适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置装置及方法

技术领域

本发明属于矿山污染防治领域，具体涉及一种适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置装置及方法。

背景技术

随着社会经济快速发展，对矿产资源的需求也急剧增加，但矿产开采过程中带来诸多环境污染问题。特别是，开采后遗留的矿洞内大量的废弃矿石，经过长时间水蚀、氧化等物理化学过程，产生大量污染废水。特别是铜矿开采遗留的矿洞产生的废水，其酸性强，且含有硫化物、重金属离子等，大部分遗留铜矿洞未得到有效的控制，导致大量污水污染环境。因此，如何有效降低矿洞废水对周边环境的影响将是矿山治理的关键。

目前，针对矿山废水治理的方法主要有3种，分别为沉淀法、微生物法和人工湿地法。相对来说，由于沉淀法使用方法简单、反应物提取方便，且成本较低，现阶段应用最为广泛。沉淀法是利用物理与化学相结合的方法，首先向废水中投加化学药剂，将酸性废水碱度提高，再填加易于重金属生成沉淀物的硫化物药剂，将水中的离子态物质转化为不溶或难溶物，再经沉降作用或机械外力的作用，将沉淀物去除，从而对废水达到治理的效果。但由于废弃遗留矿洞中的废水产生量具有不确定性，对药剂等物质的需求也存在较大差异，长期运行对药剂需求量更大，同时此种方法需要专人值守。微生物法在实际应用对环境因素要求较高，温度过高和过低都会影响处理效果，处理周期长。另外，大部分微生物需要人工添加碳源，增加经济成本。特别是矿洞排水量的不确定性，短期的排放量增加，微生物无法快速适用。人工湿地法是通过人工构建湿地环境，通过微生物和植物的协同作用实现废水中有害物质的去除，但人工湿地建设成本高，后期维护较复杂，处理效果受季节性影响，无法有效控制矿洞酸性排水。目前，国内涉及矿山酸性废水的专利大多采用的沉淀法和微生物法，除存在以上的问题外，两者的设备的模块化程度不高，安装较复杂。

基于以上存在的问题，研发出一种适用于遗留矿洞排水多段式环流处置装置及方法，有助于保障矿山生态环境安全。

发明内容

为解决上述遗留矿洞外排废水处置不足的问题，本发明提供一种适用于遗留矿洞排水多段式环流处置装置及方法，以实现矿洞废水有效处置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置装置，包括：

环流反应区、沉淀区、环流吸附区；

环流反应区主要填充颗粒状石灰石；环流反应区内间隔设置有多个呈折线状分布的阻隔板，以形成环流通道；所述环流通道内安装有多个依次相连的分隔板，将环流通道分隔为环流通道I、环流通道II，并将位于同一侧的阻隔板分隔在对应侧的环流通道内；

沉淀区与环流反应区的出水端连通，其内间隔设置有多个筛板，筛板的下方设置有污泥斗；

环流吸附区与沉淀区的出水端连通，其内主要填充改性沸石和硅藻土；环流吸附区内同样间隔设置有多个呈折线状分布的阻隔板，以形成环流通道；所述环流通道内同样安装有多个依次相连的分隔板，将环流通道分隔为环流通道III、环流通道IV，并将位于同一侧的阻隔板分隔在对应侧的环流通道内。

进一步地，环流通道I、环流通道II对应连通有进水口I、进水口II；环流通道III、环流通道IV对应连通有排水口I、排水口II。

进一步地，所述阻隔板为椭圆形阻隔板，相邻的阻隔板之间间隔0.5～1m，所述分隔板为圆弧形分隔板。

进一步地，所述筛板包括间隔设置的细孔筛板和粗孔筛板，其间间隔10cm。

进一步地，所述污泥斗的底部设置有单侧活动卸泥板，污泥斗的顶部设置有抽插式隔水板。

进一步地，所述环流反应区内的颗粒状石灰石粒径范围为10～40mm，以减少中和区堵塞现象。

进一步地，所述环流吸附区内的改性沸石和硅藻土二者比例范围为3:1～6:1。

进一步地，所述环流反应区与环流吸附区的长度比例为3:2。

进一步地，所述环流反应区、沉淀区、环流吸附区均安装于一不锈钢水槽内。

进一步地，所述沉淀区内设有纵隔板将其内一分为二，纵隔板两侧分别与分隔板相连。

本发明目的还在于提供一种适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置方法，包括：

将本装置安装于矿洞排水口处，矿洞排出的废水通过管道从进水口I和进水口II进入装置；

废水流经环流反应区，分别在环流通道I、环流通道II内与颗粒状石灰石发生中和反应以降低酸性废水的pH；

酸度降低的废水再流经沉淀区，产生的絮凝物沉淀进入下方污泥斗内；当污泥斗满后，通过抽插式隔水板阻隔沉淀区的水，然后打开单侧活动卸泥板进行卸泥操作；

废水流经吸附区，实现重金属的去除，经排水口I和排水口II排入环境。

本发明带来的有益效果有：

1)本发明是主要用于遗留矿洞外排废水处理的一体化-多段式增强处置工艺，结构特征清晰、操作简洁易实现，可降低现场施工难度和处置成本；

2)本发明采用椭圆形阻隔板设计，搭配分隔板以此形成多个独立的环流通道，进而优化并提高废水在装置内的迁移路径和非稳态程度，从而延长受污染酸性废水与中和材料、吸附材料等的接触时间，形成一种短流程-多接触的高效矿洞废水处理的装置与工艺。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

图1为本多段式环流处置装置的结构俯视图；

图2为本多段式环流处置装置的沉淀区结构示意图；

图中：

1-进水口I；2-进水口II；3-前排椭圆形阻隔板；4-分隔板；5-排水口I；6-排水口II；7-后排椭圆形阻隔板；8-环流吸附区；9-环流反应区；10-不锈钢水槽；11-滑壁；12-沉淀区；13-细孔筛板；14-粗孔筛板；15-污泥斗；16-抽插式隔水板；17-单侧活动卸泥板。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上侧”、“下侧”、“上端”、“两端”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“连通”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照图1～2，本实施例详细描述一种适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置装置，包括：

环流反应区9、沉淀区12、环流吸附区8；

环流反应区9主要填充有颗粒状石灰石，颗粒状石灰石的粒径范围为10～40mm，以减少中和区堵塞现象；环流反应区9内间隔设置有多个呈折线状分布的阻隔板，阻隔板设计为椭圆形阻隔板，分为前排椭圆形阻隔板3和后排椭圆形阻隔板7，使得相邻的各椭圆形阻隔板前后、左右错位设置，且相邻的阻隔板之间间隔0.5～1m，基于此即形成一环流通道；

环流通道内部安装有多个沿废水流经方向依次相连的分隔板4，分隔板4位于环流通道的中心，以此将环流通道均匀分隔为环流通道I、环流通道II，同时将位于同一侧的阻隔板分隔在对应侧的环流通道内；该设计可显著优化矿洞废水在装置内的迁移路径，并提高废水的非稳态程度；

环流通道I、环流通道II对应连通有进水口I1、进水口II2，将本装置安装于矿洞排水口处，矿洞排出的废水即通过管道从进水口I1和进水口II2进入装置；

沉淀区12与环流反应区9的出水端的上端连通、下端密封，过水采用溢流方式，其内自前至后间隔设置有多个筛板，筛板包括间隔设置、高度各不相同的细孔筛板13和粗孔筛板14，其间间隔10cm；筛板的下方设置有污泥斗15，污泥斗15的底部设置有单侧活动卸泥板17，污泥斗15的顶部设置有抽插式隔水板16。沉淀区12内的废水经筛板的阻挡，将产生硫酸钙等絮凝物沉淀并顺着筛板进入下方污泥斗15内，污泥斗15上方设置有倾斜的滑壁11；当污泥斗15满后，先通过抽插式隔水板16阻隔沉淀区12的水，再打开单侧活动卸泥板17进行卸泥操作，使得该操作不影响整个装置运行；

环流吸附区8与沉淀区12的出水端的上端连通、下端密封，过水采用溢流方式，其内主要填充改性沸石和硅藻土，改性沸石和硅藻土二者比例范围为3:1～6:1；环流吸附区8内同样间隔设置有多个呈折线状分布的阻隔板，并形成环流通道，阻隔板的样式与错位设置方式可参照环流反应区9；该环流通道内同样安装有多个依次相连的分隔板4，将此环流通道均匀分隔为环流通道III、环流通道IV，并将位于同一侧的阻隔板分隔在对应侧的环流通道内；环流吸附区8可实现废水重金属的去除，保障装置的出水标准；

环流通道III、环流通道IV对应连通有排水口I5、排水口II6。

在一实施例中，为了使分隔后的环流通道更平滑顺畅，分隔板4设计为圆弧形分隔板4以与椭圆形阻隔板相配合。

在一实施例中，为了丰富阻隔板的样式，阻隔板也可设计为其它上窄下宽的形状如三角形，只要其可延长废水的迁移路径，使废水平顺通过并提高废水在环流通道内的非稳态程度即可。

在一实施例中，环流反应区9、沉淀区12、环流吸附区8均安装于一不锈钢水槽10内，其中环流反应区9、沉淀区12与环流吸附区8的长度比例为3:1:2。不锈钢水槽10上方安装有可开合的不锈钢顶盖，便于更换填料和清理维护。

在一实施例中，沉淀区12内部中间设有纵隔板将其一分为二，纵隔板两侧分别与对应侧的分隔板4相连接。

在一实施例中，筛板设置为倾斜安装的样式并使其倾角可调。该设计可根据待处置酸性废水的流量大小或液位高低进行灵活调整：当流量较小或液位较低时可使筛板适当向后方倾斜以提升筛板阻挡效果，延长废水在沉淀区12内的絮凝沉淀时间；当流量较大或液位较高时可使筛板适当向前方倾斜以避免筛板阻力过大而使得废水从不锈钢水槽10内漫出或回流至环流反应区9进而发生沉淀物堵塞；基于可设置于筛板上联动的流量或液位感测装置和精密齿条调节装置，实现筛板倾角的自动调节。

本实施例还提供一种适用于遗留矿洞排水的多段式环流处置方法，包括：

将本装置安装于矿洞排水口处，矿洞排出的废水通过管道从进水口I1和进水口II2进入装置；

废水流经环流反应区9，分别在环流通道I、环流通道II内与颗粒状石灰石发生中和反应以降低酸性废水的pH；

酸度降低的废水再流经沉淀区12，产生的絮凝物沉淀进入下方污泥斗15内；当污泥斗15满后，通过抽插式隔水板16阻隔沉淀区12的水，然后打开单侧活动卸泥板17进行卸泥操作；

废水流经吸附区，实现重金属的去除，经排水口I5和排水口II6排入环境。

本处置方法主要用于遗留矿洞外排废水处理的一体化-多段式增强处置工艺，在酸性废水处理过程中可以优化并提高废水在装置内的迁移路径和非稳态程度，形成一种短流程-多接触的高效矿洞废水处理的工艺。

试验例I

基于上述构思，在实验室内设计一个小型试验装置：装置长度为1m，其内共错位设置5个椭圆形阻隔板，所形成的每个环流单元占20cm，将其依序设计为石灰石中和区和沸石吸附区。

采集南方某地铜矿废水，pH值为2.5，铜浓度为3.0mg/L。经本装置处理后，出水pH值为6.6，铜浓度为0.6mg/L。

试验例II

在铜矿开展试运行。本装置组装后，运输至现场安装试验。

不锈钢水槽10长度为6.0m，宽度为0.4m，高度为0.5m；在不锈钢水槽10内安装椭圆形阻隔板、沉淀区12，往底部水槽的环流反应区9和环流吸附区8内填充颗粒状石灰石和改性沸石，填充一定高度后，安装圆弧形分隔板4，再分区填充颗粒状石灰石和改性沸石，将不锈钢顶盖盖上；此时组装完成，将本装置安装于矿洞排水口处，由管道将废水输送至进水口I1和进水口II2；

废水依序经过环流中和区、沉淀区12及环流吸附区8，出水pH值6.31，铜离子浓度去除率达85％。

应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。