公布日：2023.11.24
申請日：2023.09.09
分類(lèi)號：C02F3/28(2023.01)I;C02F1/28(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F1/66(2023.01)I;C02F103/06(2006.01)N;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置與方法，包括：城鎮污水儲存區，均質(zhì)調節區，可滲透反應墻區與自動(dòng)化控制區。本發(fā)明將酸性礦山廢水和城鎮污水耦合處置，以達到“以廢治廢”的目的，同步實(shí)現酸性礦山廢水和城鎮污水的減量化和資源化，具有低成本、高穩定性、高效去除多類(lèi)型污染物以及廢棄資源配置優(yōu)化再利用等顯著(zhù)優(yōu)勢，符合水廠(chǎng)及可滲透反應墻技術(shù)可持續性發(fā)展需求，適合于工程推廣應用。
權利要求書(shū)
1.一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述聯(lián)合深度處理裝置包括：城鎮污水儲存區，所述城鎮污水儲存區用于儲存硝酸鹽污水、廢堿液和城鎮生活污水；均質(zhì)調節區，所述均質(zhì)調節區用于均勻混合酸性礦山廢水和硝酸鹽污水、廢堿液以及城鎮生活污水；可滲透反應墻區，所述可滲透反應墻區用于酸性礦山廢水和城鎮污水的協(xié)同凈化；以及，自動(dòng)化控制區，所述自動(dòng)化控制區用于控制所述城鎮污水儲存區設備的運行；其中，所述城鎮污水儲存區設有第一輸送泵、第二輸送泵和第三輸送泵以及多個(gè)水質(zhì)測定儀，所述第一輸送泵、第二輸送泵和第三輸送泵分別與所述均質(zhì)調節區連接；所述均質(zhì)調節區包括相鄰設置的第一均質(zhì)調節池與第二均質(zhì)調節池；所述可滲透反應墻區包括相鄰設置的厭氧氨氧化可滲透反應墻和深度處理可滲透反應墻；所述第二均質(zhì)調節池與所述厭氧氨氧化可滲透反應墻相鄰設置。
2.根據權利要求1所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述城鎮污水儲存區包括硝酸鹽污水儲存罐、廢堿液儲存罐與城鎮生活污水儲存罐，所述硝酸鹽污水儲存罐通過(guò)所述第一輸送泵與所述第一均質(zhì)調節池連接，所述廢堿液儲存罐通過(guò)所述第二輸送泵與所述第二均質(zhì)調節池連接，所述城鎮生活污水儲存罐通過(guò)所述第三輸送泵與所述第二均質(zhì)調節池連接。
3.根據權利要求1所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述第一均質(zhì)調節池包括卵石墻體與第一布水管，所述卵石墻體包裹所述第一布水管；所述第二均質(zhì)調節池包括卵石墻體與第二布水管，所述卵石墻體包裹所述第二布水管，所述第一布水管與第二布水管上均設有進(jìn)水管與配水支管；所述第一均質(zhì)調節池的兩端分別設有第一監測井與第二監測井。
4.根據權利要求3所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述配水支管設有配水口，所述配水口均勻分布且開(kāi)口方向與酸性礦山廢水污染羽滲流方向一致，所述配水口的軸線(xiàn)與水平方向成45°夾角。
5.根據權利要求1所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述厭氧氨氧化可滲透反應墻的兩端分別設有第三監測井與第四監測井，所述深度處理可滲透反應墻遠離所述均質(zhì)調節區的一端設有第五監測井。
6.根據權利要求1所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述自動(dòng)化控制區包括PLC和計算機，所述PLC內置接口并連接所述第一輸送泵、所述第二輸送泵與所述第三輸送泵以及多個(gè)水質(zhì)測定儀，所述PLC與所述計算機連接進(jìn)行自動(dòng)化控制。
7.根據權利要求1-6任一項所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，其特征在于，所述第一均質(zhì)調節池、第二均質(zhì)調節池、厭氧氨氧化可滲透反應墻和深度處理可滲透反應墻的滲透系數為含水層滲透系數的2倍以上，且所述第一均質(zhì)調節池、第二均質(zhì)調節池、厭氧氨氧化可滲透反應墻以及深度處理可滲透反應墻的滲透系數相等或者按照酸性礦山廢水污染羽滲流流向逐級升高。
8.一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理方法，其特征在于，采用權利要求1-7任一項所述的聯(lián)合深度處理裝置。
9.根據權利要求8所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理方法，其特征在于，所述處理方法包括以下步驟：1)酸性礦山廢水與硝酸鹽污水混合進(jìn)行第一次水質(zhì)調節：將硝酸鹽污水通入第一均質(zhì)調節池，使硝酸鹽污水和酸性礦山廢水均勻混合；測定第一均質(zhì)調節池出水水質(zhì)情況，經(jīng)第一均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流中總鐵和硝酸鹽的摩爾濃度比為2-6；2)酸性礦山廢水與廢堿液和城鎮生活污水混合進(jìn)行第二次水質(zhì)調節：將廢堿液與城鎮生活污水通入第二均質(zhì)調節池，使廢堿液與城鎮生活污水和酸性礦山廢水均勻混合；測定第二均質(zhì)調節池出水水質(zhì)情況，經(jīng)第二均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流的pH為7.27-7.32，氨氮的摩爾濃度為總鐵摩爾濃度的1/8-1/3和硫酸鹽摩爾濃度的2-8倍之和；3)酸性礦山廢水和城鎮污水的同步脫氮除硫去鐵：經(jīng)第二均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流進(jìn)入厭氧氨氧化可滲透反應墻，介質(zhì)為厭氧氨氧化生物膜或厭氧氨氧化顆粒污泥，介質(zhì)填充比為75％以上，水力停留時(shí)間HRT為4-8h；4)酸性礦山廢水和城鎮污水的深度處理：經(jīng)厭氧氨氧化可滲透反應墻流出的酸性礦山廢水污染羽滲流進(jìn)入以改性膨潤土和粉煤灰復合材料為介質(zhì)的深度處理可滲透反應墻，水力停留時(shí)間HRT為3-6h，出水重新進(jìn)入地下土壤，匯入地下水。
10.根據權利要求9所述的一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理方法，其特征在于，步驟4)中，所述改性膨潤土和粉煤灰復合材料的制備方法為：將質(zhì)量比為1:1的粉煤灰與氧化鈣在1200℃高溫下煅燒3小時(shí)，降溫至600℃，按粉煤灰和膨潤土的體積比為1:1-1:3添加膨潤土，繼續煅燒1.5-2小時(shí)，獲得改性膨潤土和粉煤灰復合材料。
發(fā)明內容
為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置與方法，本發(fā)明將酸性礦山廢水和城鎮污水耦合處置，以達到“以廢治廢”的目的，同步實(shí)現酸性礦山廢水和和城鎮污水的減量化和資源化，具有低成本、高穩定性、高效去除多類(lèi)型污染物以及廢棄資源配置優(yōu)化再利用等顯著(zhù)優(yōu)勢，符合水廠(chǎng)及可滲透反應墻技術(shù)可持續性發(fā)展需求，適合于工程推廣應用。
為了實(shí)現上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理裝置，所述聯(lián)合深度處理裝置包括：
城鎮污水儲存區，所述城鎮污水儲存區用于儲存硝酸鹽污水、廢堿液和城鎮生活污水；
均質(zhì)調節區，所述均質(zhì)調節區用于均勻混合酸性礦山廢水和硝酸鹽污水、廢堿液以及城鎮生活污水；
可滲透反應墻區，所述可滲透反應墻區用于酸性礦山廢水和城鎮污水的協(xié)同凈化；
以及，自動(dòng)化控制區，所述自動(dòng)化控制區用于控制所述城鎮污水儲存區設備的運行；
其中，所述城鎮污水儲存區設有第一輸送泵、第二輸送泵和第三輸送泵以及多個(gè)水質(zhì)測定儀，所述第一輸送泵、第二輸送泵和第三輸送泵分別與所述均質(zhì)調節區連接；
所述均質(zhì)調節區包括相鄰設置的第一均質(zhì)調節池與第二均質(zhì)調節池；
所述可滲透反應墻區包括相鄰設置的厭氧氨氧化可滲透反應墻和深度處理可滲透反應墻；
所述第二均質(zhì)調節池與所述厭氧氨氧化可滲透反應墻相鄰設置。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述城鎮污水儲存區包括硝酸鹽污水儲存罐、廢堿液儲存罐與城鎮生活污水儲存罐，所述硝酸鹽污水儲存罐通過(guò)所述第一輸送泵與所述第一均質(zhì)調節池連接，所述廢堿液儲存罐通過(guò)所述第二輸送泵與所述第二均質(zhì)調節池連接，所述城鎮生活污水儲存罐通過(guò)所述第三輸送泵與所述第二均質(zhì)調節池連接。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一均質(zhì)調節池包括卵石墻體與第一布水管，所述卵石墻體包裹所述第一布水管；所述第二均質(zhì)調節池包括卵石墻體與第二布水管，所述卵石墻體包裹所述第二布水管，所述第一布水管與第二布水管上均設有進(jìn)水管與配水支管；所述第一均質(zhì)調節池的兩端分別設有第一監測井與第二監測井。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述配水支管設有配水口，所述配水口均勻分布且開(kāi)口方向與酸性礦山廢水污染羽滲流方向一致，所述配水口的軸線(xiàn)與水平方向成45°夾角。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述厭氧氨氧化可滲透反應墻的兩端分別設有第三監測井與第四監測井，所述深度處理可滲透反應墻遠離所述均質(zhì)調節區的一端設有第五監測井。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述自動(dòng)化控制區包括PLC和計算機，所述PLC內置接口并連接所述第一輸送泵、所述第二輸送泵與所述第三輸送泵以及多個(gè)水質(zhì)測定儀，所述PLC與所述計算機連接進(jìn)行自動(dòng)化控制。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述第一均質(zhì)調節池、第二均質(zhì)調節池、厭氧氨氧化可滲透反應墻和深度處理可滲透反應墻的滲透系數為含水層滲透系數的2倍以上，且所述第一均質(zhì)調節池、第二均質(zhì)調節池、厭氧氨氧化可滲透反應墻以及深度處理可滲透反應墻的滲透系數相等或者按照酸性礦山廢水污染羽滲流流向逐級升高。
本發(fā)明還提供了采用上述聯(lián)合深度處理裝置的酸性礦山廢水和城鎮污水的聯(lián)合深度處理方法。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述處理方法包括以下步驟：
1)酸性礦山廢水與硝酸鹽污水混合進(jìn)行第一次水質(zhì)調節：將硝酸鹽污水通入第一均質(zhì)調節池，使硝酸鹽污水和酸性礦山廢水均勻混合；測定第一均質(zhì)調節池出水水質(zhì)情況，經(jīng)第一均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流中總鐵和硝酸鹽的摩爾濃度比為2-6；
硝酸鈉作為搪瓷、玻璃、化肥、冶金、機械等領(lǐng)域的主要原料，在市場(chǎng)中的需求量呈逐年上升趨勢。但是在相關(guān)的使用或生產(chǎn)工藝中，相當一部分硝酸鈉存在于廢水中，直接排放會(huì )導致水體的污染。此外，在不銹鋼表面處理過(guò)程中同樣會(huì )產(chǎn)生大量的酸洗廢硝酸。目前需要對此類(lèi)硝酸鹽廢水進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的處理，方法主要有高溫焙燒法、中和回收法、膜過(guò)濾法、溶劑萃取法、減壓蒸發(fā)法、強制循環(huán)蒸發(fā)等，均需投入極大的處理成本。本發(fā)明中，硝酸鹽污水用于為酸性礦山廢水補充硝酸鹽，并在厭氧氨氧化可滲透反應墻中進(jìn)行聯(lián)合處理。
2)酸性礦山廢水與廢堿液和城鎮生活污水混合進(jìn)行第二次水質(zhì)調節：將廢堿液與城鎮生活污水通入第二均質(zhì)調節池，使廢堿液與城鎮生活污水和酸性礦山廢水均勻混合；測定第二均質(zhì)調節池出水水質(zhì)情況，經(jīng)第二均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流的pH為7.27-7.32，氨氮的摩爾濃度為總鐵摩爾濃度的1/8-1/3和硫酸鹽摩爾濃度的2-8倍之和；
硫化氫(H2S)是一種有毒且具有刺激性氣味的氣體，常見(jiàn)于污水處理廠(chǎng)、鋼鐵廠(chǎng)、焦化企業(yè)、化工廠(chǎng)、油田和其他工業(yè)過(guò)程中。其中，吸收劑法是處理硫化氫的主要手段，常用的吸收劑包括氨水、氫氧化鈣溶液等堿性液體。吸收劑法會(huì )產(chǎn)生大量的含硫化鹽廢堿液，目前的處理方法包括酸堿中和法、DTRO膜濃縮技術(shù)、中空膜+納濾處理工藝等，設備投資大、運行成本高，需投入極大的處理成本。本發(fā)明中，廢堿液用于調節酸性礦山廢水的pH、補充氨氮、去除重金屬，而城鎮生活污水在廢堿液對酸性礦山廢水第一次補充氨氮的基礎上，進(jìn)一步補充氨氮和有機物以滿(mǎn)足厭氧氨氧化細菌的代謝計量學(xué)，進(jìn)而在厭氧氨氧化可滲透反應墻中進(jìn)行聯(lián)合處理。
3)酸性礦山廢水和城鎮污水的同步脫氮除硫去鐵：經(jīng)第二均質(zhì)調節池流出的酸性礦山廢水污染羽滲流進(jìn)入厭氧氨氧化可滲透反應墻，介質(zhì)為厭氧氨氧化生物膜或厭氧氨氧化顆粒污泥，介質(zhì)填充比為75％以上，水力停留時(shí)間HRT為4-8h；
厭氧氨氧化(Anaerobicammoniumoxidation，Anammox)工藝是一種經(jīng)濟高效、環(huán)境友好的生物脫氮技術(shù)，特別適合處理低有機碳、高氨氮廢水。該工藝依托自養型Anammox菌，在缺氧條件下，以氨為電子供體，以亞硝酸鹽為電子受體，生成氮氣(N2)和部分硝酸鹽(NH4++1.32NO2-→N2+0.26NO3-)。近年來(lái)研究發(fā)現，Anammox菌具有多樣化的代謝路徑，除可發(fā)生如前所述的亞硝酸鹽型厭氧氨氧化反應，還可發(fā)生硫酸鹽型厭氧氨氧化反應、亞鐵型厭氧氨氧化反應以及鐵氨氧化反應。其中，硫酸鹽型厭氧氨氧化是Anammox菌以氨為電子供體，以硫酸鹽為電子受體的生物反應，其反應產(chǎn)物為N2和S(2NH4++SO42-→N2+S)，本發(fā)明中經(jīng)均質(zhì)調節區流出的酸性礦山廢水和城鎮污水的混合污水具有低COD、高NH4+及偏堿性等特點(diǎn)，十分有利于硫酸鹽型厭氧氨氧化反應的發(fā)生；亞鐵型厭氧氨氧化是Anammox菌以Fe2+為電子供體，以(亞)硝酸鹽為電子受體的生物反應，其反應產(chǎn)物為N2和三價(jià)鐵(Fe3+)(NO3-+5Fe2+→0.5N2+5Fe3+)，由于Anammox菌對Fe3+的吸附、利用，出水Fe3+濃度常低于檢測限；鐵氨氧化是Anammox菌以氨為電子供體，以Fe3+為電子受體的生物反應，其反應產(chǎn)物為N2和Fe2+(NH4++3Fe3+→0.5N2+3Fe2+)，由于Anammox菌對Fe2+的吸附、利用，出水Fe2+濃度常低于檢測限。
4)酸性礦山廢水和城鎮污水的深度處理：經(jīng)厭氧氨氧化可滲透反應墻流出的酸性礦山廢水污染羽滲流進(jìn)入以改性膨潤土和粉煤灰復合材料為介質(zhì)的深度處理可滲透反應墻，水力停留時(shí)間HRT為3-6h，出水重新進(jìn)入地下土壤，匯入地下水。
作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，步驟4)中，所述改性膨潤土和粉煤灰復合材料的制備方法為：將質(zhì)量比為1:1的粉煤灰與氧化鈣在1200℃高溫下煅燒3小時(shí)，降溫至600℃，按粉煤灰和膨潤土的體積比為1:1-1:3添加膨潤土，繼續煅燒1.5-2小時(shí)，獲得改性膨潤土和粉煤灰復合材料。
在本發(fā)明中，粉煤灰作為排放量最大的工業(yè)廢料之一，目前每年的排放量達到近1.6億噸，然而其利用率僅50％左右，大量的粉煤灰被堆放到灰場(chǎng)，既占用了大量的土地資源，也容易造成環(huán)境污染。粉煤灰作為一種多孔性、具較大比表面積的固體顆粒，可用于廢水處理中的吸附劑或混凝劑，具有價(jià)格低廉的優(yōu)勢，在pH值為4-7之間吸附效果較好，重金屬吸附率可達到80-90％，有機物去除率可達60％，SS、細菌總數和大腸菌群去除率達90％以上，對色度和臭味的去除尤為明顯。但由于粉煤灰吸附容量不高，去除污染物的效率較低�；鸱ǜ男耘驖櫷梁头勖夯覐秃喜牧峡娠@著(zhù)提高其吸附容量和效果。
與現有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
本發(fā)明將酸性礦山廢水和城鎮污水耦合處置達到“以廢治廢”的目的，同步實(shí)現酸性礦山廢水和城鎮污水的減量化和資源化，具有低成本、高穩定性、高效去除多類(lèi)型污染物以及廢棄資源配置優(yōu)化再利用等顯著(zhù)優(yōu)勢，符合水廠(chǎng)及可滲透反應墻技術(shù)可持續性發(fā)展需求，適合于工程推廣應用。
（發(fā)明人：李智行;高銳濤;宋思遠;毛加;李祖榮;戴方為;杜佳;鄭豪）
