公布日：2023.04.04

申請日：2023.02.13

分類號：C02F9/00(2023.01)I;C01B25/45(2006.01)I;B09B3/00(2022.01)I;B09B101/55(2022.01)N;C02F103/10(2006.01)N

摘要

本發(fā)明公開了一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置及方法，屬于化工環(huán)境保護技術(shù)領域，酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置包括酸性礦山廢水預處理系統(tǒng)、鋁灰水洗預處理系統(tǒng)以及預處理反應系統(tǒng)，酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的方法是通過酸性礦山廢水作為作為鋁灰水洗的補充水，并通過酸性礦產(chǎn)廢水與市政污泥脫水廢水混合反應形成磷酸銨鎂并對其進行回收，利用市政污泥脫水的廢水的磷將鋁灰水洗后的排水中的氨、鎂提取出來，形成磷酸銨鎂，目前磷酸銨鎂結(jié)晶法的低成本，是有效且能回收磷資源的一種方法，本發(fā)明能有效降低工業(yè)污染，且酸性礦山廢水與鋁灰協(xié)同處理可降低工業(yè)能耗。

權(quán)利要求書

1.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，包括酸性礦山廢水預處理系統(tǒng)(1)、鋁灰水洗預處理系統(tǒng)(2)以及預處理反應系統(tǒng)(3)；所述酸性礦山廢水預處理系統(tǒng)(1)包括進水管一(11)、預處理過濾沉淀池(12)，所述進水管一(11)的出水口與所述預處理過濾沉淀池(12)相連通，所述預處理過濾沉淀池(12)內(nèi)部設有用于過濾廢水的過濾床(13)；所述鋁灰水洗預處理系統(tǒng)(2)包括進水管二(21)、水洗罐(22)、廢水緩沖箱(23)，所述進水管二(21)的進水口與所述預處理過濾沉淀池(12)的出口相連通，所述進水管二(21)的出水口與所述水洗罐(22)相連通，所述水洗罐(22)的頂部固定連通有用于向水洗罐(22)內(nèi)部輸送鋁灰的鋁灰輸送管(24)，水洗罐(22)的一側(cè)上方設有氨氣收集管(25)，所述氨氣收集管(25)的末端與所述廢水緩沖箱(23)相連通，所述水洗罐(22)中部一側(cè)設有廢水管道(26)，所述廢水管道(26)與廢水緩沖箱(23)相通，水洗罐(22)的底部設有灰水排出管(27)，所述廢水緩沖箱(23)的出水口與預處理反應系統(tǒng)(3)相連通；所述預處理反應系統(tǒng)(3)包括進水管三(31)、反應池(32)、市政污泥脫水進水管(33)、市政污泥脫水廢水緩存池(34)、市政污泥脫水廢水電動閥(35)、市政污泥脫水廢水進水泵(36)、預處理系統(tǒng)出水管(37)，所述廢水緩沖箱(23)與所述反應池(32)之間通過所述進水管三(31)相連通，所述市政污泥脫水進水管(33)用于將市政污泥脫水廢水通入所述市政污泥脫水廢水緩存池(34)，所述市政污泥脫水廢水緩存池(34)與所述反應池(32)之間通過所述市政污泥脫水廢水電動閥(35)和所述市政污泥脫水廢水進水泵(36)相連通，所述反應池(32)的的出水口與所述預處理系統(tǒng)出水管(37)相連通。

2.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述所述鋁灰輸送管(24)的中部設有鋁灰輸送閥(241)和鋁灰增壓輸送風機(242)，所述鋁灰輸送閥(241)下端與所述鋁灰增壓輸送風機(242)相連通。

3.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述進水管一(11)的中部設有電動閥門一(111)和進水泵一(112)，所述電動閥門一(111)與所述進水泵一(112)的進水口相連通。

4.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述進水管二(21)的中部設有電動閥門二(211)和進水泵二(212)，電動閥門二(211)的出水口與所述進水泵二(212)的進水口相連通。

5.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述灰水排出管(27)中部設有灰水排出閥(271)和灰水排出泵(272)，所述灰水排出閥(271)的出口與灰水排出泵(272)的進口相連通。

6.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述氨氣收集管(25)中部設有氨氣收集閥(251)和氨氣收集增壓風機(252)，所述氨氣收集閥(251)的出口與所述氨氣收集增壓風機(252)的進口相連通。

7.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述進水管三(31)的中部設有電動閥門三(311)和進水泵三(312)，所述電動閥門三(311)的出水口與所述進水泵三(312)的進水口相連通，所述預處理系統(tǒng)出水管(37)的中部設有預處理系統(tǒng)出水閥(371)和預處理出水泵(372)，所述預預處理系統(tǒng)出水閥(371)的出口與所述預處理出水泵(372)的進口相連通。

8.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，其特征在于，所述進水管三(31)的中部設有電動閥門三(311)和進水泵三(312)，所述電動閥門三(311)的出水口與所述進水泵三(312)的進水口相連通，所述預處理系統(tǒng)出水管(37)的中部設有預處理系統(tǒng)出水閥(371)和預處理出水泵(372)。

9.利用權(quán)利要求1-8任意一項所述的一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置對酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的方法，其特征在于，包括以下步驟：S1、通過啟動電動閥門一(111)和進水泵一(112)將酸性礦山廢水通過進水管一(11)導入預處理過濾沉淀池(12)內(nèi)，先進行沉淀去除沉淀物，再經(jīng)過過濾床(13)過濾懸浮物，過濾床(13)內(nèi)過濾填料由改性轉(zhuǎn)爐鋼渣組成，再通過NaOH溶液將經(jīng)過過濾床(13)處理的廢水pH調(diào)節(jié)至6.5-7.5，然后通過進水管二(21)排入鋁灰水洗預處理系統(tǒng)(2)；S2、進水管二(21)的廢水以噴淋的形式進入水洗罐(22)內(nèi)，鋁灰通過鋁灰輸送管進入水洗罐(22)，并與廢水均勻混合，由灰水排出閥(271)和灰水排出泵(272)控制鋁灰進入水洗罐(22)的流速，廢水與鋁灰的質(zhì)量比為1:5，水洗時長為1h，水洗后廢水進入廢水緩沖箱(23)，沉淀2-3h后，廢水通過進水管三(31)排入預處理反應系統(tǒng)(3)，鋁灰與廢水形成的泥水由灰水排出管(27)、灰水排出閥(271)、灰水排出泵(272)送至后端進一步處置用于提鋁，由灰水排出閥(271)和灰水排出泵(272)控制排出的流速，水洗過程中水洗罐(22)里氣態(tài)氨由氨氣收集增壓風機(252)抽出，經(jīng)氨氣收集管(25)、氨氣收集閥(251)送至廢水緩沖箱(23)并溶于水中；S3、廢水緩沖箱(23)內(nèi)的廢水通過進水管三(31)進入反應池(32)中，由電動閥門三(311)控制流速，由進水泵三(312)提供水流動力，同時市政污泥脫水產(chǎn)生的廢水進入市政污泥脫水廢水緩存池(34)，通過氨含量檢測器(232)和鎂含量檢測器(231)檢測廢水緩沖箱(23)內(nèi)廢水中的氨含量和鎂含量，通過磷含量檢測器(341)檢測市政污泥脫水廢水緩存池(34)中的磷含量，進而確定市政污泥脫水廢水緩存池(34)中的廢水與廢水緩沖箱(23)中的廢水流速，使廢水緩沖箱(23)中鎂離子濃度和氨離子濃度中最小者的摩爾濃度在進入反應池(32)中與進入反應池(32)中市政污泥脫水廢水中的磷離子摩爾濃度比比值為1:1，以達到最佳反應狀態(tài)，兩種廢水在反應池(32)中攪拌混合，攪拌速度為80-120r/min，攪拌完成后生產(chǎn)磷酸銨鎂沉淀由反應池(32)底部排出，反應池底部坡度為5-10°。

10.一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置的處理方法，其特征在于，步驟S1中的改性轉(zhuǎn)爐鋼渣由轉(zhuǎn)爐鋼渣與膨潤土以6:4的質(zhì)量比均勻混合，在500℃溫度下煅燒2h形成。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置及方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置，包括酸性礦山廢水預處理系統(tǒng)、鋁灰水洗預處理系統(tǒng)以及預處理反應系統(tǒng)；

所述酸性礦山廢水預處理系統(tǒng)包括進水管一、預處理過濾沉淀池，所述進水管一的出水口與所述預處理過濾沉淀池相連通，所述預處理過濾沉淀池內(nèi)部設有用于過濾廢水的過濾床；

所述鋁灰水洗預處理系統(tǒng)包括進水管二、水洗罐、廢水緩沖箱，所述進水管二的進水口與所述預處理過濾沉淀池的出口相連通，所述進水管二的出水口與所述水洗罐相連通，所述水洗罐的頂部固定連通有用于向水洗罐內(nèi)部輸送鋁灰的鋁灰輸送管，水洗罐的一側(cè)上方設有氨氣收集管，所述氨氣收集管的末端與所述廢水緩沖箱相連通，所述水洗罐中部一側(cè)設有廢水管道，所述廢水管道與廢水緩沖箱相通，水洗罐的底部設有灰水排出管，所述廢水緩沖箱的出水口與預處理反應系統(tǒng)相連通；

所述預處理反應系統(tǒng)包括進水管三、反應池、市政污泥脫水進水管、市政污泥脫水廢水緩存池、市政污泥脫水廢水電動閥、市政污泥脫水廢水進水泵、預處理系統(tǒng)出水管，所述廢水緩沖箱與所述反應池之間通過所述進水管三相連通，所述市政污泥脫水進水管用于將市政污泥脫水廢水通入所述市政污泥脫水廢水緩存池，所述市政污泥脫水廢水緩存池與所述反應池之間通過所述市政污泥脫水廢水電動閥和所述市政污泥脫水廢水進水泵相連通，所述反應池的的出水口與所述預處理系統(tǒng)出水管相連通。

進一步地，所述所述鋁灰輸送管的中部設有鋁灰輸送閥和鋁灰增壓輸送風機，所述鋁灰輸送閥下端與所述鋁灰增壓輸送風機相連通。

說明：通過鋁灰增壓輸送風機提供鋁灰輸送的動力，通過鋁灰輸送閥控制鋁灰進入水洗罐的流速。

進一步地，所述進水管一的中部設有電動閥門一和進水泵一，所述電動閥門一與所述進水泵一的進水口相連通。

說明：通過電動閥門一和進水泵一調(diào)節(jié)進入與處理過濾沉淀池的廢水流速。

進一步地，所述進水管二的中部設有電動閥門二和進水泵二，電動閥門二的出水口與所述進水泵二的進水口相連通。

說明：通過電動閥門二和進水泵二控制廢水進入水洗罐的流速。

進一步地，所述灰水排出管中部設有灰水排出閥和灰水排出泵，所述灰水排出閥的出口與灰水排出泵的進口相連通。

說明：通過灰水排出閥和灰水排出泵控制泥水的排出流速。

進一步地，所述氨氣收集管中部設有氨氣收集閥和氨氣收集增壓風機，所述氨氣收集閥的出口與所述氨氣收集增壓風機的進口相連通。

說明：通過氨氣收拾增壓風機抽取水洗罐中的氨氣進入廢水緩沖箱，氨氣收集閥控制氨氣進入廢水緩沖箱的流速，最終使氨氣進入廢水緩沖箱并溶于廢水中。

進一步地，所述進水管三的中部設有電動閥門三和進水泵三，所述電動閥門三的出水口與所述進水泵三的進水口相連通，所述預處理系統(tǒng)出水管的中部設有預處理系統(tǒng)出水閥和預處理出水泵，所述預預處理系統(tǒng)出水閥的出口與所述預處理出水泵的進口相連通。

說明：通過電動閥門三和進水泵三控制廢水進入反應池的流速，通過預處理系統(tǒng)出水閥和預處理出水泵控制反應池排水的流速。

進一步地，所述廢水緩沖箱中安裝有用于檢測水中鎂含量的鎂含量檢測器和用于檢測水中氨含量的氨含量檢測器，市政污泥脫水廢水緩存池內(nèi)安裝有用于監(jiān)測水中磷含量的磷含量檢測器。

說明：通過氨含量檢測器和鎂含量檢測器檢測廢水緩沖箱中的氨含量和鎂含量，通過磷含量檢測器檢測市政污泥脫水廢水緩存池中廢水的磷含量，根據(jù)泥脫水廢水緩存池中廢水的磷含量以及廢水緩沖箱中的氨含量和鎂含量決定兩種廢水進入反應池中的流速，以達到最佳反應配比。

進一步地，利用上述一種酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的裝置對酸性礦山廢水和鋁灰協(xié)同預處理的方法，包括以下步驟：

S1、通過啟動電動閥門一和進水泵一將酸性礦山廢水通過進水管一導入預處理過濾沉淀池內(nèi)，先進行沉淀去除沉淀物，再經(jīng)過過濾床過濾懸浮物，過濾床內(nèi)過濾填料由改性轉(zhuǎn)爐鋼渣組成，再通過NaOH溶液將經(jīng)過過濾床處理的廢水pH調(diào)節(jié)至6.5-7.5，然后通過進水管二排入鋁灰水洗預處理系統(tǒng)；

S2、進水管二的廢水以噴淋的形式進入水洗罐內(nèi)，鋁灰通過鋁灰輸送管進入水洗罐，并與廢水均勻混合，由灰水排出閥和灰水排出泵控制鋁灰進入水洗罐的流速，廢水與鋁灰的質(zhì)量比為1:5，水洗時長為1h，水洗后廢水進入廢水緩沖箱，沉淀2-3h后，廢水通過進水管三排入預處理反應系統(tǒng)，鋁灰與廢水形成的泥水由灰水排出管、灰水排出閥、灰水排出泵送至后端進一步處置用于提鋁，由灰水排出閥和灰水排出泵控制排出的流速，水洗過程中水洗罐里氣態(tài)氨由氨氣收集增壓風機抽出，經(jīng)氨氣收集管、氨氣收集閥送至廢水緩沖箱并溶于水中；

S3、廢水緩沖箱內(nèi)的廢水通過進水管三進入反應池中，由電動閥門三控制流速，由進水泵三提供水流動力，同時市政污泥脫水產(chǎn)生的廢水進入市政污泥脫水廢水緩存池，通過氨含量檢測器和鎂含量檢測器檢測廢水緩沖箱內(nèi)廢水中的氨含量和鎂含量，通過磷含量檢測器檢測市政污泥脫水廢水緩存池中的磷含量，進而確定市政污泥脫水廢水緩存池中的廢水與廢水緩沖箱中的廢水流速，使廢水緩沖箱中鎂離子濃度和氨離子濃度中最小者的摩爾濃度在進入反應池中與進入反應池中市政污泥脫水廢水中的磷離子摩爾濃度比比值為1:1，以達到最佳反應狀態(tài)，兩種廢水在反應池中攪拌混合，攪拌速度為80-120r/min，攪拌完成后生產(chǎn)磷酸銨鎂沉淀由反應池底部排出，反應池底部坡度為5-10°。

進一步地，步驟S1中的改性轉(zhuǎn)爐鋼渣由轉(zhuǎn)爐鋼渣與膨潤土以6:4的質(zhì)量比均勻混合，在500℃溫度下煅燒2h形成。

說明：這種改性轉(zhuǎn)爐鋼渣具有良好的過濾效果，且能使轉(zhuǎn)爐鋼渣進行而行廢物利用，進而降低過濾廢水的成本。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明根據(jù)酸性礦山廢水的pH較低、重金屬含量高的特點，采用鋼渣作為吸附材料，中和酸性礦山廢水pH值的去除Cu2+、Cd2+、Pb2+、As3+、PO43-等污染因子濃度，同時鋼渣中的Mg2+進入廢水中。經(jīng)鋼渣預處理后的酸性礦山廢水作為鋁灰水洗的補充水，實現(xiàn)對工業(yè)水的替代，節(jié)約用水。鋁灰水洗后的排水中含有大量的氨、鎂，為了提升資源化利用率，本發(fā)明提出該廢水與市政污泥脫水的廢水進行反應，利用市政污泥脫水的廢水的磷將鋁灰水洗后的排水中的氨、鎂提取出來，形成磷酸銨鎂，目前磷酸銨鎂結(jié)晶法的低成本，是有效且能回收磷資源的一種方法，其生成過程主要為：

(2)本次本發(fā)明利用鋼渣與市政污泥脫水的廢水作為反應介質(zhì)，對酸性礦山廢水與鋁灰進行預處理，降低二者處置的難度同時，將廢水與鋁灰中的有益元素提取，形成磷酸銨鎂，為我國走出磷元素缺少的困局提供了新思路。

（發(fā)明人：張后虎;劉景龍;許元順;嚴小飛;孫孜菲;馬兵）