一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種煤礦酸性廢水的井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)屬于水污染控制工程技術(shù)領(lǐng)。本發(fā)明包括進(jìn)水槽、生物可滲透性反應(yīng)墻體、出水池，所述進(jìn)水槽高出采空區(qū)地面0.3~0.5m，所述生物可滲透反應(yīng)墻體有四層，依次由緩沖保護(hù)墻、鐵粉可滲透反應(yīng)墻、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻，緩沖保護(hù)墻組成；所述出水池為分段隔板式，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中生物可滲透墻體內(nèi)始終為充水厭氧狀態(tài)；該系統(tǒng)設(shè)置在煤礦采空區(qū)，避免了地面處理的占地、污染環(huán)境、需敷設(shè)長(zhǎng)距離輸送管道等缺點(diǎn)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全、高效，運(yùn)行過程中無需人工值守。本發(fā)明是在傳統(tǒng)PRB的基礎(chǔ)上，以麥飯石固定混合硫酸鹽還原菌構(gòu)建了具有生物強(qiáng)化功能的新型PRB。
【專利說明】一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水污染控制工程【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種煤礦酸性廢水的井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]可滲透反應(yīng)墻(permeable reactive barrier,簡(jiǎn)稱PRB)是目前歐美等許多發(fā)達(dá)國(guó)家新興起來的用于原位去除地下水及土壤中污染組分的新方法。美國(guó)環(huán)保署(USEPA)1998年發(fā)行的《污染物修復(fù)的PRB技術(shù)》將PRB定義為:在底下安置活性材料墻體以攔截污染羽狀體，使羽狀體通過反應(yīng)介質(zhì)后，其污染物能轉(zhuǎn)化為環(huán)境可接受的另一種形式，從而實(shí)現(xiàn)使污染物濃度達(dá)到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)。由于PRB技術(shù)原位處理煤礦酸性廢水具有作用時(shí)間長(zhǎng)、處理能力強(qiáng)、操作及維護(hù)費(fèi)用也極具經(jīng)濟(jì)效益而備受關(guān)注，國(guó)外已有工程實(shí)踐應(yīng)用，并取得了良好的修復(fù)效果。然而傳統(tǒng)PRB技術(shù)修復(fù)高鐵錳硫酸鹽含氨氮的煤礦酸性廢水，往往需要多種活性材料的復(fù)合才能達(dá)到較好的處理效果，不僅施工難度大，而且由于活性填料之間的相互作用降低了 PRB滲透性能，極大了縮短使用壽命。
[0003]目前煤礦酸性廢水治理技術(shù)，主要分為抽出-地面處理與原位被動(dòng)處理兩類。傳統(tǒng)抽出-地面處理的中和法處理成本高、污泥處置不當(dāng)易造成二次污染，濕地法處理效果隨季節(jié)波動(dòng)性較大。近年來，以硫酸鹽還原菌(sulfate-reducing bacteria,簡(jiǎn)稱SRB)為優(yōu)勢(shì)菌種的微生物法因具有處理的徹底性、環(huán)境的友好性、經(jīng)濟(jì)的節(jié)約性，逐漸成為煤礦酸性廢水治理研究的熱點(diǎn)。但是在應(yīng)用過程中也暴露出許多問題，例如高濃度重金屬離子及強(qiáng)酸對(duì)SRB的抑制、往往需要添加多種營(yíng)養(yǎng)鹽促進(jìn)其生長(zhǎng)繁殖等。大量的研究表明，F(xiàn)e0具有增強(qiáng)SRB環(huán)境耐受力和提高活性的作用，將其與SRB協(xié)同應(yīng)用于煤礦酸性廢水及重金屬?gòu)U水處理已有較多研究報(bào)道，但其研究成果離實(shí)際工程應(yīng)用還有相當(dāng)距離。
[0004]因此，充分利用煤礦采空區(qū)構(gòu)建既不影響煤礦安全生產(chǎn)又不占用地面土地資源的井下原位修復(fù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)混合硫酸鹽還原菌法與PRB技術(shù)的耦合達(dá)到高鐵錳硫酸鹽含氨氮的煤礦酸性廢水資源化的處理，不僅能夠增強(qiáng)PRB的處理能力，提高使用壽命，同時(shí)也能取得顯著的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及社會(huì)效益，對(duì)保持礦區(qū)地下水自然平衡也會(huì)起到一定的積極作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)煤礦酸性廢水高鐵錳硫酸鹽含氨氮及低pH和COD的特點(diǎn)，針對(duì)傳統(tǒng)PRB易堵塞、處理效果不佳以及硫酸鹽還原菌易受低pH、高濃度重金屬抑制的問題，提出了將混合硫酸鹽還原菌與PRB技術(shù)耦合構(gòu)建煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，設(shè)置于煤礦采空區(qū)，底面及側(cè)面經(jīng)過防滲處理；包括進(jìn)水槽、生物可滲透性反應(yīng)墻體、出水池，所述進(jìn)水槽高出采空區(qū)地面0.3^0.5m，所述生物可滲透反應(yīng)墻體有四層，依次由緩沖保護(hù)墻、鐵粉可滲透反應(yīng)墻、生物麥飯 石可滲透反應(yīng)墻，緩沖保護(hù)墻組成；所述出水池為分段隔板式，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中生物可滲透墻體內(nèi)始終為充水厭氧狀態(tài)；煤礦酸性廢水在進(jìn)水槽前匯集自然沉淀，在重力的作用下首先流入緩沖保護(hù)墻，再依次流經(jīng)鐵粉可滲透反應(yīng)墻、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻和緩沖保護(hù)墻，經(jīng)過生物-非生物協(xié)同處理之后流入出水池。
[0007]所述進(jìn)水槽、生物可滲透反應(yīng)墻體、出水池三部分的比例要根據(jù)特定煤礦酸性廢水的實(shí)際水質(zhì)狀況、出水指標(biāo)要求等因素確定。
[0008]所述緩沖保護(hù)墻裝填的是粒徑2~5mm石英砂與粒徑0.5~lmm鐵粉按10:1的體積比均勻混合構(gòu)成的混合填料。
[0009]所述鐵粉可滲透反應(yīng)墻是由粒徑f2mm的鐵粉構(gòu)成。
[0010]所述生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻是以麥飯石為填充材料固定經(jīng)過富集培養(yǎng)的混合硫酸鹽還原菌而構(gòu)成。所述混合硫酸鹽還原菌污泥為污水廠二沉池污泥用富集培養(yǎng)液經(jīng)4周培養(yǎng)所得。
[0011 ] 緩沖保護(hù)墻裝填的是粒徑2~5mm石英砂與粒徑0.5~lmm鐵粉按10:1的體積比均勻混合構(gòu)成的混合填料，一方面起到模擬含水層均勻布水的作用；另一方面通過所含鐵粉與進(jìn)水中的溶解氧作用，緩解后續(xù)鐵粉可滲透反應(yīng)墻的粘固結(jié)塊，提高鐵粉利用率。
[0012]鐵粉可滲透反應(yīng)墻其作用在于提高煤礦酸性廢水的pH值，降低氧化還原電位，維持厭氧環(huán)境，為生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻中的混合硫酸鹽還原菌提供電子供體H2，同時(shí)以物理、化學(xué)作用去除部分錳和氨氮。
[0013]所述生物麥飯 石可滲透反應(yīng)墻是以麥飯石為填充材料固定經(jīng)過富集培養(yǎng)的混合硫酸鹽還原菌而構(gòu)成，混合硫酸鹽還原菌在異化代謝硫酸鹽的同時(shí)實(shí)現(xiàn)鐵錳氨氮等多種污染物的同步去除。
[0014]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)及效果:
(I)該系統(tǒng)設(shè)置在煤礦采空區(qū)，避免了地面處理的占地、污染環(huán)境、需敷設(shè)長(zhǎng)距離輸送管道等缺點(diǎn)。
[0015](2)該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、安全、高效，運(yùn)行過程中無需人工值守。
[0016](3)本發(fā)明是在傳統(tǒng)PRB的基礎(chǔ)上，以麥飯石固定混合硫酸鹽還原菌構(gòu)建了具有生物強(qiáng)化功能的新型PRB。
[0017](4)本發(fā)明成功實(shí)現(xiàn)硫酸鹽還原菌處理煤礦酸性廢水的實(shí)踐應(yīng)用，系統(tǒng)在運(yùn)行過程中無需另加碳源及無機(jī)營(yíng)養(yǎng)源。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)的示意圖，其中I進(jìn)水槽，2緩沖保護(hù)墻，3鐵粉可滲透反應(yīng)墻、4生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻，5第一出水池，6第二出水池。
[0019]圖2為本發(fā)明煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)相對(duì)位置圖。【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0021]以下實(shí)施例中麥飯石取自遼寧省阜新市，粒徑為0.3^0.6mm。[0022]一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，設(shè)置于煤礦采空區(qū)，底面及側(cè)面經(jīng)過防滲處理；包括進(jìn)水槽1、生物可滲透反應(yīng)墻體、出水池，所述進(jìn)水槽I高出采空區(qū)地面0.3^0.5m，所述生物可滲透反應(yīng)墻體有四層，依次由緩沖保護(hù)墻2、鐵粉可滲透反應(yīng)墻3、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻4，緩沖保護(hù)墻2組成；所述出水池為分段隔板式，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中生物可滲透墻體內(nèi)始終為充水厭氧狀態(tài)。煤礦酸性廢水在進(jìn)水槽前匯集自然沉淀，在重力的作用下首先流入緩沖保護(hù)墻2，再依次流經(jīng)鐵粉可滲透反應(yīng)墻3、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻4和緩沖保護(hù)墻2，經(jīng)過生物-非生物協(xié)同處理之后流入出水池。
[0023]所述進(jìn)水槽1、生物可滲透反應(yīng)墻體、出水池三部分的比例要根據(jù)特定煤礦酸性廢水的實(shí)際水質(zhì)狀況、出水指標(biāo)要求等因素確定。
[0024]所述緩沖保護(hù)墻裝填的是粒徑2~5mm石英砂與粒徑0.5~lmm鐵粉按10:1的體積比均勻混合構(gòu)成的混合填料。
[0025]所述鐵粉可滲透反應(yīng)墻是由粒徑f 2mm的鐵粉構(gòu)成。
[0026]所述生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻是以麥飯石為填充材料固定經(jīng)過富集培養(yǎng)的混合硫酸鹽還原菌而構(gòu)成。所述混合硫酸鹽還原菌污泥為污水廠二沉池污泥用富集培養(yǎng)液經(jīng)4周培養(yǎng)所得。
[0027]本發(fā)明煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物PRB系統(tǒng)的示意圖如圖1所示，在完成系統(tǒng)框架建設(shè)后，將各活性填料同步裝填到相應(yīng)的位置，然后向系統(tǒng)內(nèi)注滿煤礦酸性廢水，此時(shí)再向麥飯石反應(yīng)墻內(nèi)接種經(jīng)過富集培養(yǎng)的混合硫酸鹽還原菌污泥，在連續(xù)進(jìn)、出水的條件下開始啟動(dòng)系統(tǒng)。經(jīng)過約2周的連續(xù)處理可以完成啟動(dòng)。
[0028]運(yùn)行時(shí)，經(jīng)過預(yù)沉淀的煤礦酸性廢水首先進(jìn)入進(jìn)水槽1，在重力的作用下慢慢滲入緩沖保護(hù)墻2，然后依次進(jìn)過鐵粉可滲透反應(yīng)墻3、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻4、緩沖保護(hù)墻2，進(jìn)入第一出水池5，最后溢流進(jìn)入第二出水池6。進(jìn)過處理的水可以回用于煤礦的生產(chǎn)生活作業(yè)。
[0029]實(shí)施例1
某煤礦礦井水的特征污染物有S042_、Fe2+、Mn2+、NH3-N, pH值及COD較低，在煤礦所處不同的地質(zhì)埋藏條件下所形成的礦井水各指標(biāo)差別較大。為此建造了尺寸為55cnT 10 cm ?Οcm的小試系統(tǒng)，進(jìn)行了模擬試驗(yàn)研究，煤礦酸性廢水水質(zhì)如下:
【權(quán)利要求】
1.一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，設(shè)置于煤礦采空區(qū)，底面及側(cè)面經(jīng)過防滲處理；其特征在于包括進(jìn)水槽、生物可滲透反應(yīng)墻體、出水池，所述進(jìn)水槽高出采空區(qū)地面0.3^0.5m，所述生物可滲透反應(yīng)墻體有四層，依次由緩沖保護(hù)墻、鐵粉可滲透反應(yīng)墻、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻，緩沖保護(hù)墻組成；所述出水池為分段隔板式，保證系統(tǒng)在運(yùn)行過程中生物可滲透反應(yīng)墻體內(nèi)始終為充水厭氧狀態(tài)；煤礦酸性廢水在進(jìn)水槽前匯集自然沉淀，在重力的作用下首先流入緩沖保護(hù)墻，再依次流經(jīng)鐵粉可滲透反應(yīng)墻、生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻和緩沖保護(hù)墻，經(jīng)過生物-非生物協(xié)同處理之后流入出水池。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，其特征在于所述進(jìn)水槽、生物可滲透反應(yīng)墻體、出水池三部分的比例要根據(jù)特定煤礦酸性廢水的實(shí)際水質(zhì)狀況、出水指標(biāo)要求等因素確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，其特征在于所述緩沖保護(hù)墻裝填的是粒徑2~5mm石英砂與粒徑0.鐵粉按10:1的體積比均勻混合構(gòu)成的混合填料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，其特征在于所述鐵粉可滲透反應(yīng)墻是由粒徑2mm的鐵粉構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦酸性廢水井下原位修復(fù)的生物可滲透反應(yīng)墻系統(tǒng)，其特征在于所述生物麥飯石可滲透反應(yīng)墻是以麥飯石為填充材料固定經(jīng)過富集培養(yǎng)的混合硫酸鹽還原菌而構(gòu)成，所述混合硫酸鹽還原菌污泥為污水廠二沉池污泥用富集培養(yǎng)液經(jīng)4周培養(yǎng)所得。
【文檔編號(hào)】C02F3/34GK103755043SQ201410058998
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月21日
【發(fā)明者】狄軍貞, 鮑娟, 郭旭穎, 江富, 朱志濤, 戴男男 申請(qǐng)人:遼寧工程技術(shù)大學(xué)