝主要控制废水与碳酸盐岩反应介质的接触时间及过墙流速，并维持自然复氧段及沉淀区段的水深，保证其正常工作。
本实用新型与现有技术相比，主要是通过对天然溪沟或人工沟渠的简单改造，构建碳酸盐岩反应介质段、复氧区段、沉淀区段及拦水坝，省去现有技术中常用的反应池等结构，节约成本，对现场要求低，适合在不良地质环境及出水点分散区域进行矿山酸性废水的治理。对出水点分散的小流量酸性矿山废水可在其向下游流动过程中即开始治理，更利于保护沿途环境。本实用新型不仅建设及运行成本底，而且管理简单，维护简便，也适用于出水量变化较大的场地。
采用本实用新型的技术方案处理后的酸性废水的出水碱度较高，多级处理后pH均值可达到7左右;对铁的去除效果也很好，进水浓度在30mg/L左右时，铁去除率可达90%以上;若进水pH较低，Fe含量较高时，可通过增加处理单元级数对废水进行治理。由于碳酸盐岩廉价易得，基建费用低，因而能够很大程度上降低废水的处理成本;综上所述，本实用新型的技术方案酸中和能力强、投资低、建设周期短、运行费用低，管理方便，除铁效果良好，能有效改善矿区的生态环境现状，在碳酸盐岩地区有很好的应用前景。
