充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法。酸性礦山廢水（AMD）從廢水池流入主反應池，二池的液位差使其以一定流速從主反應池底部進入；反應產(chǎn)生的CO2和AMD使碳酸鹽巖顆粒始終處于懸浮擾動狀態(tài)，經(jīng)反應后的渾濁液以跌水方式流經(jīng)跌水擋板進入澄清池，上清液由出水管排出，沉積物經(jīng)排泥管從澄清池底部排出。采用本發(fā)明的方法能使反應原材料碳酸鹽巖能充分被消耗，延長了系統(tǒng)壽命且能穩(wěn)定運行，日處理污水總量可觀，能承受水質變化沖擊，操作簡便，運行成本低。
【專利說明】充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法。
【背景技術】
[0002]近年來，我國加大了礦產(chǎn)資源的開采，然而對酸性礦山廢水(acid minedrainage,以下簡稱AMD)的處理卻沒有達到應有的程度。大量硫化物礦石在分離礦產(chǎn)有效價值成份后，被棄至于廢石堆、尾礦庫、洗礦槽等處，在地表與大氣和雨水接觸逐漸氧化產(chǎn)生了大量硫酸類的酸性廢水，同時溶解有毒理性較高的重金屬離子，影響水環(huán)境，污染生活生產(chǎn)用水。
[0003]AMD的處理主要分為主動處理、被動(間接)處理及生物生態(tài)處理。主動處理主要是直接加藥中和，存在消耗大量藥劑且沉積物過多的問題；生物生態(tài)處理主要利用植物和微生物處理，存在著植物和微生物抵抗AMD的能力差處理時間長的問題。所以，眾多研究者采用被動(間接)處理，即使用碳酸鹽型巖石(CaCO3含量高于90%)作為中和AMD的經(jīng)濟優(yōu)選方案。然而在實際生產(chǎn)過程中，普遍存在反應物巖石表面易沉積鐵的氫氧化物及鈣鎂的硫酸鹽類等反應產(chǎn)物，影響反應速度和進行程度；出水堿度不夠，出水金屬離子濃度較高；反應速率較慢，不能滿足生產(chǎn)要求等問題。為了使生成的鐵的氫氧化物及鈣鎂的硫酸鹽類的物質不沉積于巖石表面，研究人員作了許多努力:在利用碳酸鹽巖AMD處理的前期，利用好氧微生物生長需要消耗溶解氧的原理，加入有機質消耗AMD內的溶解氧，后續(xù)反應在無氧狀態(tài)下進行，以避免Fe (2+)氧化成Fe (3+)并形成氫氧化物沉積在巖石表面，待堿度提高了再復氧以利于金屬離子沉積，然而這種利用好氧微生物分解有機物達到去除氧的方法，受到微生物活性耐進水水質沖擊的抵抗能力、有機物對后續(xù)巖石的堵塞以及氧的去除程度不理想等不利因素限制。利用AMD流經(jīng)尺寸由大到小的碳酸鹽巖來達到前期沉積鐵的氫氧化物和鈣鎂的硫酸鹽而不易堵塞后續(xù)處理，延長水力停留時間的方法來達到去除效果，同樣存在著不同尺寸巖石酸中和潛力利用不充分的問題。總的來說，幾種利用石灰?guī)r處理AMD都存在著反應巖石酸中和潛力利用不充分、系統(tǒng)壽命短、抗進水變化能力弱、處理污水總量小及速度慢等問題，不能滿足礦山實際生產(chǎn)所產(chǎn)生廢水的處理需求。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是改進碳酸鹽巖處理酸性礦山廢水中存在碳酸鹽巖的酸中和能力未能充分利用的問題。提供一種利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法，能使碳酸鹽巖石充分被消耗，延長了系統(tǒng)壽命且能穩(wěn)定運行， 日處理污水總量可觀，能承受水質變化沖擊,運行成本低等優(yōu)點。
[0005]具體步驟為:
(I)建造一個廢水處理裝置，包括廢水池、進水管、碳酸鹽巖、主反應池、跌水擋板、澄清池、出水管和排泥管；廢水池通過進水管與主反應池相連，廢水池位置高于主反應池；主反應池底部為倒圓錐體設計，內部加入粒徑小于或等于3.0cm的碳酸鹽巖到錐體高度的1/2(靜止時)，主反應池通過跌水擋板與澄清池相連；澄清池為倒錐體形的池體設計，澄清池頂部連接出水管，底部連接排泥管。[0006]廢水池底部與主反應池液面液位差大于或等于4.6m，滿足其在主反應池底部產(chǎn)生6m/s的上升流速,該流速能使主反應池厚度1.5-2.5m的碳酸鹽巖顆粒進入懸浮狀態(tài)。[0007](2)酸性礦山廢水從廢水池在一定水頭下經(jīng)進水管流入主反應池；利用進水處截面積小流速大的特點，使碳酸鹽巖顆粒始終處于撓動狀態(tài)，出水處截面積大流速小，利于較大顆粒的重復使用。[0008](3)主反應池的渾濁液流經(jīng)跌水擋板，使混合液充分復氧后進入澄清池；澄清池倒錐體形的池體設計，利于沉積的底泥利用重力從排泥管排出，上清液由出水管排出。[0009]本發(fā)明的利用碳酸鹽巖處理酸性礦業(yè)廢水的原理為:酸性礦山廢水(AMD)從儲水池流入主反應池，在主反應池內產(chǎn)生的CO2氣體和上升的酸性廢水與碳酸鹽巖顆粒接觸摩擦，中和過程中產(chǎn)生的鹽類物質和鐵的沉淀物不能在顆粒物表面沉著，保持顆粒物表面的反應活性，充分利用其酸中和潛力，經(jīng)反應后的渾濁液以跌水方式流經(jīng)跌水擋板進入澄清池，上清液由出水管排出，沉積物經(jīng)排泥管從澄清池底部排出。[0010]本發(fā)明的顯著特點在于:①主反應池底部的倒圓錐體設計，底部進水產(chǎn)生的上升流速使碳酸鹽巖顆粒形成懸浮流態(tài)，使碳酸鹽巖顆粒保持攪動摩擦，脫落附著在碳酸鹽巖表面的絮體或沉淀，不斷使石灰石出現(xiàn)新的可反應表面主反應池的截面尺寸:借鑒濾池反沖洗的特點，底部截面積為頂部截面積的1%，流入流速為不小于6m/s ;③儲水池底部與主反應池的上液面差:以一定體積的水流的勢能轉化為同等體積密度為水的2.3-2.5倍的巖石顆粒的動能的能量守恒原理核算，以流速6m/s，錐體高lm，母線與地面夾角為60°計算，故作用自由水頭應將保持在4.6m以上；④這種設計能保持池底部流速大、撓動較強，利于碳酸鹽巖充分反應，而頂部流速較緩，利于未充分反應的巖石下沉繼續(xù)反應，而充分反應后形成的絮體及沉淀物等渾濁液流入澄清池；⑤主反應池中產(chǎn)生的CO2氣體，也能對池內碳酸鹽巖石產(chǎn)生攪動作用；⑥在澄清池頂部設置跌水版，讓流入澄清池的渾濁水復氧?’⑦澄清池底部設排泥管，頂部設出水管主反應池和儲水池都可以植入地下以降低液面。[0011]本方法與現(xiàn)有處理設計而言，優(yōu)點在于:反應過程中產(chǎn)生的鐵的氫氧化物、鈣鎂的硫酸鹽絮體及其他沉淀物會在水力攪動、反應產(chǎn)生的二氧化碳氣體摩擦下脫落，保持AMD與碳酸鹽巖表面的反應持續(xù)進行；碳酸鹽巖在主反應池內能被充分利用，充分反應后的殘體、絮體及沉淀物都隨水流進去澄清池不在主反應池內沉積，只需要定期加入石灰石巖石即可長期運行；污泥經(jīng)排泥管利用水靜壓力排出，沿程短，利于實際運行；主反應池、澄清池、排泥管和出水管各只設一個，簡單方便，投資低，運行管理方便。[0012]本方法出水堿度能達到280mg/L (以CaCO3計)以上，平均pH值達到6.70以上；原生金屬 Fe (3+)、Fe (2+)、和 Mn (2+)進水濃度分別為 42.10mg/L、142.04mg/L、37.21mg/L,出水濃度則分別為1.35mg/L、0.39mg/L、8.50mg/L。同時對次金屬砷、鎘、鉛、銅、鋅都有較好的去除效果。本發(fā)明使用碳酸鹽類巖石可以是普通石灰石、白云石等價廉易得的巖類，能達到很好的處理效果，實際運行方便，操作簡單，管理方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，處理速度快，承受水質變化沖擊能力強，運行成本低。對采用經(jīng)濟高效的手法保護周邊環(huán)境提供了很好的參考。【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例的廢水處理裝置結構示意圖。
[0014]圖中標記:1-廢水池，2-進水管，3-碳酸鹽巖，4-主反應池，5-跌水擋板，6_澄清池，7-出水管，8-排泥管。
【具體實施方式】
[0015]實施例:
(I)在某礦床附近采用埋入式建造一個廢水處理裝置，包括廢水池1、進水管2、碳酸鹽巖3、主反應池4、跌水擋板5、澄清池6、出水管7和排泥管8。廢水池I通過進水管2與主反應池4相連，廢水池I位置高于主反應池4 ;主反應池4底部為倒圓錐體設計，內部加入粒徑小于或等于3.0cm的碳酸鹽巖3到錐體高度的1/2 (靜止時)，主反應池4通過跌水擋板5與澄清池6相連；澄清池6為倒錐體形的池體設計，澄清池6頂部連接出水管7，底部連接排泥管8。
[0016](2)酸性礦山廢水從廢水池I在一定水頭下經(jīng)進水管2流入主反應池4 ;利用進水處截面積小流速大的特點，使碳酸鹽巖4顆粒始終處于撓動狀態(tài),出水處截面積大流速小，利于較大顆粒的重復使用。
[0017](3)主反應池4的渾濁液流經(jīng)跌水擋板5，使混合液充分復氧后進入澄清池6 ;澄清池6倒錐體形的池體設計，利于沉積的底泥利用重力從排泥管8排出，上清液由出水管7排出。
[0018]利用此設計方案，穩(wěn)定運行10天，在每天的同一時間、同一地點取樣測定的結果見表1。
[0019]表1:
【權利要求】
1.一種利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法，特征在于具體步驟為: (1)建造一個廢水處理裝置，包括廢水池、進水管、碳酸鹽巖、主反應池、跌水擋板、澄清池、出水管和排泥管；廢水池通過進水管與主反應池相連，廢水池位置高于主反應池；主反應池底部為倒圓錐體設計，靜止時，內部加入粒徑小于或等于3.0cm的碳酸鹽巖到錐體高度的，主反應池通過跌水擋板與澄清池相連；澄清池為倒錐體形的池體設計，澄清池頂部連接出水管，底部連接排泥管； 廢水池底部與主反應池液面液位差大于或等于4.6m，滿足其在主反應池底部產(chǎn)生6m/s的上升流速，該流速能使主反應池厚度1.5-2.5m的碳酸鹽巖顆粒進入懸浮狀態(tài)； (2)酸性礦山廢水從廢水池在一定水頭下經(jīng)進水管流入主反應池；利用進水處截面積小流速大的特點，使碳酸鹽巖顆粒始終處于撓動狀態(tài)，出水處截面積大流速小，利于較大顆粒的重復使用； (3)主反應池的渾濁液流經(jīng)跌水擋板，使混合液充分復氧后進入澄清池；澄清池倒錐體形的池體設計，利于沉積的底泥.利用重力從排泥管排出，上清液由出水管排出。
【文檔編號】C02F1/66GK103466778SQ201310466544
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年10月9日 優(yōu)先權日:2013年10月9日
【發(fā)明者】曹長春, 劉友亮, 程杰, 寧詩婷, 曲旦泰來 申請人:桂林理工大學