厌氧甲烷-氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种厌氧甲烷

【技术实现步骤摘要】
厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统及方法


[0001]本专利技术属于废弃矿洞污染微生物原位修复
，公开了一种厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统及方法。

技术介绍

[0002]中国是一个矿产资源丰富的国家，矿业发展历史悠久。矿业开发在促进整个社会经济发展和基础设施建设中发挥了重要作用。然而，随着经济的不断变化，矿产资源的开发正逐渐被消除。矿山开采后，会留下很多废弃矿洞，矿区内的大气降水、地表和地下径流的水体等通过各种通道渗入矿洞中，导致矿洞内产生大量酸性废水。当未经处理或部分处理就排放时，酸性矿井废水能引起周边土壤与水体酸化和重金属污染。这将导致土壤肥力下降、粮食减产、水生生物死亡，并直接或间接地威胁人类健康。
[0003]废弃矿洞内的硫化物矿物被含氧水体中的氧气氧化为硫酸，导致pH下降，有毒重金属释放，产生大量含有重金属的酸性废水，并出现矿洞废水外溢现象。更糟糕的是，由于含氧水体常年侵入废弃矿洞内，连续不断地产生酸性废水，持续时间可能长达几十年。并且随着硫化物矿物的氧化溶解，矿山岩石中的裂隙会越来越大，更多的裂隙水进入矿洞内，产生越来越多的酸性废水。目前已有的方法主要是对排出矿洞的酸性废水进行被动的洞外集中处理，具体方法包括中和沉淀、硫化沉淀、膜过滤等。虽然石灰中和法处理单位废水的成本不高，但对于长年累月、越来越多的废水，其处理能力也是非常有限的。并且，废弃矿洞经济价值不高，难以投入巨额资金进行运行维护，亟需主动的矿山废水抑制与洞内分散式处理技术。因此，提出了一种利用厌氧甲烷—氨氧化菌群原位源头控制废弃矿洞酸性废水的方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。其原理如下：
[0004][0005][0006]通过上述分析可知，现有的洞外集中处理技术虽然技术简单，单位废水的处理成本不高，但不能抑制酸性废水的产生，常年处理成本较高，且处理后往往产生大量含有毒重金属的废渣，危废处理成本高，存在二次污染风险。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术公开了厌氧甲烷—氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统及方法，从而达到控制废弃矿洞酸性废水的目的。
[0008]本专利技术采用的具体技术方案如下：
[0009]第一方面，本专利技术提供了厌氧甲烷—氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统，包括密封墙、出水抬升井、中和池、出水缓冲池、人工湿地和混合气体装置；
[0010]所述密封墙设置在废弃矿洞的废水外排通道的洞口处，能将该洞口完全密封，密封墙上开设有贯通的接种物喷洒口；废弃矿洞内部设有用于测量气压数据的气压计和用于
测量液位数据的液位计，底部液面下设有曝气管；所述曝气管通过带有第二阀门的气体连接管与位于废弃矿洞外部的混合气体装置连通，混合气体装置上设有用于测量内部气压的压力表；所述废弃矿洞外设有第一出水堰，第一出水堰与密封墙之间构成出水抬升井；所述出水抬升井底部通过设有第一阀门的出水连通管与废弃矿洞内连通，使废弃矿洞内的废水能通过出水连通管进入出水抬升井；所述出水抬升井内设有用于测量废水指标的第一pH探头和电导率探头；所述第一出水堰外间隔设有第二出水堰，两者之间的区域作为用于调节废水pH的中和池；中和池依次与出水缓冲池和人工湿地连通，出水缓冲池中设有第二pH探头。
[0011]作为优选，所述气体连接管以及接种物喷洒口均贯穿并连通密封墙内外两侧。
[0012]作为优选，所述接种物喷洒口投加的接种物为广泛存在于海底沉积物和厌氧发酵污泥混合物中的硫酸盐型厌氧氨氧化微生物和硫酸盐型厌氧甲烷氧化微生物，海底沉积物和厌氧发酵污泥的混合质量比(0.5～2):1，接种量为2～10kg/m3。
[0013]作为优选，所述混合气体装置中储存有甲烷、氨气、二氧化碳和氮气组成的还原性混合气体；所述还原性混合气体的组分在运行初期的体积比分别为1％甲烷、4％氨气、1％二氧化碳和94％氮气；当所述第二pH探头监测到的pH值超过6.0并维持一周后，则还原性混合气体组分的体积比分别为0.5％甲烷、0.5％氨气、1％二氧化碳和98％氮气。
[0014]作为优选，所述中和池中放置有粒径为0.5～5cm的石灰石。
[0015]作为优选，所述中和池中放置的石灰石投加量为0.2t/m3～2t/m3。
[0016]作为优选，所述第一阀门为蝶阀；所述第二阀门为电磁阀。
[0017]作为优选，所述控制系统还包括GPRS移动通信系统。
[0018]进一步的，所述GPRS移动通信控制系统通过通讯线路与液位计、气压计、第一pH探头、电导率探头、第二pH探头、压力表、第一阀门和第二阀门连接以进行监测或控制。
[0019]第二方面，本专利技术提供了一种利用第一方面任一所述的厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制系统抑制酸性矿山废水产生的方法，具体步骤如下：
[0020]S1：通过接种物喷洒口向废弃矿洞内投加接种物，投加后立即密封接种物喷洒口，防止漏气；
[0021]S2：打开混合气体装置上连接的第二阀门，使还原性混合气体通过气体连接管和曝气管进入废弃矿洞内曝气，通过气压计实时监测废弃矿洞内的气压；同时通过混合气体装置上的压力表以监测装置内部压力情况；
[0022]S3：利用曝气管将混合气体装置内的还原性混合气体与废弃矿洞内的废水混合曝气后，并立即打开出水连通管上的第一阀门，使废弃矿洞内废水进入出水抬水井，使用第一pH探头和电导率探头采集数据；
[0023]S4：出水抬水井的出水通过第一出水堰进入中和池，在中和池中对出水进行中和后，废水通过第二出水堰进入到出水缓冲池，经过出水缓冲池作用后，通过第二pH探头检测水质pH值，将出水排入人工湿地进行二级处理。
[0024]作为优选，当上述第二pH探头端的pH值低于6.0时，更换中和池中的石灰石材料。
[0025]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0026]1)还原性气体可以扩散到洞内的每个角落和缝隙，可以消耗洞内氧气、抑制硫化物矿物氧化，还可以还原硫酸根为硫化物矿物、固定重金属并填补矿山裂隙，从根本上减少
酸性矿山废水的产生，所以本专利技术是一种主动的、分散的洞内原位控制技术，是一种治标又治本的方法；
[0027]2)废弃矿洞失去经济利用价值，地方难以长期投入巨额资金进行处理，所以必须降低日常运行维护的成本；本专利技术涉及的所有材料都无毒无害、且廉价易得，其中氨气除了消耗氧气、还原硫酸根的作用外，还具有中和酸性废水pH的作用；废弃矿洞通常比较偏远且分散，本专利技术利用GPRS移动通信系统，远程监测与控制处理系统的运行情况，大幅降低人力和交通成本，提高工作效率。
附图说明
[0028]图1为厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统的结构示意图。
[0029]图中标记为：废弃矿洞1、密封墙2、出水抬升井3、第一出水堰4、中和池5、第二出水堰6、出水缓冲池7、人工湿地8、混本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统，其特征在于，包括密封墙(2)、出水抬升井(3)、中和池(5)、出水缓冲池(7)、人工湿地(8)和混合气体装置(9)；所述密封墙(2)设置在废弃矿洞(1)的废水外排通道的洞口处，能将该洞口完全密封，密封墙(2)上开设有贯通的接种物喷洒口(14)；废弃矿洞(1)内部设有用于测量气压数据的气压计(13)和用于测量液位数据的液位计(12)，底部液面下设有曝气管(11)；所述曝气管(11)通过带有第二阀门(21)的气体连接管(22)与位于废弃矿洞(1)外部的混合气体装置(9)连通，混合气体装置(9)上设有用于测量内部气压的压力表(20)；所述废弃矿洞(1)外设有第一出水堰(4)，第一出水堰(4)与密封墙(2)之间构成出水抬升井(3)；所述出水抬升井(3)底部通过设有第一阀门(16)的出水连通管(15)与废弃矿洞(1)内连通，使废弃矿洞(1)内的废水能通过出水连通管(15)进入出水抬升井(3)；所述出水抬升井(3)内设有用于测量废水指标的第一pH探头(17)和电导率探头(18)；所述第一出水堰(4)外间隔设有第二出水堰(6)，两者之间的区域作为用于调节废水pH的中和池(5)；中和池(5)依次与出水缓冲池(7)和人工湿地(8)连通，出水缓冲池(7)中设有第二pH探头(19)。2.根据权利要求1所述的厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统，其特征在于，所述气体连接管(22)以及接种物喷洒口(14)均贯穿并连通密封墙(2)内外两侧。3.根据权利要求1所述的厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统，其特征在于，所述接种物喷洒口(14)投加的接种物为海底沉积物和厌氧发酵污泥的混合物，海底沉积物和厌氧发酵污泥的混合质量比为(0.5～2):1，接种量为2～10kg/m3。4.根据权利要求1所述的厌氧甲烷
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氨氧化菌群原位控制矿洞酸性废水系统，其特征在于，所述混合气体装置(9)中储存有甲烷、氨气、二氧化碳和氮气组成的还原性混合气体；所述还原性混合气体的组分在运行初期的体积比分别为1％甲烷、4％氨气、1％二氧化碳和94％氮气；当所述第二pH探头(19)监测到的pH值超过6.0并维持一周后，则还原性混合气体组分的体积比分别为0.5％甲烷、0.5％氨气、1％二氧化碳和98％氮气...

【专利技术属性】
技术研发人员：何崭飞，徐瑶，沈佳泉，范丽俊，张道勇，潘响亮，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：