申請(qǐng)日2013.10.09

　　公開(kāi)(公告)日2013.12.25

　　IPC分類(lèi)號(hào)C02F1/66

　　摘要

　　本發(fā)明公開(kāi)了一種充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法。酸性礦山廢水(AMD)從廢水池流入主反應(yīng)池，二池的液位差使其以一定流速?gòu)闹鞣磻?yīng)池底部進(jìn)入;反應(yīng)產(chǎn)生的CO2和AMD使碳酸鹽巖顆粒始終處于懸浮擾動(dòng)狀態(tài)，經(jīng)反應(yīng)后的渾濁液以跌水方式流經(jīng)跌水擋板進(jìn)入澄清池，上清液由出水管排出，沉積物經(jīng)排泥管從澄清池底部排出。采用本發(fā)明的方法能使反應(yīng)原材料碳酸鹽巖能充分被消耗，延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命且能穩(wěn)定運(yùn)行，日處理污水總量可觀，能承受水質(zhì)變化沖擊，操作簡(jiǎn)便，運(yùn)行成本低。

　　權(quán)利要求書(shū)

　　1. 一種利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法，特征在于具體步驟為：

　　(1)建造一個(gè)廢水處理裝置，包括廢水池、進(jìn)水管、碳酸鹽巖、主反應(yīng)池、跌水擋板、澄清池、出水管和排泥管;廢水池通過(guò)進(jìn)水管與主反應(yīng)池相連，廢水池位置高于主反應(yīng)池;主反應(yīng)池底部為倒圓錐體設(shè)計(jì)，靜止時(shí)，內(nèi)部加入粒徑小于或等于3.0cm的碳酸鹽巖到錐體高度的，主反應(yīng)池通過(guò)跌水擋板與澄清池相連;澄清池為倒錐體形的池體設(shè)計(jì)，澄清池頂部連接出水管，底部連接排泥管;

　　廢水池底部與主反應(yīng)池液面液位差大于或等于4.6m，滿足其在主反應(yīng)池底部產(chǎn)生6m/s的上升流速，該流速能使主反應(yīng)池厚度1.5-2.5m的碳酸鹽巖顆粒進(jìn)入懸浮狀態(tài);

　　(2)酸性礦山廢水從廢水池在一定水頭下經(jīng)進(jìn)水管流入主反應(yīng)池;利用進(jìn)水處截面積小流速大的特點(diǎn)，使碳酸鹽巖顆粒始終處于撓動(dòng)狀態(tài)，出水處截面積大流速小，利于較大顆粒的重復(fù)使用;

　　(3)主反應(yīng)池的渾濁液流經(jīng)跌水擋板，使混合液充分復(fù)氧后進(jìn)入澄清池;澄清池倒錐體形的池體設(shè)計(jì)，利于沉積的底泥利用重力從排泥管排出，上清液由出水管排出。

　　說(shuō)明書(shū)

　　充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明涉及一種充分利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法。

　　背景技術(shù)

　　近年來(lái),我國(guó)加大了礦產(chǎn)資源的開(kāi)采，然而對(duì)酸性礦山廢水(acid mine drainage,以下簡(jiǎn)稱AMD)的處理卻沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的程度。大量硫化物礦石在分離礦產(chǎn)有效價(jià)值成份后，被棄至于廢石堆、尾礦庫(kù)、洗礦槽等處，在地表與大氣和雨水接觸逐漸氧化產(chǎn)生了大量硫酸類(lèi)的酸性廢水，同時(shí)溶解有毒理性較高的重金屬離子，影響水環(huán)境，污染生活生產(chǎn)用水。

　　AMD的處理主要分為主動(dòng)處理、被動(dòng)(間接)處理及生物生態(tài)處理。主動(dòng)處理主要是直接加藥中和，存在消耗大量藥劑且沉積物過(guò)多的問(wèn)題;生物生態(tài)處理主要利用植物和微生物處理，存在著植物和微生物抵抗AMD的能力差處理時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題。所以，眾多研究者采用被動(dòng)(間接)處理，即使用碳酸鹽型巖石(CaCO3含量高于90%)作為中和AMD的經(jīng)濟(jì)優(yōu)選方案。然而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，普遍存在反應(yīng)物巖石表面易沉積鐵的氫氧化物及鈣鎂的硫酸鹽類(lèi)等反應(yīng)產(chǎn)物，影響反應(yīng)速度和進(jìn)行程度;出水堿度不夠，出水金屬離子濃度較高;反應(yīng)速率較慢，不能滿足生產(chǎn)要求等問(wèn)題。為了使生成的鐵的氫氧化物及鈣鎂的硫酸鹽類(lèi)的物質(zhì)不沉積于巖石表面，研究人員作了許多努力：在利用碳酸鹽巖AMD處理的前期，利用好氧微生物生長(zhǎng)需要消耗溶解氧的原理，加入有機(jī)質(zhì)消耗AMD內(nèi)的溶解氧，后續(xù)反應(yīng)在無(wú)氧狀態(tài)下進(jìn)行，以避免Fe(2+)氧化成Fe(3+)并形成氫氧化物沉積在巖石表面，待堿度提高了再?gòu)?fù)氧以利于金屬離子沉積，然而這種利用好氧微生物分解有機(jī)物達(dá)到去除氧的方法，受到微生物活性耐進(jìn)水水質(zhì)沖擊的抵抗能力、有機(jī)物對(duì)后續(xù)巖石的堵塞以及氧的去除程度不理想等不利因素限制。利用AMD流經(jīng)尺寸由大到小的碳酸鹽巖來(lái)達(dá)到前期沉積鐵的氫氧化物和鈣鎂的硫酸鹽而不易堵塞后續(xù)處理，延長(zhǎng)水力停留時(shí)間的方法來(lái)達(dá)到去除效果，同樣存在著不同尺寸巖石酸中和潛力利用不充分的問(wèn)題�？偟膩�(lái)說(shuō)，幾種利用石灰?guī)r處理AMD都存在著反應(yīng)巖石酸中和潛力利用不充分、系統(tǒng)壽命短、抗進(jìn)水變化能力弱、處理污水總量小及速度慢等問(wèn)題，不能滿足礦山實(shí)際生產(chǎn)所產(chǎn)生廢水的處理需求。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是改進(jìn)碳酸鹽巖處理酸性礦山廢水中存在碳酸鹽巖的酸中和能力未能充分利用的問(wèn)題。提供一種利用碳酸鹽巖酸中和潛力處理酸性礦山廢水的方法，能使碳酸鹽巖石充分被消耗，延長(zhǎng)了系統(tǒng)壽命且能穩(wěn)定運(yùn)行，日處理污水總量可觀，能承受水質(zhì)變化沖擊，運(yùn)行成本低等優(yōu)點(diǎn)。

　　具體步驟為：

　　(1)建造一個(gè)廢水處理裝置，包括廢水池、進(jìn)水管、碳酸鹽巖、主反應(yīng)池、跌水擋板、澄清池、出水管和排泥管;廢水池通過(guò)進(jìn)水管與主反應(yīng)池相連，廢水池位置高于主反應(yīng)池;主反應(yīng)池底部為倒圓錐體設(shè)計(jì)，內(nèi)部加入粒徑小于或等于3.0cm的碳酸鹽巖到錐體高度的1/2(靜止時(shí))，主反應(yīng)池通過(guò)跌水擋板與澄清池相連;澄清池為倒錐體形的池體設(shè)計(jì)，澄清池頂部連接出水管，底部連接排泥管。

　　廢水池底部與主反應(yīng)池液面液位差大于或等于4.6m，滿足其在主反應(yīng)池底部產(chǎn)生6m/s的上升流速，該流速能使主反應(yīng)池厚度1.5-2.5m的碳酸鹽巖顆粒進(jìn)入懸浮狀態(tài)。

　　(2)酸性礦山廢水從廢水池在一定水頭下經(jīng)進(jìn)水管流入主反應(yīng)池;利用進(jìn)水處截面積小流速大的特點(diǎn)，使碳酸鹽巖顆粒始終處于撓動(dòng)狀態(tài)，出水處截面積大流速小，利于較大顆粒的重復(fù)使用。

　　(3)主反應(yīng)池的渾濁液流經(jīng)跌水擋板，使混合液充分復(fù)氧后進(jìn)入澄清池;澄清池倒錐體形的池體設(shè)計(jì)，利于沉積的底泥利用重力從排泥管排出，上清液由出水管排出。

　　本發(fā)明的利用碳酸鹽巖處理酸性礦業(yè)廢水的原理為：酸性礦山廢水(AMD)從儲(chǔ)水池流入主反應(yīng)池，在主反應(yīng)池內(nèi)產(chǎn)生的CO2氣體和上升的酸性廢水與碳酸鹽巖顆粒接觸摩擦，中和過(guò)程中產(chǎn)生的鹽類(lèi)物質(zhì)和鐵的沉淀物不能在顆粒物表面沉著，保持顆粒物表面的反應(yīng)活性，充分利用其酸中和潛力，經(jīng)反應(yīng)后的渾濁液以跌水方式流經(jīng)跌水擋板進(jìn)入澄清池，上清液由出水管排出，沉積物經(jīng)排泥管從澄清池底部排出。

　　本發(fā)明的顯著特點(diǎn)在于：①主反應(yīng)池底部的倒圓錐體設(shè)計(jì)，底部進(jìn)水產(chǎn)生的上升流速使碳酸鹽巖顆粒形成懸浮流態(tài)，使碳酸鹽巖顆粒保持?jǐn)噭?dòng)摩擦，脫落附著在碳酸鹽巖表面的絮體或沉淀，不斷使石灰石出現(xiàn)新的可反應(yīng)表面;②主反應(yīng)池的截面尺寸：借鑒濾池反沖洗的特點(diǎn)，底部截面積為頂部截面積的1%，流入流速為不小于6m/s;③儲(chǔ)水池底部與主反應(yīng)池的上液面差:以一定體積的水流的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為同等體積密度為水的2.3-2.5倍的巖石顆粒的動(dòng)能的能量守恒原理核算，以流速6m/s,錐體高1m，母線與地面夾角為60°計(jì)算，故作用自由水頭應(yīng)將保持在4.6m以上;④這種設(shè)計(jì)能保持池底部流速大、撓動(dòng)較強(qiáng)，利于碳酸鹽巖充分反應(yīng)，而頂部流速較緩，利于未充分反應(yīng)的巖石下沉繼續(xù)反應(yīng)，而充分反應(yīng)后形成的絮體及沉淀物等渾濁液流入澄清池;⑤主反應(yīng)池中產(chǎn)生的CO2氣體，也能對(duì)池內(nèi)碳酸鹽巖石產(chǎn)生攪動(dòng)作用;⑥在澄清池頂部設(shè)置跌水版，讓流入澄清池的渾濁水復(fù)氧;⑦澄清池底部設(shè)排泥管，頂部設(shè)出水管;⑧主反應(yīng)池和儲(chǔ)水池都可以植入地下以降低液面。

　　本方法與現(xiàn)有處理設(shè)計(jì)而言，優(yōu)點(diǎn)在于：反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的鐵的氫氧化物、鈣鎂的硫酸鹽絮體及其他沉淀物會(huì)在水力攪動(dòng)、反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w摩擦下脫落，保持AMD與碳酸鹽巖表面的反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行;碳酸鹽巖在主反應(yīng)池內(nèi)能被充分利用，充分反應(yīng)后的殘?bào)w、絮體及沉淀物都隨水流進(jìn)去澄清池不在主反應(yīng)池內(nèi)沉積，只需要定期加入石灰石巖石即可長(zhǎng)期運(yùn)行;污泥經(jīng)排泥管利用水靜壓力排出，沿程短，利于實(shí)際運(yùn)行;主反應(yīng)池、澄清池、排泥管和出水管各只設(shè)一個(gè)，簡(jiǎn)單方便，投資低，運(yùn)行管理方便。

　　本方法出水堿度能達(dá)到280mg/L(以CaCO3計(jì))以上，平均pH值達(dá)到6.70以上;原生金屬Fe(3+)、Fe(2+)、和Mn(2+)進(jìn)水濃度分別為42.10mg/L、142.04mg/L、37.21mg/L，出水濃度則分別為1.35mg/L、0.39mg/L、8.50mg/L。同時(shí)對(duì)次金屬砷、鎘、鉛、銅、鋅都有較好的去除效果。本發(fā)明使用碳酸鹽類(lèi)巖石可以是普通石灰石、白云石等價(jià)廉易得的巖類(lèi)，能達(dá)到很好的處理效果，實(shí)際運(yùn)行方便，操作簡(jiǎn)單，管理方便，系統(tǒng)穩(wěn)定性能好，處理速度快，承受水質(zhì)變化沖擊能力強(qiáng)，運(yùn)行成本低。對(duì)采用經(jīng)濟(jì)高效的手法保護(hù)周邊環(huán)境提供了很好的參考。