一种矿山废水的厌氧修复系统及处理方法与流程

1.本发明属于环境保护与矿山修复技术领域，具体涉及一种矿山废水的厌氧修复系统及处理方法。


背景技术：

2.近年来我国矿产资源的开采和加工所产生的工业废水不断增加，矿山酸性废水富含较高浓度的重金属离子和悬浮物质，若不加处理直接排放，其中的酸性物质对于土壤和水体的生态系统将产生破坏作用。而重金属离子由于其毒性和致癌作用，对于水生环境、农业和人居健康具有重大威胁，酸性矿山废水的无害化治理具有重要意义。
3.目前常用的酸性矿山废水治理技术包括物理法、化学法和生物化学法，其中物理法涉及离子交换法、吸附法等，操作简便，化学法主要为中和法，通过投入中和剂使重金属转化为氢氧化物沉淀被去除，而生物法可分为微生物法和人工湿地法，前者利用微生物的氧化作用使重金属沉淀去除，而后者是利用土壤
‑
植物
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微生物生态系统的呼吸作用以及水体和基质的物化作用对废水进行无害化治理，但存在占地面积大、维护费用高等问题。如何有效结合被动修复和主动修复，探寻一种低环境影响、低维护成本、短处理周期和针对性强的矿山废水治理技术至关重要。


技术实现要素：

4.有鉴于此，针对传统的矿山废水治理难、无法实现维护成本和处理周期间平衡的问题，本发明旨在提供一种矿山废水的厌氧修复系统及处理方法，以解决现有技术中的不足。
5.为了达到上述目的，本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
6.一方面，提供一种矿山废水的厌氧修复系统，包括厌氧修复系统主体，所述厌氧修复系统主体包括修复系统罐体、一级活性炭过滤池、二级膨润土
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白云石吸附池、生物反应池、沸石填料池、液体喷淋管、气体喷淋管和放空阀，所述一级活性炭过滤池、所述二级膨润土
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白云石吸附池、所述生物反应池和所述沸石填料池依次连接，所述一级活性炭过滤池的上部、所述生物反应池的下部、所述沸石填料池的上部分别接进水管，所述生物反应池的上部接所述放空阀，所述沸石填料池的末端上部接出水管，所述沸石填料池的末端下部接所述放空阀，所述一级活性炭过滤池上的进水管上、所述沸石填料池上的出水管上、所述液体喷淋管上、所述气体喷淋管上分别设置流量计。
7.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述厌氧修复系统主体为封闭式。
8.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述一级活性炭过滤池、所述二级膨润土
‑
白云石吸附池以80目不锈钢密网分隔，所述生物反应池的左右两侧以实心隔板分隔，形成分层隔板。
9.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述液体喷淋管位于所述生物反应池的底部靠近进水口，所述液体喷淋管的一端接硫酸盐还原菌菌液，所述气体喷淋管位于所述生物
反应池的底部中心部位，所述气体喷淋管的一端接氮气源。
10.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述二级膨润土
‑
白云石吸附池内的膨润土和白云石掺混质量比为2:1
‑
4:1，经造粒后以1.5mm粒径左右的膨润土
‑
白云石混合滤料装填于所述二级膨润土
‑
白云石吸附池内。
11.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述沸石填料池内的沸石粒径为 2.5
‑
5.0mm。
12.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述生物反应池中的生物填料为烘干后的甘蔗渣、秸秆、玉米芯，体积比为1:1:4
‑
1:1:8，玉米芯为圆柱体，采用分层装填，装填密度70％，装填于所述分层隔板之间的生物填料为放置在pet纤维密网袋中的甘蔗渣和秸秆。
13.如所述的矿山废水的厌氧修复系统，所述二级膨润土
‑
白云石吸附池的停留时间为4
‑
8h，所述生物反应池的停留时间为48
‑
120h。
14.另一方面，提供一种矿山废水的厌氧修复系统的处理方法，包括如下步骤：
15.步骤一：根据矿山废水污染特征，设计修复系统各单元尺寸和停留时间、进出水流量、srb修复菌液流量、气体流量参数，将修复系统进水口连接待处理矿山废水，检查各接口处连接严实，设定流量和压力监测控制值，开启进水管；
16.步骤二：待生物反应池进水超过约1/3生物反应池容积后，同时开启气体喷淋管和液体喷淋管进水进气，并开启气体放空阀通过废气收集口外接废气收集装置；
17.步骤三：开启厌氧修复系统的出水口有效收集处理出水；
18.步骤四：修复结束后，关闭生物反应池的进水口和液体喷淋管，排出所有废气后，移除气体喷淋管并接收集槽，收集生物反应池内残留废水；
19.步骤五：需反冲洗时，反冲洗水流方向分别为沸石填料池、生物反应池、二级膨润土
‑
白云石吸附池和一级活性炭过滤池；首先开启厌氧修复系统出水管连接反冲洗水源反向进水，生物反应池上方气体放空阀接反冲洗水源反向进水，关闭液体喷淋管，移除气体喷淋管并接收集槽，收集反冲洗废水和沉淀物，厌氧修复系统进水管接反冲洗出水收集装置。
20.本发明技术方案的有益效果是：
21.一级活性炭池对矿山废水中悬浮物进行过滤，并降低废水污染负荷；二级膨润土
‑
白云石池吸附废水中重金属离子并调节ph值，完成预处理，通过两级吸附池有效降低废水中重金属初始浓度，大幅削减其对后续生物菌剂的毒害作用，通过两级吸附池有效降低废水中悬浮物浓度，优化和提高生物反应池内反应流态和接触比表面积，提高生物降解效率；生物反应池进一步吸附富集重金属离子并为srb提供碳源，增加srb菌群处理活性和存活时间；上流式氮气扩散装置设在srb进水口下游，形成厌氧条件的同时，加快了srb与废水的传质，防止沉淀淤积；沸石填料池对金属沉淀物进行过滤，完成深度处理。
附图说明
22.为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细的描述。
23.图1a为本发明组成单元的矿山废水厌氧修复系统运行示意图；
24.图1b为本发明组成单元的矿山废水厌氧修复系统反冲洗示意图；
25.图2a为本发明生物反应池立面图；
26.图2b为本发明生物反应池a
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a剖面图；
27.图中：1、一级活性炭过滤池；2、二级膨润土
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白云石吸附池；3、生物反应池；4、沸石填料池；5、生物反应池中的生物填料；6、分层隔板之间的生物填料；7、分层隔板；8、出水口；9、废气收集口；10、液体喷淋管；11、气体喷淋管；12、进水口。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
29.参看图1a、图1b、图2a和图2b所示，本发明矿山废水的厌氧修复系统包括厌氧修复系统主体，厌氧修复系统主体包括修复系统罐体、一级活性炭过滤池1、二级膨润土
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白云石吸附池2、生物反应池3、沸石填料池4、液体喷淋管10(srb菌液输入口)、气体喷淋管11(氮气输入口)和放空阀，一级活性炭过滤池1、二级膨润土
‑
白云石吸附2、生物反应池3和沸石填料池4依次连接，一级活性炭过滤池1的上部、生物反应池3的下部、沸石填料池4的上部分别接进水管，生物反应池3的上部接放空阀，沸石填料池4的末端上部接出水管，沸石填料池4的末端下部接放空阀，一级活性炭过滤池1上的进水管上、沸石填料池4上的出水管上、液体喷淋管 10上、气体喷淋管11上分别设置流量计。
30.在本发明的优选实施例中，厌氧修复系统主体为封闭式。
31.一级活性炭过滤池1、二级膨润土
‑
白云石吸附池2以80目不锈钢密网分隔，生物反应池3的左右两侧以实心隔板分隔，形成分层隔板7。
32.液体喷淋管10位于生物反应池3的底部靠近进水口12，液体喷淋管 10的一端接硫酸盐还原菌菌液，气体喷淋管11位于生物反应池3的底部中心部位，气体喷淋管11的一端接氮气源。
33.二级膨润土
‑
白云石吸附池2内的膨润土和白云石掺混质量比为 2:1
‑
4:1，经造粒后以1.5mm粒径左右的膨润土
‑
白云石混合滤料装填于二级膨润土
‑
白云石吸附池2内。
34.沸石填料池4内的沸石粒径为2.5
‑
5.0mm。
35.生物反应池3中的生物填料5为烘干后的甘蔗渣、秸秆、玉米芯，体积比为1:1:4
‑
1:1:8，玉米芯为圆柱体，采用分层装填，装填密度70％，装填于分层隔板7之间的生物填料6为放置在pet纤维密网袋中的甘蔗渣和秸秆。
36.二级膨润土
‑
白云石吸附池2的停留时间为4
‑
8h，生物反应池3的停留时间为48
‑
120h。
37.本发明矿山废水的厌氧修复系统的处理方法，包括如下步骤：
38.步骤一：根据矿山废水污染特征，设计修复系统各单元尺寸和停留时间、进出水流量、srb修复菌液流量、气体流量等参数，将修复系统进水口连接待处理矿山废水，检查各接口处连接严实，设定流量和压力监测控制值，开启进水管；
39.步骤二：待生物反应池3进水超过约1/3生物反应池容积后，同时开启气体喷淋管11和液体喷淋管10进水进气，并开启气体放空阀通过废气收集口9外接废气收集装置；
40.步骤三：开启厌氧修复系统的出水口8有效收集处理出水；
41.步骤四：修复结束后，关闭生物反应池3的进水口12和液体喷淋管 10，排出所有废气后，移除气体喷淋管11并接收集槽，收集生物反应池3 内残留废水；
42.步骤五：需反冲洗时，反冲洗水流方向分别为沸石填料池4、生物反应池3、二级膨
润土
‑
白云石吸附池2和一级活性炭过滤池1；首先开启厌氧修复系统出水管连接反冲洗水源反向进水，生物反应池3上方气体放空阀接反冲洗水源反向进水，关闭液体喷淋管10，移除气体喷淋管11并接收集槽，收集反冲洗废水和沉淀物，厌氧修复系统进水管接反冲洗出水收集装置。
43.在本发明的优选实施例中，培养了系统所需的srb菌液，步骤如下：
44.构建了一个工作体积为10l，水力停留时间为1d的上流式厌氧污泥床反应器，进水组分及浓度为：na2so4和c3h5o3na(3g/l)，其他组成分别为 (0.1g/l)：nh4cl、cacl2、mgso4·
7h2o和k2hpo4·
3h2o。通过加入1.5g/l 的小苏打调节进水ph至8.0。此外，每升水中加入1ml的微量元素液，以满足微生物的正常生长需求。微量元素液的组成为：500mg/l h3bo3、zncl2、 (nh4)6mo7o
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·
4h2o、nicl
·
6h2o、alcl3·
6h2o、cocl2·
6h2o和cuso4·
5h2o， 1000mg/l na2seo3·
5h2o，1500mg/l fecl3·
6h2o，5000mg/l mncl2·
4h2o和 5ml/l 37％hcl溶液。接种污泥为某城市污水厂二沉池的剩余污泥，接种污泥的初始浓度mlss＝30000mg/l。反应器启动及运行阶段的进水底物浓度分别为硫酸盐1000mg/l，cod3000mg/l。反应器在运行30d后成功启动，此时出水硫酸根浓度稳定在50mg/l以下，硫离子浓度高于200mg/l。此时将反应器中的污泥取出，经离心5min后，加入磷酸缓冲液洗去杂质获得混合srb菌群。srb的培养采用500ml血清瓶，加入与进水水质组分相同的培养液并持续通入高纯氮气15min，充气结束后迅速盖上胶塞，避免空气干扰。将srb放置摇床中振荡培养，温度为35℃，转数为150r/min。
45.本实施例构建了矿山废水的厌氧修复装置，以有机玻璃作为反应器壳体，一级活性炭过滤池长
×
宽
×
高＝30cm
×
50cm
×
50cm，二级膨润土
‑
白云石吸附池长
×
宽
×
高＝80cm
×
50cm
×
50cm，生物反应池长
×
宽
×
高＝50cm
×
50cm
×
50cm，均分为上中下三层，沸石填料池长
×
宽
×
高＝100cm
×
50cm
×
50cm。本实施例装置进水负荷约0.6m3/d，修复对象为某矿山废水，ph值5.15，so
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浓度2577.1 mg/l，金属离子中fe浓度105.1mg/l，mn浓度27.9mg/l，cu浓度 363.3μg/l，zn浓度705μg/l，氮气流量70m3/h，srb菌液进水流量 0.06m3/d。采集末端出水并进行检测，出水ph值6.82，so
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浓度 1087.31mg/l，金属离子中fe浓度6.9mg/l，mn浓度1.6mg/l，cu浓度 92.6μg/l，zn浓度181.5μg/l。
46.本发明技术方案的有益效果是：
47.一级活性炭池对矿山废水中悬浮物进行过滤，并降低废水污染负荷；二级膨润土
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白云石池吸附废水中重金属离子并调节ph值，完成预处理，通过两级吸附池有效降低废水中重金属初始浓度，大幅削减其对后续生物菌剂的毒害作用，通过两级吸附池有效降低废水中悬浮物浓度，优化和提高生物反应池内反应流态和接触比表面积，提高生物降解效率；生物反应池进一步吸附富集重金属离子并为srb提供碳源，增加srb菌群处理活性和存活时间；上流式氮气扩散装置设在srb进水口下游，形成厌氧条件的同时，加快了srb与废水的传质，防止沉淀淤积；沸石填料池对金属沉淀物进行过滤，完成深度处理。
48.以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。