煤矿酸性废水的处理装置、处理系统及处理方法

本发明涉及污水处理，特别是涉及一种煤矿酸性废水的处理装置、处理系统及处理方法。

背景技术：

1、随着产业结构调整，煤矿被大量关闭。但许多煤矿关闭后，由于缺乏专人负责，且未能及时采取有效治理措施，导致煤矿酸性废水污染问题严重，对生态环境造成严重危害。

2、而当前针对煤矿酸性废水污染的主要措施是通过施加石灰等碱性物质来降低废水中铁的含量和提高水体ph值。虽然石灰法处置效果明显，但缺点同样十分突出，主要存在以下缺点：成本高、需求量大、需要人力或电力设备投加石灰以及后续维护管理、其反应产物铁锰氧化物等会附着包裹在石灰颗粒表面致颗粒内部表面失效造成原料浪费、产生大量含有重金属的污泥，且污泥脱水以及后续处置产生大笔费用、一旦停止投料立即失效。

3、由于上述处理方法存在着明显的缺陷，国外有些学者已经把研究方向转向了微生物法。微生物法处理酸性矿山废水费用低，适用性强，无二次污染，是一种非常有潜力处理酸性矿山废水的方法。

4、酸性矿山废水是金属硫化物矿物在水、空气和微生物的共同作用下产生，其中微生物作用显著加速了酸性废水的产生速率。因此通过调控微生物来修复治理酸性矿山废水成为了新时代的发展趋势和研究热点。在微生物方法中，硫酸盐还原菌的研究很多，硫酸盐还原菌是自然界中广泛存在的一类原核微生物，其可以利用有机碳异化还原so42-生成h2s，h2s与水中溶解态的(类)金属离子反应产生不溶于水的硫化物沉淀，从而去除污水中的重金属。另外，一些铁氧化细菌也被应用到酸性矿山废水的处理中，如嗜酸性氧化亚铁硫杆菌能够促进酸性矿山废水fe2+氧化，并与so42-形成施氏矿物，进而通过共沉淀和吸附作用原位去除amd中的有毒元素。然而，目前微生物技术在实际野外处理中仍少见，更多研究仅停留在实验室规模，亟需研发能适用于实际酸性矿山废水水体水化学特征的实用性治理技术。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种煤矿酸性废水的处理装置、处理系统及处理方法，以解决上述现有技术存在的问题，不仅能够有效去除煤矿酸性废水中的金属离子和类金属离子，还能够有效消减水体酸度，提升水体ph值，从而改善水质。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种煤矿酸性废水处理装置，包括：

4、集水池，所述集水池用于暂存煤矿酸性废水；

5、反应池，所述反应池上设置有进水口和出水口，所述反应池包括微生物反应池和碱反应池，所述微生物反应池的进水口与所述集水池的出水口连通，所述微生物反应池内设置有第一填料层，所述第一填料层能够为所述煤矿酸性废水中微生物提供反应所需碳源；所述碱反应池的进水口与所述微生物反应池的出水口连通，所述碱反应池内设置有第二填料层，所述第二填料层用于消减所述煤矿酸性废水的酸度以及固定去除金属离子和类金属离子。

6、优选的，所述反应池还包括调节池，所述调节池连接于所述微生物反应池与所述碱反应池之间，且所述调节池能够转换为所述微生物反应池或所述碱反应池。

7、优选的，所述微生物反应池包括一级微生物反应池和二级微生物反应池，所述碱反应池包括一级碱反应池和二级碱反应池，所述集水池、所述一级微生物反应池、所述二级微生物反应池、所述调节池、所述一级碱反应池和所述二级碱反应池依次连通，且高度逐渐降低。

8、优选的，所述第一填料层包括速效型碳源层和/或缓释型碳源层；当所述第一填料层包括速效型碳源层和缓释型碳源层时，所述速效型碳源层的上下两侧均设置有所述缓释型碳源层。

9、优选的，所述速效型碳源层为有机肥基质层，所述速效型碳源层下方的所述缓释型碳源层包括第一秸秆层，所述速效型碳源层上方的所述缓释型碳源层包括由下至上依次设置的菌棒层和第二秸秆层，所述第二秸秆层的上方还设置有青石层。

10、优选的，所述第二填料层为石灰岩层。

11、优选的，所述反应池包括池体，所述池体内设置有s型流道，所述s型流道的两端分别与所述反应池的进水口和出水口连通，其中，所述进水口和所述出水口均位于所述池体的顶部；所述s型流道内沿水流方向间隔设置有隔挡墙和悬空墙，所述悬空墙的顶部与所述池体的顶板连接，所述悬空墙的底部与所述池体的底部之间留有间隙，所述隔挡墙的底部与所述池体的底部连接，所述隔挡墙的顶部与所述池体的顶板之间留有间隙，且所述隔挡墙的高度低于所述出水口的高度。

12、本发明还公开了一种煤矿酸性废水处理系统，包括检测装置以及上述的煤矿酸性废水处理装置，所述检测装置包括含铁量检测装置和酸度检测装置。

13、本发明还公开了一种利用上述技术方案所述的煤矿酸性废水处理装置或上述技术方案所述的煤矿酸性废水处理系统处理煤矿酸性废水的方法，包括以下步骤：

14、将所述集水池中的煤矿酸性废水通入所述微生物反应池中，在所述第一填料层的辅助下，所述煤矿酸性废水中的微生物生长代谢固定去除金属离子和类金属离子，得到酸性矿山废水；所述微生物包括好氧型细菌和厌氧型细菌；

15、将所述酸性矿山废水通入所述碱反应池中，经所述第二填料层固定去除所述酸性矿山废水中的(类)金属离子和消减所述酸性矿山废水的酸度。

16、优选的，所述微生物反应池中，所述第一填料层中速效型碳源和/或缓释型碳源的质量按照日处理水量1500m3/d计算；

17、所述煤矿酸性废水在所述微生物反应池中的水力停留时间为28h；

18、所述煤矿酸性废水在调节池中的水力停留时间为32h。

19、优选的，所述碱反应池中，所述第二填料层中石灰岩的质量按照日处理水量1500m3/d计算；

20、所述酸性矿山废水在所述碱反应池中的水力停留时间为15.5h。

21、本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

22、本发明在微生物反应池内设置有第一填料层，第一填料层能够为煤矿酸性废水中微生物提供反应所需碳源，通过微生物反应能够有效去除酸性废水中的fe等金属离子以及类金属离子；而且在碱反应池内设置有第二填料层，所述第二填料层能够通过中和反应消减煤矿酸性废水的酸度，从而能够提升水体ph值，改善水质。

23、本发明还公开了一种利用上述技术方案所述的煤矿酸性废水处理装置或上述技术方案所述的煤矿酸性废水处理系统处理煤矿酸性废水的方法，包括以下步骤：将所述集水池中的煤矿酸性废水通入所述微生物反应池中，在所述第一填料层的辅助下，所述煤矿酸性废水中的微生物生长代谢固定去除(类)金属离子，得到酸性矿山废水；所述微生物包括好氧型细菌和厌氧型细菌；将所述酸性矿山废水通入所述碱反应池中，经所述第二填料层固定去除所述酸性矿山废水中的(类)金属离子和消减所述酸性矿山废水的酸度。在本发明中，首先，所述煤矿酸性废水进入所述微生物反应池中，水体中的微生物利用第一填料层作为营养源进行生长代谢，第一填料层为所述微生物提供碳源，促进微生物生长繁殖，提升亚铁氧化与去除铁等(类)金属离子：其中表层水体中氧化环境条件下的好氧型细菌(例如：铁氧化菌、氧化亚铁硫杆菌等)在光照和氧气的参与作用下，可高效催化水体中的fe(ii)氧化成fe(iii)并消减酸度，fe(iii)水解产生施氏矿物、黄铁矾等产物，能够通过吸附、共沉淀等去除水中部分(类)金属离子。而深层水中还原环境条件下的厌氧型细菌(例如：硫酸盐还原菌、铁还原菌)消减铁主要有三个过程：①分解代谢乳酸、甲酸、乙酸、乙醇、二氧化碳、甲烷、脂肪烃、多聚芳香烃、固体碳源、氢气等营养物质，产生hco3-并释放高能电子，hco3-与水体中游离的h+结合，消减酸度，释放二氧化碳；②硫酸盐还原菌利用分解有机物产生的高能电子在so42-还原酶的参与下将so42-还原为s2-，s2-与水体中游离的h+结合并生成h2s，该过程不仅提升碱度，有利于溶度积较小(类)金属离子形成氢氧化物沉淀，如fe(oh)3、al(oh)3，还能促进产生的s2-与(类)金属离子结合形成难溶于水的硫化物沉淀(如fes)。③硫酸盐还原菌分泌的胞外聚合物中存在着大量的氨基、羧基、羟基等官能团，这些官能团可以通过离子交换、表面络合、表面沉积等作用有效吸附、络合重金属，达到有效固定去除水体中重金属，尤其是铁离子的效果。然后，微生物反应池中得到的酸性矿山废水进入碱反应池中，通过所述第二填料层的吸附、沉淀、过滤、酸中和等反应过程，有效消减所述酸性矿山废水的酸度，进一步去除水体中(类)金属离子，净化水体，提升水质。野外中试结果表明：利用本发明提供的煤矿酸性废水处理系统对煤矿酸性废水进行处理后，水体酸度显著降低，从14.77±4.49mmol/l降低至5.28±3.33mmol/l，酸度消减量在65.76％±18.21％之间；水体中铁含量明显降低，从163.89±58.36mg/l降低到1.90±2.67mg/l，铁的消减量在98.46％±2.35％之间，水质得到显著改善。本发明提供的煤矿酸性废水处理系统一次成本投入，可以持续运行5～10年，基本无需日常维护和管理，不需要任何电力设备，产生的淤泥比传统的石灰法减少1/2以上。