基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法技术

本发明专利技术公开了基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，采用模拟系统模拟酸性矿山废水的被动处理阶段；所述模拟系统包括检测装置和搅动装置；所述检测装置包括检测传感器和检测控制器；所述搅动装置包括搅拌转轴、搅拌电机和搅拌外壳；所述搅拌外壳内转动连接有搅拌转轴，所述搅拌电机通过搅拌转轴转动连接搅拌外壳，所述搅拌转轴与搅拌外壳之间设有搅拌筒；所述检测传感器设置在搅拌筒的与搅拌转轴之间；所述搅拌筒下方设有容纳石灰石的容纳层；所述容纳层设置在搅拌外壳底端的内壁；本发明专利技术的有益效果是：通过检测装置、搅动装置，将搅拌筒内的流速传递到搅拌外壳内的石灰石，再通过检测传感器和检测控制器，实现准确模拟石灰石溶解。

【技术实现步骤摘要】
基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法
本专利技术涉及废水处理
，具体是基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法。
技术介绍
矿产资源作为人类发展的基础资源，在为社会经济发展提供保障的同时，也不可避免对环境造成污染，大量的尾矿溃坝事故，引发了众多的社会灾难和环境问题，引起了世界范围对矿山废弃物(水)的关注，特别是矿山废水产生的环境问题日益引起人们关注。在各种废弃矿石中，通常含有大量的含硫矿物(如煤矸石、赤铁矿石等)，这些含硫矿石在空气中被氧化产生酸性矿山废水(Acidminedrainage，AMD)。酸性矿山废水具有pH值低、重金属离子浓度高等特点，是产生量大、产生范围广且对环境危害最严重的一类矿山废水。一方面，酸性矿山废水导致受纳水体中酸度增加，对水中生物生长带来不利影响；另一方面，酸性矿山废水中的重金属离子会破坏受纳水体环境，危害渔业和农业生产，污染饮用水源和土壤。因此，酸性矿山废水处理中的关键问题就是中和酸性矿山废水的酸度和去除重金属离子。目前，处理酸性矿山废水的方法可以分为两大类：主动处理和被动处理。主动处理是采用人工投放的方法直接向矿坑水或受矿坑水污染的水体投放碱性物质以中和酸性矿山废水的酸度。这种方法的应用成本通常是很昂贵的，因为主动处理过程中要人为地添加化学药品，对日常运行和维护的要求也较高，不仅处理维护成本较高，而且不利于环保部门的监管。被动处理方法是指使酸性矿山废水流过碱性矿石，利用碱性矿石的溶解达到中和酸度和降低金属离子浓度的目的。被动处理方法不用人为地添加化学药品，只需要考虑一次性的投资，基本不需要运行和维护费用，是一种经济效益很高的酸性矿山废水处理方法，因而目前在世界各国得到了广泛应用。在被动处理方法中，最常用的碱性矿物是石灰石。石灰石的溶解速度是制约被动处理系统效率的主要因素之一。由于石灰石的溶解速度很慢，酸性矿山废水流经石灰石需要的水力停留时间长。如果酸性矿山废水的流量很大，需要的占地面积就较大，会造成投资成本增大，无法体现该方法的优势。建立水动力条件与酸性矿山废水在石灰石中溶解速率的定量关系，可为解决石灰石溶解速度慢的问题提供理论支撑。而目前的模拟废水在石灰石中的溶解速率的实验系统，大多采用缓慢反应的方式，针对不同水动力条件下石灰石在酸性矿山废水中溶解速率，并未给出明确的溶解模型，同时并未给出明确的水动力参数的数据。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，以至少达到准确模拟石灰石溶解过程以及确定水动力参数的目的。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，采用模拟系统模拟酸性矿山废水的被动处理阶段；所述的模拟系统包括检测装置和搅动装置；所述的检测装置包括检测传感器以及检测控制器；所述的搅动装置包括搅拌转轴、搅拌电机以及搅拌外壳；所述的搅拌外壳内转动连接有所述的搅拌转轴，所述的搅拌电机通过搅拌转轴转动连接所述的搅拌外壳，所述的搅拌转轴与所述的搅拌外壳之间设有搅拌筒；所述的搅拌筒底端设有过滤网；所述的检测传感器设置在所述的搅拌筒的与所述的搅拌转轴之间，所述的检测传感器通过电信号连接所述的检测控制器；所述的检测控制器还通过电信号连接有所述的搅拌电机；所述的搅拌筒下方设有容纳石灰石的容纳层；所述的容纳层设置在所述的搅拌外壳底端的内壁。优选的，为了进一步实现准确模拟石灰石溶解过程的目的，所述的搅拌外壳顶端设有取样口、转轴口以及导线入口；所述的转轴口设置在所述的搅拌外壳的顶端圆心处；所述的取样口与导线入口相对所述的转轴口的轴心线所在竖直面对称设置；所述的转轴口内穿设有所述的搅拌转轴；通过设置包括有取样口、转轴口以及导线入口的搅拌外壳顶端，通过采用均匀分布的取样口、转轴口以及导线入口，从而能够通过取样口实时监测酸性废水中的pH数据，再配合检测传感器，从而将不同水动力条件下的石灰石溶解速率的实时数据检测出，进而构建出精准的石灰石在酸性矿山废水中的溶解模型。优选的，为了进一步实现确定水动力参数的目的，所述的容纳层由内到外依次包括容纳一区、容纳二区、容纳三区、容纳四区以及容纳五区；所述的容纳一区所在的轴心与所述的搅拌外壳的圆心的连线处于同一直线；所述的容纳五区抵接所述的搅拌外壳设置；通过将容纳层分区，将下层反应的石灰石表面呈现不同分区，从而能够考察不同分区内的废水中石灰石的溶解情况，达到准确模拟废水溶解的目的。优选的，为了进一步实现确定水动力参数的目的，所述的搅拌转轴的侧壁设有搅拌杆；所述的搅拌杆呈三角形设计；通过三角形设计的搅拌杆，从而将搅拌电机22的动力准确传输给矿山废水，而由于搅拌发生在搅拌筒内，搅拌阶段的紊动动力传输到搅拌外壳内，从而被检测传感器接收，进而准确的测定出石灰石上的流速数据，实现确定水动力参数的目的。优先的，为了进一步实现准确模拟石灰石溶解过程的目的，所述的基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，所述的模拟包括以下步骤：S1选取石灰石矿石，并研磨成与容纳层相适配的形状，随后固定在容纳层内，并抵接搅拌外壳设置，得到固定好的容纳层；S2配制酸性矿山废水，倒入搅拌筒中，同时在搅拌外壳顶端的转轴口内穿设带搅拌电机的搅拌轴，再将检测传感器的导线插入导线入口中，随后将搅拌外壳顶端盖上，开启搅拌电机，控制转速，并开始计时；S3计时后，按设定时间从取样口中取出样品，检测其pH与离子浓度数据，同时记录检测控制器接收到检测传感器的数据；S4待反应结束后，取出石灰石，并收集存储；S5设定不同搅拌电机的转速，并返回S2中，得到不同转速与pH的数据；S6对得到的数据进行溶解模型构建，筛选出确定的转速和石灰石溶解的最佳区域，即为所述的方法；通过上述各个步骤，将搅拌的流速数据与检测的pH数据等综合统计，并构建溶解模型，从而确定最佳的溶解区域和溶解时的流速，进而确定最佳的溶解过程的水动力参数，实现准确模拟石灰石溶解过程的目的。优选的，为了进一步实现确定水动力参数的目的，所述的不同搅拌电机的转速为10rpm、30rpm、60rpm和90rpm；通过采用搅拌电机的不同转速，利用不同转速的水动力条件，从而限定其转动速度的区间，再通过对比不同溶解速率常数，从而确定最佳的转速。优选的，为了进一步实现准确模拟石灰石溶解过程的目的，所述的溶解模型构建包括构建pH与溶解速率的模型以及石灰石不同区域的流速模型；所述的pH与溶解速率的模型具体为：因石灰石溶解产生钙离子，其中一部分在溶液中以游离态存在，一部分与SO42-结合产生了硫酸钙沉淀，另外石灰石中含有碳酸镁杂质，修正得到的石灰石的溶解速率计算公式为：而对于一个均匀的水体，水体中的反应符合一阶动力学反应速率方程，因此溶解速率常数与水体的pH有以下关系式：式中，K为溶解速率常数；pHe为反应达到平衡时的pH值，解微分方程可得ln(pHe-pH)＝-Kt+C将ln(pHe-p本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：采用模拟系统模拟酸性矿山废水的被动处理阶段；所述的模拟系统包括检测装置(1)和搅动装置(2)；所述的检测装置(1)包括检测传感器(11)以及检测控制器(12)；所述的搅动装置(2)包括搅拌转轴(21)、搅拌电机(22)以及搅拌外壳(23)；/n所述的搅拌外壳(23)内转动连接有所述的搅拌转轴(21)，所述的搅拌电机(22)通过搅拌转轴(21)转动连接所述的搅拌外壳(23)，所述的搅拌转轴(21)与所述的搅拌外壳(23)之间设有搅拌筒(24)；所述的搅拌筒(24)底端设有过滤网(25)；/n所述的检测传感器(11)设置在所述的搅拌筒(24)的与所述的搅拌转轴(21)之间，所述的检测传感器(12)通过电信号连接所述的检测控制器(12)；所述的检测控制器(12)还通过电信号连接有所述的搅拌电机(22)；所述的搅拌筒(24)下方设有容纳石灰石的容纳层(26)；所述的容纳层(26)设置在所述的搅拌外壳(23)底端的内壁。/n

【技术特征摘要】
1.基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：采用模拟系统模拟酸性矿山废水的被动处理阶段；所述的模拟系统包括检测装置(1)和搅动装置(2)；所述的检测装置(1)包括检测传感器(11)以及检测控制器(12)；所述的搅动装置(2)包括搅拌转轴(21)、搅拌电机(22)以及搅拌外壳(23)；
所述的搅拌外壳(23)内转动连接有所述的搅拌转轴(21)，所述的搅拌电机(22)通过搅拌转轴(21)转动连接所述的搅拌外壳(23)，所述的搅拌转轴(21)与所述的搅拌外壳(23)之间设有搅拌筒(24)；所述的搅拌筒(24)底端设有过滤网(25)；
所述的检测传感器(11)设置在所述的搅拌筒(24)的与所述的搅拌转轴(21)之间，所述的检测传感器(12)通过电信号连接所述的检测控制器(12)；所述的检测控制器(12)还通过电信号连接有所述的搅拌电机(22)；所述的搅拌筒(24)下方设有容纳石灰石的容纳层(26)；所述的容纳层(26)设置在所述的搅拌外壳(23)底端的内壁。


2.根据权利要求1所述的基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：所述的搅拌外壳(23)顶端设有取样口(231)、转轴口(232)以及导线入口(233)；所述的转轴口(232)设置在所述的搅拌外壳(23)的顶端圆心处；所述的取样口(231)与导线入口(233)相对所述的转轴口(232)的轴心线所在竖直面对称设置；所述的转轴口(232)内穿设有所述的搅拌转轴(21)。


3.根据权利要求1所述的基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：所述的容纳层(26)由内到外依次包括容纳一区(261)、容纳二区(262)、容纳三区(263)、容纳四区(264)以及容纳五区(265)；所述的容纳一区(261)所在的轴心与所述的搅拌外壳(23)的圆心的连线处于同一直线；所述的容纳五区(265)抵接所述的搅拌外壳(23)设置。


4.根据权利要求1所述的基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：所述的搅拌转轴(21)的侧壁设有搅拌杆(211)；所述的搅拌杆(211)呈三角形设计。


5.根据权利要求1-4任一项所述的基于水动力因素提高酸性矿山废水处理效率的方法，其特征在于：所述的模拟包括以下步骤：
S1选取石灰石矿石，并研磨成与容纳层(26)相适配的形状，随后固定在容纳层(26)内，并抵接搅拌外壳(23)设置，得到固定好的容纳层(26)；
S2配制酸性矿山废水，倒入搅拌筒(24)中，同时在搅拌外壳(23)顶端的转轴口(232)内穿设带搅拌电机(22)的搅拌轴(21)，再将检测传感器(11)的导线插入导线入口(233)中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲迅赤，赵高磊，郭佳雯，刘兵，杨永安，梁瑞峰，王远铭，李克锋，李然，
申请(专利权)人：四川大学，遂宁市生态环境安全应急中心，西华师范大学，
类型：发明
国别省市：四川;51