一种基于MABR的稀土矿山尾水处理系统及方法

一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法
技术领域
1.本发明涉及稀土矿山尾水净化技术领域，特别涉及一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法。


背景技术：

2.稀土资源是我国重要的矿产资源之一，由于我国稀土资源的天然优势以及先进的稀土关键分离技术，我国成为全球最主要的稀土生产国。随着近年来稀土永磁材料、稀土储氢材料等新材料行业的不断发展，我国市场对于稀土的需求也是不断增加，我国稀土产量也是逐年增加。然而稀土矿的开采、冶炼等过程均会较大的生态问题。以我国南方离子吸附型稀土矿为例，其主要的采矿过程通常为利用硫铵浸泡泥土，将离子态的稀土元素置换到溶液中，再用草酸或碳铵沉淀得到92％以上品位的稀土精矿；此种采矿在具体的操作上又分为堆浸、池浸和原地浸矿，其中，前两种方法目前已被禁止，而原地浸矿法在具体的生产过程中，也会形成相当量的稀土矿山尾水，其具有高氨氮、低cod、高盐度、高浊度、水质水量变化大等特点，如果处理不当将会对自然环境的水循环造成极大的影响。
3.传统的稀土矿山尾水处理方法是通过生态沟渠对尾水进行渗滤处理，但稀土矿山尾水的高酸性(ph为3-5)、氮含量高(50-300mg/l)、碳含量低(cod
cr
≤20mg/l)等特性严重影响生态沟渠的处理效果。因此业内研发出生化处理法，其主要原理是通过硝化与反硝化、短程硝化反硝化或者厌氧氨氧化，其中短程硝化反硝化因为工艺参数控制严格，厌氧氨氧化因为对水温要求高和工艺参数控制更为严格，因此，两者都很难在面源污染稀土尾水处理中得到实际应用。硝化与反硝化是目前稀土尾水处理的主要生化处理工艺，例如活性污泥法的硝化反硝化生化工艺、接触氧化法的硝化和反硝化工艺在实际稀土矿山尾水处理项目中都有应用，硝化是通过硝化菌将氨氮转变为硝态氮，主要的生化反应条件是水温、溶解氧和碱度；反硝化是反硝化菌将硝态氮转变为氮气，主要的生化反应条件是水温和碳源；这些工艺工会用到活性污泥法(sbr)、膜生物反应器(mbr)以及曝气生物滤池(baf)，它们对运行温度、碳源需求量和供氧等具有较高的要求，碳源供应和氧气供应需要巨大的能源消耗，高能耗的缺点限制了该工艺的大规模地使用。
4.因此，急需研发一种耗能低，同时又能高效处理稀土矿山尾水的方法。


技术实现要素：

5.本发明的主要目的是提出一种稀土矿山尾水生态处理方法，旨在解决传统稀土矿山尾水处理方法高耗能，运行成本高，而处理效率低等技术问题。
6.为实现上述目的，本发明采取的技术方案为一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法，包括以下步骤：
7.s1：将稀土矿山尾水引入沉沙池，同时往沉沙池内注入经固液分离预处理后养猪场养殖尾水，其中稀土矿山尾水与养猪场养殖尾水的体积比为5～30：1，两者在沉沙池充分混合并进行固体颗粒物沉降；
8.s3：经过沉降的稀土矿山尾水从沉沙池溢流至调节池，往调节池添加ph调节剂，将稀土矿山尾水的ph值调至6.5～7.0；
9.s5：将经过ph调节的稀土矿山尾水布送至膜曝气生物反应池内进行mabr强化处理，所述膜曝气生物反应池包括矩形池体，所述矩形池体的内壁覆盖土工膜防渗漏层，所述矩形池体内固定设置膜组件，通过主输气管向膜组件供气，使膜组件在膜曝气生物反应池内进行微孔曝气和为微生物提供良好的附着环境；
10.s7：经过mabr强化处理的稀土矿山尾水溢流至渗滤坝进行渗滤处理；
11.s9：经过渗滤处理的稀土矿山尾水溢流至生态净化池进行生态净化，所述生态净化池包括土体池，土体池内壁铺设有土工膜防渗漏层，所述土工膜防渗漏层上铺设普通土层，往生态净化池内通入稀土矿山尾水，在普通土层上种植沉水植物及挺水植物；
12.s11：经生态净化池净化后的稀土矿山尾水溢流排至自然水体。
13.可选的，所述经过渗滤处理的稀土矿山尾水进入生态净化池前，还经过步骤s8:
14.经过渗滤处理的稀土矿山尾水溢流至垂直潜流湿地进行净化处理；
15.所述垂直潜流湿地采用沸石填料，自上而下布水，底部设置曝气装置，种植梭鱼草、再力花、风车草、水葱、鸢尾、花叶芦竹中的一种或几种的任意组合的水生植物。
16.可选的，所述经过mabr强化处理的稀土矿山尾水可部分回流至调节池，参与稀土矿山尾水的ph值及浓度调节。
17.可选的，所述ph调节剂包括碳酸钠。
18.可选的，所述膜曝气生物反应池包括矩形池体，所述矩形池体的池体内壁覆盖土工膜防渗漏层，所述矩形池体内固定设置膜组件，所述膜组件包括支撑架，及固定于支撑架上的进气管，所述进气管的顶端通过输气支管与输气主管连接，进气管的底端封闭，进气管侧壁设置若干膜丝连通孔，所述膜丝连通孔固定连接膜丝的进气端，所述膜丝还包括出气端，所述出气端与出气管固定连接，所述出气管连接集气管，所述膜丝为由改性聚偏氟乙烯纤维膜围成的中空丝状结构。
19.可选的，所述膜丝连通孔沿轴向排列成6-12组，且与进气管轴线辐射对称，每组膜丝的出气端连接一竖向出气管。
20.可选的，所述膜丝与水平方向相邻的膜丝间通过尼龙纱网固定连接。
21.可选的，所述出气管与水平方向呈30-60度角，在出气管的牵动下，每组膜丝呈以进气管为中心的螺旋上升状，
22.可选的，所述膜丝与竖直方向相邻的膜丝间通过尼龙纱网固定连接。
23.可选的，所述进气管的顶端通过上支架与支撑架固定连接，进气管的底端通过下支架与支撑架固定连接，所述进气管的底端还包括挡流板，所述稀土矿山尾水通过布水管布送至膜曝气生物反应池，布水管通过水管支架固定于膜曝气生物反应池底部，布水管的出水口设置于挡流板的正下方。
24.可选的，所述布水管设置若干出水口，每个出水口对应设置一个膜组件，所述出水口连接有出水阀。
25.可选的，所述集气管连接至生态净化塘进行曝气。
26.可选的，所述沉沙池的池壁沿水流方向交错设置一端与池壁固定连接的挡水墙，所述挡水墙在沉沙池内形成z字形水道。
27.可选的，所述渗滤坝由石灰石作为填料。
28.可选的，所述生态净化塘的水深设置为1.0-1.8m，所述挺水植物为美人蕉、水葱、芦苇、香根草中的一种或几种的任意组合；所述沉水植物为狐尾藻、苦草中的一种或两种。
29.本发明的有益效果是：
30.本发明实施例通过引入养猪场养殖尾水这种低成本的碳源与稀土矿山尾水进行协同处理，相较于传统处理方式成本更低，同时具有更高的生态效应。与此同时，mabr强化处理中，膜曝气生物反应器一方面通过异向传质的结构设置，且同步实现硝化和反硝化，能很好的适应低碳氮比水质环境；另一方面通过膜进行微孔曝气，提高了供气中氧气的利用率，进而节约了曝气反应中的供气量，进一步降低稀土矿山尾水处理的成本。能有效解决现有技术中碳源供应和氧气供应需求巨大所带来的高能耗技术问题。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
32.图1为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法流程示意图一；
33.图2为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法流程示意图二；
34.图3为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法的实施例的模块示意图；
35.图4为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法的膜曝气生物反应池的结构示意图一；
36.图5为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法的膜曝气生物反应池的结构示意图二；
37.图6为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的膜组件的结构示意图一；
38.图7为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的膜组件的结构示意图二；
39.图8为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的y字形三通的结构示意图；
40.图9为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的垂直潜流湿地的结构示意图；
41.图10为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的生态净化塘的结构示意图；
42.图11为本发明一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法实施例的渗滤坝的结构示意图。
具体实施方式
43.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的一部分实施例，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作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。
44.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
45.请参考图1至图11，本发明实施例提出一种基于mabr的稀土矿山尾水处理系统及方法，具体包括以下步骤：
46.s1：将稀土矿山尾水引入沉沙池01，同时往沉沙池01内注入养猪场养殖尾水，其中稀土矿山尾水与养猪场养殖尾水的体积比为5～30:1，两者在沉沙池01充分混合并进行固体颗粒物沉降；
47.s3：经过沉降的稀土矿山尾水从沉沙池01溢流至调节池02，往调节池02添加ph调节剂，将稀土矿山尾水的ph值调至6.5～7.0；
48.s5：将经过ph调节的稀土矿山尾水布送至膜曝气生物反应池03内进行mabr强化处理，所述膜曝气生物反应池03包括矩形池体031，所述矩形池体031的内壁覆盖土工膜防渗漏层032，所述矩形池体031的上方固定设置膜组件05，通过主输气管032向膜组件05供气，使膜组件05在膜曝气生物反应池内进行微孔曝气和为微生物提供良好的附着环境；
49.s7：经过mabr强化处理的稀土矿山尾水溢流至渗滤坝06进行渗滤处理；
50.s9：经过渗滤处理的稀土矿山尾水溢流至生态净化池07进行生态净化，所述生态净化池07包括土体池071，土体池071的内壁铺设有土工膜防渗漏层072，所述土工膜防渗漏层072上铺设普通土层073，往生态净化池07内通入稀土矿山尾水后，在普通土层上种植沉水植物074及挺水植物075；
51.s11：经生态净化池07净化后的稀土矿山尾水溢流排至自然水体。
52.稀土矿山尾水呈酸性(ph为3-5)，碳氮比低(cod
cr
≤20mg/l，氨氮：50-300mg/l),而经过固液分离预处理的养猪场养殖尾水呈微碱性(ph为7-9)，碳氮比高(cod
cr
：5000-30000mg/l，氨氮：100-300mg/l)。稀土矿山尾水注入沉沙池的同时，通过水罐车或供液管将养猪场养殖尾水持续注入到沉沙池中，其中，稀土矿山尾水与养猪场养殖尾水的体积比为5～30:1，在稀土矿山尾水进行固体颗粒物沉降的同时，养猪场养殖尾水与稀土矿山尾水充分混匀，从而增加了稀土矿山尾水的的碳含量，并促进后续mabr强化处理过程中膜组件的快速挂膜，也为膜组件附着的微生物膜代谢提供碳源。往调节池添加ph调节剂，将稀土矿山尾水的ph值调至6.5～7.0，有助于后续mabr强化处理过程中膜组件的快速挂膜。mabr强化处理中的mabr是指膜曝气生物反应器，是通过膜进行微孔曝气，为附着在膜上面的微生物提供氧气，所述膜为中空纤维膜，利用中空纤维膜作为微生物附着的载体，并为微生物进行无气泡曝气，尾水在附着微生物膜的膜周围流动时，水体中的有机物、氨氮等污染物在浓度差驱动及微生物吸附等作用下进入微生物膜内，并经过微生物的代谢和繁殖被微生物利用，从而达到尾水净化的效果。经过mabr强化处理的稀土矿山尾水溢流至渗滤坝，并被渗滤坝过滤和吸附水中的颗粒物、污染物，同时调节水中ph值。经过渗滤处理的稀土矿山尾水溢流至生态净化池，通过生态净化池的自净化能力进行生态净化，并最终达到排放标准溢流排放至自然水体。
53.值得说明的是：稀土矿山尾水与经过固液分离预处理的养猪场养殖尾水的体积比为5～30:1应当依据稀土矿山尾水、养猪场养殖尾水中碳氮比比进行调节，其中充分混合后的稀土矿山尾水的碳氮比维持4～6:1更适合后续mabr强化处理等步骤的进行，避免需要投入大量碳源。充分混合后的稀土矿山尾水再经过后续稀释或ph调节等过程总体的碳氮比也将维持不变。
54.本发明实施例的稀土矿山尾水生态处理方法通过引入经过固液分离预处理的养猪场养殖尾水这种低成本的碳源与稀土矿山尾水进行协同处理，相较于传统处理方式成本更低，同时具有更高的生态效应。与此同时，mabr强化处理中，膜曝气生物反应器通过膜进行微孔曝气，提高了供气中氧气的利用率，进而节约了曝气反应中的供气量，进一步降低稀土矿山尾水处理的成本。能有效解决现有技术中碳源供应和氧气供应需要巨大所带来的高能耗技术问题。
55.在一实施例中，所述经过渗滤处理的稀土矿山尾水进入生态净化池07前，还经过步骤s8:
56.经过渗滤处理的稀土矿山尾水溢流至垂直潜流湿地08进行净化处理；
57.所述垂直潜流湿地08采用沸石填料081，自上而下布水，底部设置曝气装置082，沸石填料081上种植水生植物083，所述水生植物为梭鱼草、再力花、风车草、水葱、鸢尾、花叶芦竹中的一种或几种的任意组合。通过垂直潜流湿地可以在稀土矿山尾水溢流至生态净化池前被沸石填料吸附其中的颗粒物、污染物。
58.在一实施例中，所述经过mabr强化处理的稀土矿山尾水可部分回流至调节池，参与稀土矿山尾水的ph值及浓度调节。
59.在一实施例中，所述ph调节剂包括碳酸钠。
60.在一实施例中，所述膜曝气生物反应池03包括矩形池体031，所述矩形池体031的内壁覆盖土工膜防渗漏层032，所述矩形池体031内固定设置膜组件05，所述膜组件05包括支撑架051，及固定于支撑架051上的进气管052，所述进气管052的顶端通过输气支管053与输气主管054连接，进气管052的底端封闭，进气管052的侧壁设置若干膜丝连通孔054，所述膜丝连通孔054固定连接膜丝055的进气端，所述膜丝还包括出气端，所述出气端与出气管056固定连接，所述出气管056连接集气管057，所述膜丝为由改性聚偏氟乙烯纤维膜围成的中空丝状结构。通过向进气管内输送空气，进气管内的空气进入膜丝，由于膜丝为中空纤维膜，该膜允许空气中的氧气通过，进而膜丝内的氧气穿过膜，并被膜外附着的微生物吸收消耗，用于自身代谢繁殖，微生物进行硝化与反硝化、短程硝化反硝化或者厌氧氨氧化作用，在此过程中，硝化是通过硝化菌将氨氮转变为硝态氮，主要的生化反应条件是水温、溶解氧和碱度；反硝化是反硝化菌将硝态氮转变为氮气，主要的生化反应条件是水温和沉砂池阶段混入的养猪场养殖尾水中的碳源。经过一系列的反应过程，膜丝上附着的微生物不仅吸收利用尾水中的氨氮，还同时吸收了沉砂池阶段混入的养猪场养殖尾水中的有机物，达到两种尾水协同处理的效果。同时较常规的板式曝气膜，中空纤维状的膜丝其有效的曝气面积成倍增加，加快微生物膜的附着及代谢效率，进而促进了尾水的处理效率。
61.具体地，在又一实施例中，所述膜丝连通孔054沿轴向排列成6-12组，且与进气管052轴线辐射对称，每组膜丝055的出气端连接一竖向出气管056。膜丝沿进气管的轴线辐射对称，且成组排列设置能将膜组件在尾水中散列成桶状，有效增加了膜丝的过水面积，提升
了膜组件处理尾水的效率。
62.在一实施例中，所述膜丝055与水平方向相邻的膜丝055间通过尼龙纱网058固定连接。尼龙纱网将水平方向相邻的膜丝进行固定可以减少膜丝在尾水中到的摆动，促进微生物膜的形成及生长代谢。
63.在一实施例中，所述出气管056与水平方向呈30-60度角，在出气管的牵动下，每组膜丝055呈以进气管052为中心的螺旋上升状，所述出气管056的上端通过y字形三通037连接集气管057，所述出气管056的下端通过y字形三通连接膜丝固定管038固定连接。通过y字形三通从上端及下端固定出气管，并通过错位连接使出气管与水平方向呈30-60度倾角，而由于膜丝的尾端与出气管固定连接，每组轴向的膜丝便形成以进气管为中心的螺旋上升状，这种结构能保证膜丝均匀分散固定在进气管的轴向及径向上，增加了膜丝的处理面积，大大提升了膜组件处理尾水的效率。特别是在尾水由下向上布的情况下，能保证进气管径向布满膜丝增加膜组件的迎水面，大大提升了膜组件处理尾水的效率。
64.具体地，在一实施例中，所述y字形三通水平的两个连通端之间的夹角为135度，竖向连通端与水平面夹角为30-60度。水平的两个连通端之间的夹角为135度可以使得集气管首尾相接形成正八边形，该结构能连接8根出气管，及对应8组膜丝，该结构膜丝密度适中，出气管的结构也更稳定。
65.具体地，在又一实施例中，所述膜丝055与竖直方向相邻的膜丝055间通过尼龙纱网058固定连接。通过尼龙纱网固定竖直方向相邻的膜丝，可以减少膜丝在尾水中到的摆动，促进微生物膜的形成及生长代谢。
66.在一实施例中，所述进气管052的顶端通过上支架059与支撑架051固定连接，进气管052的底端通过下支架060与支撑架051固定连接，所述进气管052的底端还包括挡流板061，所述稀土矿山尾水通过布水管033布送至膜曝气生物反应池03，布水管033通过水管支架034固定于膜曝气生物反应池03底部，布水管033的出水口035设置于挡流板的正下方。在膜组件下方布水可以利用尾水自身的惯性，促进尾水均匀分布在膜丝的四周，从而提高膜组件的处理效率，同时挡流板的设置可以减小尾水向上运动的动量，减少尾水对膜丝上附着、形成的微生物膜的冲击，提高微生物膜的稳定性，进一步提高膜组件的处理效率。
67.在一实施例中，所述布水管033设置若干出水口035，每个出水口035对应设置一个膜组件05，所述出水口035连接有出水阀036。通过出水阀可以根据膜丝的微生物挂膜情况不同，而调节该膜组件的过水速度，进而灵活高效的调节尾水的处理进度。
68.在一实施例中，所述集气管057连接至生态净化塘07进行曝气。将集气管中的余气进行再利用，可以降低尾水的整体处理成本。
69.在一实施例中，所述沉沙池01的池壁沿水流方向交错设置一端与池壁固定连接的挡水墙011，所述挡水墙011在沉沙池01内形成z字形水道。设置多个挡水墙可以延长稀土矿山尾水在沉淀池内的流经路径，进一步降低稀土矿山尾水的流速，促进稀土矿山尾水中固体颗粒物的沉降，减小沉沙池的占地面积。
70.在一实施例中，所述渗滤坝06由石灰石063作为填料。石灰石能有效吸附mabr强化处理后尾水中的颗粒物及调节尾水中的ph值。
71.在一实施例中，所述生态净化塘的水深设置为1.0-1.8m，所述挺水植物为美人蕉、水葱、芦苇、香根草中的一种或几种的任意组合；所述沉水植物为狐尾藻、苦草中的一种或
两种。
72.以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。