一种矿山废水处理系统及其应用

技术领域

本发明属于废水处理设备技术领域，具体涉及一种矿山废水处理系统及其应用。

背景技术

在矿山环境污染问题中，矿山废水是最主要的污染源之一，废水多呈酸性且夹杂大量的铁、铜、锌等金属离子，如不妥善处理极易对矿区周边区域环境造成危害。因此，矿山废水的处理对生态环境的保护具有重大意义。

现阶段，矿山废水的处理方法主要包括以中和法、硫化法、吸附法等为主的主动处理方法。但是，主动处理方法存在较多问题，如产生大量的污泥、废弃材料，运行维护成本高等。近年来针对矿山废水处理问题，以可渗透反应墙等为主的被动处理技术逐渐受到研究者的关注，其具有无需动力、运行维护成本低、处理效果好等优势。但是，在这种被动处理技术中，随着废水中悬浮物、重金属沉淀等物质在可渗透反应墙中的累积，会造成可渗透反应墙的严重堵塞，失去活性，墙体使用寿命短，且更换墙体繁琐、成本高。

因此，亟需提供有一种矿山废水处理系统，能够延长可渗透反应墙的使用寿命。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种矿山废水处理系统，能够延长可渗透反应墙的使用寿命。

一种矿山废水处理系统，按照水流方向，包括引流管、调节池、可渗透反应墙和出水池；所述引流管、调节池、可渗透反应墙和出水池依次相连；所述可渗透反应墙包括反应区域和覆盖于所述反应区域的植物种植区；

所述反应区域由可拆卸移动槽分隔出至少3个反应区，每个所述反应区填充不同填料。

优选的，按照水流方向所述反应区依次填充石英砂、天然沸石和鹅卵石，形成石英砂反应区、天然沸石反应区和鹅卵石反应区。

优选的，所述天然沸石按照级配，粒径从小到大依次填充；进一步优选的，所述天然沸石的粒径分别为1-2mm、2-4mm、4-8mm。

天然沸石按照级配，粒径从小到大依次填充在不同的反应区时，随着水流，小颗粒冲刷进入颗粒间空隙，形成均匀的截留体，能够有效提升处理效能。如果天然沸石按照级配，粒径从大到小依次填充，则大颗粒无法进入小颗粒间隙，无法达到良好的截留效果，也容易引起堵塞，进而影响处理效果。

优选的，所述石英砂的粒径为0.5-1mm；所述鹅卵石的粒径为10-30mm。

优选的，所述植物种植区包括种植土和种植于所述种植土上的植物；所述植物选自香蒲、梭鱼草、鸢尾、东南景天或蜈蚣草中的至少两种。

进一步优选的，所述石英砂反应区种植香蒲、梭鱼草或鸢尾中的至少一种，所述天然沸石反应区间种东南景天或/和蜈蚣草。

在废水净化的过程中，种植不同的植物，更利于结合反应区与不同植物自身的修复优势。

所述可渗透反应墙为地上式砖混结构，底部为钢筋混凝土，所述可渗透反应墙与所述出水池相连的墙体上，等间距布设排水口。

所述引流管为PVP管，引流管上安装有阀门，所述以便控制流速。

所述调节池为砖混结构，底部为钢筋混凝土，所述调节池与所述可渗透反应墙相连的墙体上等间距布设排水口。

所述出水池为砖混结构，底部为钢筋混凝土，在距离所述出水池底部0.1-0.2m处设置出水口。

优选的，在所述出水池内装填鹅卵石，所述鹅卵石的粒径为50-100mm。

所述可拆卸移动槽采用碳钢板、角钢以及穿孔板制成；所述可拆卸移动槽两端焊接有把手，便于后期通过起重机起吊更换材料，提升使用过程中的便利性。

所述矿山废水处理系统可以依据水量大小放大或缩小尺寸。

所述矿山废水处理系统应用于矿山废水的处理中。

一种矿山废水的处理方法，采用所述矿山废水处理系统进行处理。

所述矿山废水的处理方法，包括如下步骤：

(1)矿山废水通过所述引流管进入所述调节池；

(2)矿山废水从调节池进入所述可渗透反应墙，依次流经石英砂反应区、天然沸石反应区和鹅卵石反应区，并在各反应区停留；

(3)经过所述可渗透反应墙处理后的水，进入所述出水池，引出。

优选的，矿山废水在所述调节池停留的时间为1-2h。

优选的，矿山废水在所述石英砂反应区停留的时间为0.5-1h。

优选的，矿山废水在所述天然沸石反应区停留的时间1-2h。

优选的，矿山废水在所述鹅卵石反应区停留的时间10-20min。

具体的，所述矿山废水的处理方法，包括如下步骤：

(1)矿山废水通过引流管进入调节池，废水在调节池的平均停留时间为1-2h；

(2)矿山废水从调节池进入可渗透反应墙，先流经石英砂反应区，通过石英砂截留悬浮物，通过植物吸收金属离子，矿山废水在石英砂区域停留时间为0.5-1h；然后通过天然沸石反应区，沸石成分为碱金属氧化物，进一步调节废水pH、吸附废水中金属离子，通过沸石区域种植的超富集植物吸附水中金属离子，矿山废水在沸石区域的停留时间1-2h；再通过鹅卵石反应区，进一步截留水中悬浮物，矿山废水在鹅卵石区域停留时间为10-20min。

(3)经过可渗透反应墙处理后的水，进入出水池，通过沟渠引流至周边受纳水体，或者用于农田灌溉用水等。定期监控出水口水质，定期开展维护，确保废水处理达标排放。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

(1)本发明所述矿山废水处理系统，将植物修复与可渗透反应墙联合使用，能够有效防止可渗透反应墙堵塞，延长可渗透反应墙的有效作用时间和使用寿命。同时，可渗透反应墙中可拆卸移动槽方便定期更换填料，保证矿山废水处理系统长期有效。

(2)采用所述矿山废水处理系统进行废水处理，利用超富集植物与吸附截留相结合，能够有效降低废水酸度和水中金属离子含量，对废水中铁离子的吸收率达到97.7％，锌离子的吸收率达到95.5％；且所述处理方法能耗低，工艺简单，运行维护便利。

附图说明

图1为实施例1所述矿山废水处理系统的剖面结构示意图；

引水管100；调节池200；可渗透反应墙300；植物种植区310；反应区域320；可拆卸移动槽322；反应区321；出水池400；出水口500。

具体实施方式

为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例对本发明要求的保护范围不构成限制作用。

以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。

实施例1

一种矿山废水处理系统，见图1所示，沿着水流方向依次为引流管100、调节池200、可渗透反应墙300、出水池400、出水口500；引流管100、调节池200、可渗透反应墙300和出水池400依次相连，出水口500设置于出水池400上；可渗透反应墙300包括反应区域320和覆盖于反应区域320的植物种植区310；反应区域320由可拆卸移动槽322分隔出至少3个反应区321，每个反应区321填充不同填料。

引流管100材质选为耐腐蚀的PVP管，管径为100-200mm，引流管100上安装球阀便于调控水量。

调节池200为砖混结构，底部为钢筋混凝土结构，调节池200四周抹水泥砂浆，有效长度为4-5m、宽度为4-5m、深度为1.5-2m；调节池200与可渗透反应墙300相连的墙体，在离池底部0.2-0.5m处等间距布设排水口，排水口约5-10个，排水口直径为100-200mm。排水口材质为PVP塑料管，长度为30-50cm，两端搭载直角弯头，弯头材质为PVP。排水口的水排至可渗透反应墙300。

可渗透反应墙300为砖混结构，墙面抹水泥砂浆，底部为钢筋混凝土，有效长度为4-4.5m、宽度为4-5m、深度为1.5-2m。所述可渗透反应墙300分为3个反应区321，沿着水流方向依次为石英砂反应区、天然沸石反应区、鹅卵石反应区。石英砂反应区有效长度0.8-1m，填充高度为1-1.2m，填充宽度为4-4.5m，石英砂粒径分布在0.5-1mm之间。天然沸石反应区分为3个填充区，每个填充区有效长度0.8-1m，填充高度为1-1.2m，填充宽度为4-4.5m，沿着水流方向，依次填充粒径为1-2、2-4、4-8mm的天然沸石。鹅卵石反应区有效长度0.8-1m，填充高度为1-1.2m，填充宽度为4-4.5m，鹅卵石的粒径为10-30mm。可渗透反应墙300填充材料放置于可拆卸移动槽322。可拆卸移动槽322采用碳钢板(涂刷防腐漆)、角钢以及穿孔板制作而成，有效长度为0.8-0.9m、宽度为3.9-4.9m、深度为1-1.5m；每个可拆卸移动槽322承重在10-15吨；可拆卸移动槽322两端焊接有把手，便于后期通过起重机起吊更换材料。

可渗透反应墙300的石英砂反应区种植水生植物，选择香蒲和梭鱼草。沸石区域沸石反应区填充完后上端覆盖10-15cm的种植土，分别种植香蒲、梭鱼草和鸢尾，并间种东南景天和蜈蚣草，进一步吸附水中金属离子，延长可渗透反应墙300中材料更换周期。种植土为泥炭土与市售有机肥混合物。

出水池400通过搭载直角弯头的PVP排水管与可渗透反应墙300连接。出水池400为砖混结构，墙面抹水泥浆，底部为钢筋混凝土，有效长度为0.8-1m、宽度为4-5m、深度为1.5-2m；在离池底部0.1-0.2m处设置出水口500，出水口500管径为为50-100mm。出水池400装填鹅卵石，鹅卵石粒径为50-100mm。

利用上述矿山废水处理系统对矿山废水处理方法，具体操作如下：

矿山废水通过引流管100进入调节池200，平均停留时间为1h。沿着水流方向，废水依次流经可渗透反应墙300的石英砂反应区，以便去除水中悬浮物，同时，种植的水生生物可以进一步吸收水中金属离子，并营造缺氧条件，废水在石英砂反应区的平均停留时间为0.5h；接着废水依次流经沸石反应区，通过沸石的作用调节废水pH，吸附水中金属离子，同时沸石区域种植的植物进一步吸附水中或者沸石吸附截留的金属离子，有效的延长沸石吸附饱和周期；废水流经沸石反应区的平均停留时间为1.5h；最后，废水流经鹅卵石反应区，进一步去除水中悬浮物，确保废水达标排放，废水在鹅卵石区域停留时间为15min。经过可渗透反应墙300区域的废水，流经含有石英砂的出水池400，进一步降低废水中悬浮物。

定期监控出水口500水质，定期开展植物收割及维护，确保废水处理达标排放。如果水质超标则通过人工与吊机相结合的方法，将可渗透反应墙300区域的填料整体取出并更换新的材料，以及重新种植植物。

产品效果测试

1.为验证该工艺效果，进行如下模拟实验：

引流管用硅胶管代替，调节池用5L烧杯代替；可渗透反应墙采用有机玻璃按照同等比例缩小，有机玻璃箱依次填充石英砂(粒径分布在0.5-1mm之间)、天然沸石(粒径的顺序为1-2、2-4、4-8mm)、鹅卵石(粒径分布在10-30mm)，每个反应区的长度均为0.4米，石英砂反应区上端覆盖10-15cm的种植土，种植香蒲和梭鱼草；天然沸石反应区上端覆盖10cm的种植土，分别种植香蒲、梭鱼草和鸢尾，并间种东南景天和蜈蚣草。有机玻璃箱两端分别设置进水口和出水口；可渗透反应墙与出水池通过硅胶管连接，出水池采用有机玻璃柱代替，有机玻璃柱填充鹅卵石，下端开孔作为出水口，出水池通过硅胶管与烧杯相连。取广东省清远市某矿山实水25L，废水锌含量为6.04mg/L、铁含量为257.4mg/L，进水pH为5.9，其余水质指标均符合地表水环境质量标准三类水标准，调节废水流速为100mL/min或200mL/min，废水从调节池进入可渗透反应墙，而后进入出水池，在烧杯内取水样检测水中锌离子含量、铁离子含量和pH。实验结果如表1所示。

表1某矿山废水处理情况

由表1可知，经过矿山废水处理系统处理后，废水的酸性明显减弱，对废水中铁离子的吸收率达到97.7％，锌离子的吸收率达到95.5％。

2.为验证该工艺效果，进行如下对比模拟实验(减少反应区)：

引流管用硅胶管代替，调节池用5L烧杯代替；可渗透反应墙采用有机玻璃按照同等比例缩小，有机玻璃箱依次填充石英砂(粒径分布在0.5-1mm之间)、鹅卵石(粒径分布在10-30mm)，每个反应区的长度均为0.6米，反应区上端覆盖10cm的种植土，种植香蒲和梭鱼草。有机玻璃箱两端开孔分别作为进水口和出水口；可渗透反应墙与出水池通过硅胶管连接，出水池采用有机玻璃柱代替，有机玻璃柱填充鹅卵石，下端开孔作为出水口，出水池通过硅胶管与烧杯相连。取广东省清远市某矿山实际废水25L，废水锌含量为6.04mg/L、铁含量为257.4mg/L，进水pH为5.9，其余水质指标均符合地表水环境质量标准三类水标准，调节废水流速为100mL/min或200mL/min，废水从调节池进入可渗透反应墙，而后进入出水池，在烧杯内取水样检测水中锌离子含量和pH。实验结果如表2所示。

表2某矿山废水处理情况

由表2可知，因为可渗透反应墙的反应区减少，未经过天然沸石反应区，废水的酸性改善不明显，对废水中铁离子、锌离子的吸收效果也远不如上述模拟实验。