申请日2012.11.12
公开(公告)日2013.03.06
IPC分类号C02F9/04
摘要
本发明公开了基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统及处理方法，它包括一级沉淀区(1)、碱性材料池(2)、碳酸钙中和池(3)、二级沉淀区(4)、残渣池(5)以及压滤机组(6)，经初级物理沉淀、初级化学沉淀、二级化学沉淀、二级物理沉淀以及压滤机组固液分离的步骤处理废水。本发明的有益效果是：综合利用物理、化学的处理方法，处理pH值过低、重金属含量过高的废水，有效降低了酸性矿山废水的重金属含量，减少了投资成本低、提高了处理效率高、同时压滤机起到既处理废水又处理残渣的作用,整个流程可以根据具体的情况选择压滤机的种类及并联安装的数量，不产生二次污染，效率高、处理量大，自动冲洗、操作方便。
权利要求书
1.基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征在于：它包括一级沉淀 区(1)、碱性材料池(2)、碳酸钙中和池(3)、二级沉淀区(4)、残渣池(5) 以及压滤机组(6)，其中，一级沉淀区(1)的废水出口与碱性材料池(2)的 废水进口相连，碱性材料池(2)的废水出口与碳酸钙中和池(3)的废水进口 相连，碳酸钙中和池(3)的废水出口与二级沉淀区(4)的废水进口相连，二 级沉淀区(4)为溢流式沉淀池，一级沉淀区(1)、碱性材料池(2)、碳酸钙中 和池(3)以及二级沉淀区(4)底部的残渣出口与残渣池(5)的残渣进口相连， 二级沉淀区(4)下侧的浑浊液出口与残渣池(5)的残渣出口与压滤机组(6) 的进口相连，压滤机组(6)设置有两个出口，其中一个出口回流至一级沉淀区 (1)的废水进口。
2.根据权利要求1所述的基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征 在于：所述的一级沉淀区(1)由两个串联接通的一级沉淀池(11)组成。
3.根据权利要求1所述的基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征 在于：所述的碱性材料池(2)由三个并联接通的碳床或者碱石灰床(21)组成。
4.根据权利要求1所述的基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征 在于：所述的碳酸钙中和池(3)由三个并联接通的碳酸钙床(31)组成。
5.根据权利要求1所述的基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征 在于：所述的二级沉淀区(4)中设置有絮凝剂添加装置(41)。
6.根据权利要求1所述的基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统，其特征 在于：所述的压滤机组(6)上还设置有泥饼出口。
7.基于压滤作用的矿山酸性废水处理方法，其特征在于：它包含以下的步 骤：
(1)将矿山酸性废水排入由两个串联接通的一级沉淀池(11)组成的一级 沉淀区(1)中进行初级物理沉淀，残渣排入残渣池(5)中;
(2)将上一步处理完成的废水排入碱性材料池(2)中进行初级化学沉淀， 利用材料的吸附性能及碱性，初次去除废水中部分重金属离子除去并提升水体 的pH值，残渣排入残渣池(5)中;
(3)将上一步处理完成的废水排入碳酸钙中和池(3)中进行二级化学沉 淀，利用碳酸钙再次调节废水pH值，同时降低部分水中的重金属的含量并阻挡 来自碱性材料池(2)的碱性材料颗粒，残渣排入残渣池(5)中;
(4)将上一步处理完成的废水排入二级沉淀区(4)中进行二级物理沉淀， 二级沉淀区(4)中上层清液直接溢流排放，下层浑浊液在絮凝剂的作用下，小 颗粒悬浮物凝聚为团状聚合物，残渣排入残渣池(5)中;
(5)将二级沉淀区(4)排出的浑浊液和残渣池(5)中的残渣排入压滤机 组(6)中进行固液分离，同时处理废水和残渣，出水达到排放标准时，达标水 通过达压滤机组(6)的出口排放入附近的河流中。
说明书
基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统及处理方法
技术领域
本发明涉及基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统及处理方法，属于矿山 酸性废水处理技术领域。
背景技术
酸性矿山废水(acid mine drainage，简称AMD)的污染是一个世界性的问 题，主要是煤矿及金属矿山开采所排放的矿坑水、废石场的雨淋污水和选矿厂 排出的洗矿、尾矿废水，其特点为：低pH值、含高浓度的硫酸盐和可溶性的 重金属离子。酸性矿山废水直接排放将会对环境造成极大的危害，由于重金属 离子不同于有机物，在环境中无法被生物分解，因而一旦进入环境后就会不断 地积累而难以去除，造成环境的长期污染。废水低pH值严重威胁河流中的藻 类、浮游植物等生物的生长，还会污染地下水。随着矿产资源的开采利用，我 国正面临着严峻的矿山酸性废水污染问题。
矿山酸性废水的形成途径主要有：1)矿床开采过程中，大量的地下水渗流 到采矿工作面，这些矿坑水排至地表后，是酸性废水的主要来源;2)矿石加工 过程中，添加酸性药剂的选矿作业流程所排放的废水是酸性废水和有害物质的 重要来源;3)矿山生产过程中排放的大量含有硫化矿物的废石和尾矿，在露天 堆放时不断与空气和水(或水蒸气)接触，生成金属离子和硫酸根离子。当梅雨 季节时，重金属及酸根离子会溶解于水体中，并随雨水进入河流、湖泊或渗入 地下，从而污染地表水及地下水。
我国有大量的矿产资源，而大部分矿产以金属硫化物的形式存在。这些矿 产资源在开采的过程中，通过微生物及空气中氧的作用，经过程后 形成硫酸盐化合物而溶解于水中。如此，既增加了水中重金属离子的浓度，也 使水体pH值降低。
目前国内外关于矿山酸性废水的治理方法主要有物理法(吸附法)、化学 法(絮凝法、沉淀法、螯合剂法)、膜处理法、及生物法(人工湿地法、微生 物法)等。
吸附法：该方法是利用某些具有微孔结构的物质(主要为活性炭等)的吸 附性能以达到净化废水的目的。活性炭对污染物的吸附能力是有限度的，饱和 的活性炭不经处理而废弃必然引发资源浪费及环境污染等问题。
中和法：该方法是利用酸碱中和沉淀的原理，根据大部分重金属氢氧化物 不溶于水或微溶于水，通过向酸性矿井水中加入一定量的碱性物质使重金属离 子形成氢氧化物沉淀，以达到去除废水中重金属离子和提高废水pH的一种方 法。但处理产生的废渣量大，不易处理以及可能会引发二次污染等问题。
微电解絮凝法：该方法以Fe-C填料为主，利用铁屑在废水中产生的电化 学腐蚀作用，是电化学的氧化还原、电化学对絮体的电富集作用、电化学作用 产生的凝聚、新生絮体的吸附和床层过滤等作用的综合效应。其也尚存一些缺 点：①、电解塔底的铁屑易板结，这导致Fe-C电子转移困难，而使铁颗粒上 H+→H2包裹着铁颗粒使其难以氧化溶解，而降低处理效果。②、铁碳微电解 反应需在酸性条件下进行(pH一般在3-4)，这使得对pH的控制成为一个重要 问题,而排出水则要求中性，两者的矛盾使得运行成本提高。③、在微电解过 程中，阳极反应：Fe-2e-→Fe2+，需要及时的补充铁屑和更换残渣，增加了操 作难度。
硫化物沉淀浮选法：主要是利用重金属硫化物在水中的溶解度比金属氢氧 化物小的原理，通过加入一定量的硫化剂使重金属以硫化物形式沉淀而达到降 低水中重金属浓度的方法。该方法中使用到了H2S、NasS等硫化剂，容易造成 硫化物的二次污染、硫化物形成过程中pH不易控制、原料的成本较高且处理 后的废水中硫含量达不到国家排放标准。
高分子螯合剂法：采用高分子有机螯合剂与金属离子发生螯合反应，生成 稳定且不溶于水的金属螯合物来除去废水中重金属离子的方法。用于处理废水 高分子螯合剂必须满足下列条件：①生成的金属络合物不溶于水及酸碱中，且 半径较大易于沉降。②生成的金属络合物毒性小。③稳定性要相对较好，能稳 定存在。④反应过程中的螯合剂的添加量应较少，且市场价格便宜。
人工湿地法：由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地表生态系统，主 要利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学、生物三重协同作用 实现对污水的高度净化。但该方法也存在一些限制性因素例如：部分植物的生 长周期长、生长慢、吸附能力有限且大部分的植物始于生长在中性及低碱性的 水体中。
微生物处理法：微生物法处理酸性废水主要是利用硫酸盐还原菌(SRB)通 过异化硫酸盐的生物还原反应。由于该方法操作起来较困难，较复杂。
膜处理法：膜分离技术是利用膜两侧的渗透压差，水中的离子在不等的渗 透压力作用下，利用膜的选择透过性，将水中离子进行分离和浓缩的一种分离 技术。但由于工业废水往往含有酸、碱等物质，处理条件较苛刻。且该方法处 理成本较高。
以上处理技术因其优点而得到一定的应用，但也因各自的缺点和局限性而 难以得到推广。微电解技术主要是用铁屑和炭粒作为微电解填料，所以在水处 理反应进行到一段时间后，便出现了堵塞、结块等不利现象，同时微电解反应 进行前和进行后都存在着pH值调节的问题，提高了成本。硫化物沉淀法由于 硫的二次污染严重，且硫化剂的成本较高等缺点使其应用受到限制。膜处理技 术在一定程度上能有效的处理矿山酸性废水，但膜的制备成本及维护费用限制 了该技术的广泛推广。微波法处理成本高，能耗大，设备维护费用贵，且其主 要适用于对含有机物废水的处理。吸附法实质上是依靠吸附剂活性表面对重金 属离子的吸引而去除重金属离子。吸附剂种类很多,最常见的是活性炭，但活 性炭吸附速率较慢，且吸附容量较小，故不适于处理污染物浓度较高的废水; 而活性炭再生程序复杂，也限制了它的使用范围。
这些工艺大多投资成本高，废渣量大等，人工湿地技术占地面积较广，且 不适于处理pH值过低，重金属含量过高的废水。寻找低成本、高效率的酸性 矿山废水处理工艺已成为工业发展亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能处理pH值过低、重金属含量过高的废水且 投资成本低、处理效率高、不产生二次污染的基于压滤作用的矿山酸性废水处 理系统及处理方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于压滤作用的矿山酸性废 水处理系统，它包括一级沉淀区、碱性材料池、碳酸钙中和池、二级沉淀区、 残渣池以及压滤机组，其中，一级沉淀区的废水出口与碱性材料池的废水进口 相连，碱性材料池的废水出口与碳酸钙中和池的废水进口相连，碳酸钙中和池 的废水出口与二级沉淀区的废水进口相连，二级沉淀区为溢流式沉淀池，一级 沉淀区、碱性材料池、碳酸钙中和池以及二级沉淀区底部的残渣出口与残渣池 的残渣进口相连，二级沉淀区下侧的浑浊液出口与残渣池的残渣出口与压滤机 组的进口相连，压滤机组设置有两个出口，其中一个出口回流至一级沉淀区的 废水进口。
所述的一级沉淀区由两个串联接通的一级沉淀池组成。
所述的碱性材料池由三个并联接通的碳床或者碱石灰床组成。
所述的碳酸钙中和池由三个并联接通的碳酸钙床组成。
所述的二级沉淀区中设置有絮凝剂添加装置。
所述的压滤机组上还设置有泥饼出口。
基于压滤作用的矿山酸性废水处理方法，它包含以下的步骤：
(1)将矿山酸性废水排入由两个串联接通的一级沉淀池组成的一级沉淀 区中进行初级物理沉淀，残渣排入残渣池中;
(2)将上一步处理完成的废水排入碱性材料池中进行初级化学沉淀，利 用材料的吸附性能及碱性，初次去除废水中部分重金属离子除去并提升水体的 pH值，残渣排入残渣池中;
(3)将上一步处理完成的废水排入碳酸钙中和池中进行二级化学沉淀， 利用碳酸钙再次调节废水pH值，同时降低部分水中的重金属的含量并阻挡来 自碱性材料池的碱性材料颗粒，残渣排入残渣池中;
(4)将上一步处理完成的废水排入二级沉淀区中进行二级物理沉淀，二 级沉淀区中上层清液直接溢流排放，下层浑浊液在絮凝剂的作用下，小颗粒悬 浮物凝聚为团状聚合物，残渣排入残渣池中;
(5)将二级沉淀区排出的浑浊液和残渣池中的残渣排入压滤机组中进行 固液分离，同时处理废水和残渣，出水达到排放标准时，达标水通过达压滤机 组的出口排放入附近的河流中。
由于大部分矿山酸性废水(特别是矿井废水)中重金属离子大多吸附于悬 浮固体颗粒物上，采用过滤手段可有效降低酸性矿山废水的含量。通过添加絮 凝剂(聚合氯化铝或聚合氯化铁等)将细小颗粒物凝聚为团状聚合物，并结合压 滤的处理手段，可以有效拦截较小颗粒悬浮物，有效降低酸性矿山废水的重金 属含量。
本发明的有益效果在于：综合利用物理、化学的处理方法，处理pH值过 低、重金属含量过高的废水，有效降低了酸性矿山废水的重金属含量，减少了 投资成本低、提高了处理效率高、同时压滤机起到既处理废水又处理残渣的作 用,整个流程可以根据具体的情况选择压滤机的种类及并联安装的数量，不产 生二次污染，效率高、处理量大，自动冲洗、操作方便。
