公布日：2022.07.29
申請日：2022.03.21
分類號：C02F9/04(2006.01)I;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，包括礦洞封堵單元、可滲透反應(yīng)墻單元和藥劑存儲單元；礦洞封堵單元包括封堵墻墻體和引流管道，引流管道連接在封堵墻墻體底部；可滲透反應(yīng)墻單元依次包括入水槽、多級反應(yīng)槽、出水槽，可滲透反應(yīng)墻單元整體位于引流管道下；多級反應(yīng)槽內(nèi)放置有填充不同藥劑的藥劑存儲裝置；藥劑存儲裝置側(cè)面開孔洞。入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽相鄰的進水槽口和出水槽口上下錯開，使廢水的流經(jīng)路線為“曲流式”。多級反應(yīng)槽分別為石英砂反應(yīng)槽、石灰石反應(yīng)槽、鋼渣反應(yīng)槽和錳砂沸石反應(yīng)槽。本發(fā)明將長期淤積在礦洞淺層的酸性礦山廢水引出處理，減輕對封堵系統(tǒng)的侵蝕破壞，提高礦洞封堵系統(tǒng)的安全性與使用壽命。
權(quán)利要求書
1.一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，包括礦洞封堵單元、可滲透反應(yīng)墻單元和藥劑存儲單元；所述礦洞封堵單元包括封堵墻墻體和引流管道，所述引流管道連接在封堵墻墻體底部，用以將廢水引入可滲透反應(yīng)墻單元；所述可滲透反應(yīng)墻單元整體上是以鋼筋為骨架的多級水泥混凝土槽體，依次包括入水槽、多級反應(yīng)槽、出水槽，可滲透反應(yīng)墻單元整體位于引流管道下方，廢水經(jīng)引流管道匯聚于入水槽，然后依次流經(jīng)各級反應(yīng)槽后，匯聚于出水槽，通過過濾網(wǎng)處理后流入河道；所述多級反應(yīng)槽內(nèi)放置有填充不同藥劑的藥劑存儲裝置；所述藥劑存儲單元包括藥劑存儲裝置和藥劑，藥劑存儲裝置進水側(cè)開有若干進水孔，出水側(cè)開有若干出水孔。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽的頂面均開有開口，開口上蓋有蓋子，入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽的進水側(cè)和出水側(cè)分別開有進水槽口和出水槽口，入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽相鄰的進水槽口和出水槽口上下錯開，上一級槽體的出水槽口即為下一級槽體的進水槽口，使得廢水的流經(jīng)路線為“曲流式”。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述多級反應(yīng)槽分別為石英砂反應(yīng)槽、石灰石反應(yīng)槽、鋼渣反應(yīng)槽和錳砂沸石反應(yīng)槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述藥劑存儲裝置頂部兩側(cè)還連接有把手，藥劑存儲裝置頂部開有入料出料口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述封堵墻墻體整體呈上薄下厚、且內(nèi)扣的弧形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述封堵墻墻體為以鋼筋為骨架的水泥混凝土墻體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，還包括攪拌器和光伏發(fā)電裝置，所述入水槽中連接有攪拌器，攪拌器由光伏發(fā)電裝置驅(qū)動。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述藥劑存儲裝置呈長柱狀，整體由不銹鋼材質(zhì)制成，并且表面噴漆以增強其抗腐蝕性。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述可滲透反應(yīng)墻單元底部和側(cè)面均連接有防水膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，其特征在于，所述藥劑存儲裝置周身遍布進水孔和出水孔，進水孔和出水孔為粒徑0.2-0.3cm的圓形孔洞。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)對礦洞的物理封堵，大幅度減少空氣從而減少對圍巖的腐蝕作用與污染因子的釋放效果，還可對長期淤積在礦洞底部的酸性廢水進行高效凈化處理，顯著提高了礦洞封堵系統(tǒng)的使用效果與壽命，從源頭上對礦洞涌水污染物進行了減量化、無害化處理。本系統(tǒng)占地面積小、運營維護簡單、治理效果好，能顯著減少礦山酸性廢水治理工程投入成本。
本發(fā)明針對現(xiàn)有礦洞酸性涌水封堵效果差、治理程度低的問題，將傳統(tǒng)礦洞機械封堵技術(shù)與可滲透反應(yīng)墻單元技術(shù)耦合，并進行了改進優(yōu)化，提出了適用于礦山酸性廢水治理的新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)。本發(fā)明提出的新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)，置于裸露礦洞末端，從前至后包括三個組成單元：礦洞封堵單元、可滲透反應(yīng)墻單元、藥劑存儲單元；
所述礦洞封堵單元包括封堵墻墻體和引流管道，所述引流管道連接在封堵墻墻體底部，用以將廢水引入可滲透反應(yīng)墻單元；優(yōu)選地，施工過程中，將采空區(qū)挖成前后左右由高到低逐漸向下朝引流管道傾斜的、將封堵墻墻體建成內(nèi)扣的弧形，以保障礦洞廢水能充分匯聚入引流管道然后進入可滲透反應(yīng)墻單元。
所述可滲透反應(yīng)墻單元整體上是以鋼筋為骨架的多級水泥混凝土槽體，依次包括入水槽、多級反應(yīng)槽、出水槽，可滲透反應(yīng)墻單元整體位于引流管道下方，廢水經(jīng)引流管道匯聚于入水槽，然后依次流經(jīng)各級反應(yīng)槽后，匯聚于出水槽，通過過濾網(wǎng)處理后流入河道；所述多級反應(yīng)槽內(nèi)放置有填充不同藥劑的藥劑存儲裝置；
所述藥劑存儲單元包括藥劑存儲裝置和藥劑，藥劑存儲裝置進水側(cè)開有若干進水孔，出水側(cè)開有若干出水孔。
進一步地，所述入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽的頂面均開有開口，開口上蓋有蓋子，入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽的進水側(cè)和出水側(cè)分別開有進水槽口和出水槽口，入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽相鄰的進水槽口和出水槽口上下錯開，使得廢水的流經(jīng)路線為“曲流式”。
進一步地，所述多級反應(yīng)槽分別為石英砂反應(yīng)槽、石灰石反應(yīng)槽、鋼渣反應(yīng)槽和錳砂沸石反應(yīng)槽。
進一步地，所述藥劑存儲裝置頂部兩側(cè)還連接有把手，藥劑存儲裝置頂部開有入料出料口。
進一步地，所述封堵墻墻體整體呈上薄下厚、且內(nèi)扣的弧形。
進一步地，所述封堵墻墻體為以鋼筋為骨架的水泥混凝土墻體。
進一步地，還包括攪拌器和光伏發(fā)電裝置，所述入水槽中連接有攪拌器，攪拌器由光伏發(fā)電裝置驅(qū)動。當(dāng)然，攪拌器也可以由電動機的輸出軸驅(qū)動。
優(yōu)選地，所述藥劑存儲裝置呈長柱狀，整體由不銹鋼材質(zhì)制成，并且表面噴漆以增強其抗腐蝕性。
進一步地，所述可滲透反應(yīng)墻單元底部和側(cè)面均連接有防水膜。
進一步地，所述藥劑存儲裝置周身遍布進水孔和出水孔，進水孔和出水孔為粒徑0.2-0.3cm的圓形孔洞。
進一步地，所述可滲透反應(yīng)墻單元整體上以鋼筋為骨架，采用水泥混凝土澆筑而成。
進一步地，所述石英砂反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有SiO2含量95％以上、粒徑0.3-0.5cm的石英砂；所述石灰石反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有CaCO3含量90％以上、粒徑0.5-1.0cm的天然石灰石；鋼渣反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有CaO含量45％以上、粒徑0.3-0.5cm的鋼渣顆粒；錳砂沸石反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有MnO2含量40％以上、粒徑0.3-0.5cm的天然錳砂和沸石礦物含量85％以上、粒徑0.3-0.5cm的天然沸石。
優(yōu)選地，所述封堵墻墻體上部厚30-70cm，下部厚80-120cm。
優(yōu)選地，所述引流管道的直徑為8-15cm。
優(yōu)選地，所述入水槽中配備有直徑18-30cm的攪拌器，攪拌器采用光伏發(fā)電裝置驅(qū)動，功率30-50W。
優(yōu)選地，所述錳砂與沸石均是具有0.3-0.7nm孔道結(jié)構(gòu)的分子篩材料。
優(yōu)選地，出水槽的出口槽口的位置高于槽底10-20cm。
礦洞封堵單元包括以鋼筋為骨架、采用水泥混凝土澆筑而成的封堵墻墻體，封堵墻墻體對礦洞末端進行機械封堵，封堵厚度通常在50-100cm，封堵墻墻體整體呈上薄下厚，主要用于抵御底部礦洞涌水的沖擊與腐蝕作用，在封堵墻墻體底部設(shè)置有直徑10cm的引流管道，用于將廢水引入可滲透反應(yīng)墻單元。
可滲透反應(yīng)墻單元包括入水槽、多級反應(yīng)槽、出水槽。為方便運營維護和利用重力對礦洞淤積廢水進行充分引流，可滲透反應(yīng)墻單元整體位于引流管道下約50cm處。礦洞廢水在重力作用下由引流管道匯聚于入水槽，然后依次流經(jīng)各級反應(yīng)槽后，匯聚于出水槽，通過過濾網(wǎng)處理后流入河道�？蓾B透反應(yīng)墻單元整體上以鋼筋為骨架，采用水泥混凝土澆筑而成。入水槽中配備有直徑約20cm的攪拌器，攪拌器采用光伏發(fā)電裝置驅(qū)動，功率30-50W。通過不斷攪拌曝氣提高廢水中的O2含量，促進廢水中的Fe2+離子轉(zhuǎn)化為Fe3+離子，從而更容易發(fā)生水解沉淀反應(yīng)，通常情況下，F(xiàn)e3+離子在pH＝3的情況下即可進行水解。反應(yīng)方程式如下所示：
多級反應(yīng)槽共包含4級反應(yīng)槽。其中1級反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有粒徑0.3-0.5cm的石英砂(SiO2含量95％以上)，主要用于吸附過濾溶液中的大顆粒雜質(zhì)與泥沙。2級反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有粒徑0.5-1.0cm的天然石灰石(CaCO3含量90％以上)，主要用于中和廢水酸度，提高溶液pH并促進Fe3+離子的水解反應(yīng)，此外，由于石灰石是為數(shù)不多的pHpzc>7的天然礦物，因此對廢水中的SO42-也有良好的吸附去除效果。3級反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有粒徑0.3-0.5cm的鋼渣顆粒(CaO含量45％以上)，鋼渣具有良好的堿度釋放能力，結(jié)構(gòu)疏松，具有一定的吸附效果，能夠同步實現(xiàn)對廢水中的堿度與重金屬離子進行去除。4級反應(yīng)槽的藥劑存儲裝置內(nèi)填充有粒徑0.3-0.5cm的天然錳砂(MnO2含量40％以上)和天然沸石(沸石礦物含量85％以上)。錳砂與沸石均是具有良好納米孔道結(jié)構(gòu)(孔徑0.3-0.7nm)的分子篩材料，能夠?qū)崿F(xiàn)對Pb、Zn、Ba、Cr、Cu等重金屬離子的高效去除，二者的具體配比可由前端廢水中重金屬離子種類確定。
經(jīng)上述多級反應(yīng)槽處理后的礦洞涌水匯入出水槽，在出水槽末端設(shè)置有孔徑小于0.2cm的過濾網(wǎng)，主要用于攔截廢水從前端反應(yīng)槽帶出的顆粒雜質(zhì)或形成的膠體沉淀，出水槽的出口槽口的位置高于槽底10-20cm，以保證各類顆粒雜質(zhì)完全停留在可滲透反應(yīng)墻單元內(nèi)而不會被帶入到河道中。此外，體系的入水槽、多級反應(yīng)槽、出水槽設(shè)計成分段式互不干擾，且槽口互相錯開，使得廢水的流經(jīng)路線為“曲流式”，這種設(shè)計有以下幾點好處：1)保障了廢水與反應(yīng)槽藥劑能夠充分接觸反應(yīng)，提高了凈化效果；2)充分利用了廢水在重力作用下的驅(qū)動效果，保障廢水流動動力的同時降低體系運行成本。
可滲透反應(yīng)墻單元的入水槽、多級反應(yīng)槽和出水槽頂部均開有開口，開口上連接有蓋子，方便對體系進行清潔或維護。其中反應(yīng)槽配備有特殊的藥劑存儲裝置，該裝置呈長柱狀，整體由不銹鋼材質(zhì)制成，并且表面噴漆以增強其抗腐蝕性，在藥劑存儲裝置頂部設(shè)置有方便投料/清理的入料出料口，并配備有方便提取該裝置的半圓形把手。整個裝置周身遍布粒徑為0.2-0.3cm的圓形孔洞，在保障廢水在裝置中的流通性的前提下，避免反應(yīng)藥劑在廢水驅(qū)動下被帶出裝置外。
本系統(tǒng)集礦洞機械封堵與礦井涌水凈化處理于一體，極大節(jié)省了系統(tǒng)占地面積，實現(xiàn)了礦井涌水的減量化、無害化處理。在此基礎(chǔ)上，充分考慮了工程運維的簡便性需求，本系統(tǒng)只需要對藥劑存儲裝置中的藥劑進行定期更換和清理出水槽中的沉淀物即可。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明提出的用于礦山廢水污染治理的新型礦洞廢水滲透過濾式封堵系統(tǒng)具有以下技術(shù)優(yōu)點：
1)對礦洞進行支撐加固的同時，基本阻隔外界空氣進入礦洞侵蝕圍巖，從源頭上實現(xiàn)污染因子的減量化處理；
2)將長期淤積在礦洞淺層的酸性礦山廢水引出處理，減輕對封堵系統(tǒng)的侵蝕破壞，提高礦洞封堵系統(tǒng)的安全性與使用壽命；
3)將采空區(qū)挖成前后左右由高到低向下朝引流管道傾斜的、將封堵墻墻體建成內(nèi)扣弧形的形狀，以保障礦洞廢水能充分匯聚入引流管道然后進入可滲透反應(yīng)墻單元，封堵墻墻體防止廢水往周圍環(huán)境外溢；
4)通過在礦洞口底部布置可滲透反應(yīng)墻單元，通過多級反應(yīng)槽對殘留的礦洞涌水進行高效凈化處理后達(dá)標(biāo)排放，廢水流經(jīng)路線采用“曲流式”設(shè)計，保障廢水與藥劑的接觸反應(yīng)時間，提升了凈化效果，從源頭上實現(xiàn)了污染因子無害化處理；
5)藥劑存儲裝置獨立于反應(yīng)槽，可以通過把手，單個取出進行換料維護等，且側(cè)壁的進水孔和出水孔既能容許廢水滲透通過，也能攔截廢水從前端反應(yīng)槽帶出的顆粒雜質(zhì)或形成的膠體沉淀；
6)本系統(tǒng)各級單元均采用模塊化設(shè)計，方便后續(xù)運維過程中的藥劑更換與保潔維護，采用太陽能供電對前端廢水進行曝氣處理，減少了工程投入。
（發(fā)明人：許曉明;胡國峰;邵雁;劉子豪;陳堃;郭華軍;向浩;夏陽;汪遠(yuǎn);皮鎏;熊勁）
