一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统和方法技术方案

本发明专利技术提供了一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统和方法，其方法包括以下步骤：(1)将天然菱镁矿破碎、煅烧、研磨，得到菱镁矿细颗粒；(2)将步骤(1)中煅烧菱镁矿细颗粒与松木刨花按照比例1：1混合均质，构建煅烧菱镁矿

【技术实现步骤摘要】
一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统和方法


[0001]本专利技术涉及废水处理
，具体涉及一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统和方法。

技术介绍

[0002]酸性矿山废水是一种极端的水体污染现象，水体呈极端酸性、高浓度硫酸根和重金属等特点，能够腐蚀基础设施、污染水源和危害水生生物。一旦通过食物链进入人体，将威胁人类健康。酸性矿山废水通常产生在矿井关闭后，由于地下水水位回弹，废弃矿坑、巷道与工作面遭淹没，煤岩层原生矿物组分以及遗留井下的废弃设备、物料及残留污染物极易造成地下水污染，受污染的矿井水排入地表后会对周边水体及土壤环境造成极大的污染，对生态环境造成破坏。研究表明，废弃矿井中的酸性矿山废水能持续产生上百年，因此酸性矿山废水治理是一个长期的过程，需要高昂的治理成本。
[0003]处理含重金属离子酸性矿山废水的技术种类较多，主要包括吸附法、微生物法、硫化沉淀法、人工湿地法和中和沉淀法。在这些方法中，中和沉淀法由于具有工艺流程简单、操作方便和碱性材料来源广泛等优势被广泛使用。中和沉淀法去除酸性矿山废水中重金属离子主要是通过利用碱性物质提高酸性废水pH，使金属离子与碱性物质发生化学反应生成难溶性的金属氢氧化物和碳酸盐沉淀得以去除。传统的中和沉淀处理工艺通常使用碱性工业化学物质和天然碱性物质，如石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、氧化钙(CaO)等中和酸性矿山废水。但是使用石灰石、熟石灰一类物质处理酸性矿山废水时会产生大量含水量高的污泥，并且由于难以从废物中回收重金属，使得污泥没有经济价值。为了防止污泥中的重金属再次溶解并释放到环境当中，需要对污泥进行填埋处置，这无疑增加了处理成本。
[0004]同时，当酸性矿山废水中含有Fe
2+
、Al
3+
(＞1mg/L)时，随着系统的运行，石灰石颗粒会被生成的石膏、无定形氢氧化铁(铝)包裹，从而造成石灰石的钝化，阻止石灰石的进一步溶解，从而导致处理系统的失效。若酸性矿山废水中Fe
2+
、Al
3+
的浓度增大，会加快该系统的失效，造成碱性材料的浪费，致使无法准确定量所需石灰石材料。此外，石灰石提供的碱度有限，只能承受较低的金属浓度或酸性负荷，无法有效去除Mn
2+
，需要进行二次处理以去除水中的Mn
2+
，如添加锰砂，但锰砂吸附的重金属离子还存在再次释放的环境风险。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服基于石灰石粗颗粒溶解的酸性矿山废水处理系统，产污体积大、易堵塞、反应介质易包壳不利于长期运行等特点以及现有含锰酸性矿山废水中除锰效率低的问题，提供一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统和方法，能够高效去除废弃矿井涌水中重金属离子，且成本低。
[0006]本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术的第一方面提供了一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统，其特征在于，包括依次相连的酸性矿山废水收集池、进水管路、蠕动泵、反应主体、出水管路和沉
淀池；
[0008]所述石英砂填充层Ⅰ、石英砂填充层Ⅱ和中和反应发生层构成反应主体，反应主体置于亚克力柱内，亚克力柱是一个直径5cm、内径4cm，高35cm的圆柱体，所述中和反应发生层均匀分布4个取样口，用于采集水样、进行水质监测，根据实际情况进行取样分析；所述中和反应发生层填充有煅烧菱镁矿细颗粒和松木刨花的混合物。
[0009]优选的，重金属离子包括Fe
2+
、Al
3+
、Mn
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Cd
2+
。
[0010]优选的，所述的连通方式使酸性矿山废水收集池里面含重金属离子的酸性矿山废水通过进水管路，流经蠕动泵，以垂直向上的流动方式依次流入石英砂填充层Ⅰ、中和发生层、石英砂填充层Ⅱ，最后流出通过出水管路进入沉淀池，这种设计让系统中的煅烧菱镁矿能得到充分的利用，提高了碱性材料的利用率。
[0011]所述亚克力柱进水口端和出水口端分别铺有一层200目的细纱网。目的是防止在实验过程中填料堵塞蠕动泵管道。
[0012]优选的，所述石英砂粒径为1
‑
2mm，填充在铺有细纱网的亚克力柱顶部和底部，厚度1cm，目的是为了均匀布水和防止填料堵塞出水口。
[0013]优选的，所述煅烧菱镁矿细颗粒粒径＜0.15mm，煅烧菱镁矿细颗粒与松木刨花均匀混合填充至反应主体中，松木刨花面积0.5
‑
2cm2，松木刨花主要起到增加系统渗透系数的作用。
[0014]优选的，所述中和反应发生层填充高度33cm，每填充1cm需要将柱中混合介质夯实，以防止在实验运行过程中填料发生断层，导致优先流的产生，影响处理效果。
[0015]本专利技术的第二方面提供一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的方法，包括如下步骤：S1：将天然菱镁矿破碎成粒径约为0.5
‑
3mm的颗粒；S2：将S1中菱镁矿颗粒置于马弗炉中煅烧，待冷却至室温后，将其磨细至过100目筛，制成菱镁矿细颗粒；S3：将煅烧菱镁矿细颗粒与松木刨花按照质量比1：1(50g:50g)进行填充；S4：将含重金属离子的酸性矿山废水引入中和反应发生层中，水力停留时间12h。
[0016]本专利技术的有益效果：
[0017](1)本专利技术提供的去除酸性矿山废水中重金属离子的方法，向酸性矿山废水中投加改性菱镁矿，菱镁矿溶解释放碱度，金属离子与碱性物质发生化学反应生成不溶性的金属氢氧化物和碳酸盐，可稳定高效去除酸性矿山废水中Fe
2+
、Al
3+
、Mn
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Cd
2+
等重金属离子。
[0018](2)酸性矿山废水具有极端酸性，排入河流中，会杀死水中的微生物，导致水体自净能力大大减弱，经过热改性的菱镁矿，可以有效调节酸性矿山废水的pH值，降低酸性矿山废水对环境的危害。
[0019](3)目前，去除酸性矿山废水中的重金属离子通常采用的是石灰石、生石灰和熟石灰等含钙试剂，在使用过程中会产生大量的、含水率高的硫酸钙废渣。本专利技术提供的去除酸性矿山水中重金属离子的方法，通过向酸性矿山废水中投加改性菱镁矿，由于菱镁矿含钙量极低，可以显著减少硫酸钙废渣的产生。
[0020](4)本专利技术提供了一种简易处理含重金属离子的酸性矿山废水的处理系统。通过将菱镁矿细颗粒与松木刨花混合填充，使菱镁矿细颗粒均匀分布在整个系统之中，提高了处理系统的孔隙率，能使煅烧菱镁矿在溶解的过程当中，碱度得到充分的释放。松木刨花截
留的金属氧化物能吸附酸性矿山废水中的重金属离子；同时，截留的金属氢氧化物沉淀能促进氧化镁的溶解，使得氧化镁得到充分的溶解。该系统不用在中和工艺前对酸性矿山废水中的铁、铝进行预处理，可有效避免因酸本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统，其特征在于，包括依次相连的酸性矿山废水收集池、进水管路、蠕动泵、反应主体、出水管路和沉淀池；所述石英砂填充层Ⅰ、石英砂填充层Ⅱ和中和反应发生层构成反应主体，反应主体置于亚克力柱内，亚克力柱是一个直径5cm、内径4cm，高35cm的圆柱体，所述中和反应发生层均匀分布4个取样口；所述中和反应发生层填充有煅烧菱镁矿细颗粒和松木刨花的混合物；酸性矿山废水收集池里面含重金属离子的酸性矿山废水通过进水管路，流经蠕动泵，以垂直向上的流动方式依次流入石英砂填充层Ⅰ、中和反应发生层、石英砂填充层Ⅱ，最后流出通过出水管路进入沉淀池。2.根据权利要求1所述的简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统，其特征在于，所述重金属离子包括Fe
2+
、Al
3+
、Mn
2+
、Cu
2+
、Zn
2+
、Cd
2+
。3.根据权利要求1所述的简易处理含重金属离子酸性矿山废水的系统，其特征在于，所述亚克力柱进水口端和出水口端分别铺有一层200目...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐芬，李耀铭，覃杰，袁建飞，包浚钦，刘国，
申请(专利权)人：成都理工大学，
类型：发明
国别省市：