CN102826724A - 一种用于酸性煤矿废水的处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于酸性煤矿废水的处理装置和方法。所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，包括混凝池，沉淀池，过滤装置以及生物反应器。其中，混凝池中设置有搅拌器，并且该搅拌器的转速可以调节。其中，混凝剂是将含油量小于5％的柴油碱渣用水配置成20～40％的碱渣料浆，将PAM配置成0.6～1‰的水溶液，再将PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶2～1∶5的比例进行混合得到的，过滤装置是过滤柱，过滤柱长1.5～1.8米，柱子内径30毫米，过滤柱中使用的滤料是经高锰酸钾溶液浸泡过的锰砂。其中生物反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿废水处理的装置和方法，特别地涉及一种酸性煤矿废水处理的装置和方法。
背景技术
目前业内对矿区酸性废水的处理主要采用如下三种方法：
(一)以中和沉淀和硫化沉淀为代表的化学沉淀法。化学沉淀法处理高浓度矿山酸性废水主要是通过添加中和剂或硫化剂，增加废水pH值并与废水中的金属离子生成氢氧化物或硫化物沉淀，最后通过固液分离将沉淀物去除，废水达标排放。虽然化学沉淀法经过不断发展和改进日臻成熟，但由于其处理过程存在沉淀药剂添加量大，处理成本高，处理不彻底，产生二次污染，有价成分无法回收等不足，制约该方法的进一步推广应用。例如中国专利CN1418831公开的“一种处理有色金属酸性废水的方法”，该方法是采用一段石灰中和加二段聚合硫酸铁沉淀处理两个步骤来处理有色金属酸性废水。再如中国专利CN1613796公开的“一种酸性废水的处理方法”，该方法将钡渣直接加在含有大量的硫酸根离子的废水中，钡渣中的钡离子与废水中的硫酸根离子反应生成硫酸钡沉淀，净化了酸性废水。此外，中国专利CN1931729公开了“一种含重金属酸性废水处理及利用的方法”，该方法包括下列步骤：1.含重金属的酸性废水分别经两种特殊材料过滤设施过滤净化；2.净化水制酸；3.经过滤设施出口的较低含酸浓度的废水循环利用。也存在处理费用高、过滤设备容易污堵、操作压力大等不足，不适于高浓度酸性废水处理。
(二)膜分离法。膜分离法是以选择性透过膜为分离介质，当膜两侧存在压力差、浓度差、电位差、温度差等推动力时，原料侧组分选择性地透过膜从而分离、提纯。将瞙分离法用于酸性废水工艺时必须采用其他方法回收有价金属，同时用中和法保证已提纯的酸性废水pH达标排放，或者循环使用已提纯的酸性废水。此外，由于膜分离法存在处理费用高、容易污堵、操作压力大等不足，不适于高浓度酸性废水处理。例如中国专利CN1872742公开的“应用膜技术处理矿山废水的工艺方法”，该方法的工艺流程是：矿山废水→蓄水池→输水泵→机械过滤器→纤维球过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→反渗透膜组→净水。再如中国专利CN1872742公开的“应用膜技术处理矿山废水的工艺方法”，该方法的工艺流程是：矿山废水→蓄水池→输水泵→机械过滤器→纤维球过滤器→活性炭过滤器→精密过滤器→反渗透膜组→净水。
(三)生物法等方法处理。微生物法是目前国内外处理酸性矿山废水的最新方法，该方法是利用硫酸盐还原菌通过异化硫酸盐的生物还原反应，将硫酸盐还原为H2S或S2-，进而与废水中金属离子生成硫化物沉淀，回收金属硫化物；同时生物还原反应将释放碱度，提高废水pH。利用硫酸盐还原菌的微生物法处理酸性矿山废水具有费用低、适用性强、无二次污染、可回收有价成分等优点，但由于纯微生物法存在受生物体自身能力限制、能处理的pH范围小、对金属离子耐受能力差、处理效率低等不足，也不适于高浓度酸性废水处理，因此未能推广应用。例如中国专利CN101219844公开的“一种生物处理酸性矿山废水的工艺”，该工艺是利用污水厂污泥酸性发酵产物为硫酸盐还原菌的碳源处理酸性硫酸盐废水并回收单质硫：厌氧生物反应器中硫酸盐还原菌SRB将硫酸盐生物还原为H2S或S2-，好养生物膜反应器中无色硫细菌将H2S或S2-生物氧化为单质硫。
这些方法都有其固有缺陷，而最重要的是，酸性煤矿井废水由于其还具有超高的SS值，还有较高的重金属含量，从而增加了这种废水的处理难度。
发明内容
本发明提供了一种用于酸性煤矿废水的处理装置和方法。
所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，包括混凝池，沉淀池，过滤装置以及生物反应器。
其中，混凝池中设置有搅拌器，并且该搅拌器的转速可以调节。
其中，过滤装置是过滤柱，过滤柱长1.5～1.8米，柱子内径30毫米，过滤柱中使用的滤料是经高锰酸钾溶液浸泡过的锰砂。
其中，生物反应器设置两个，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体。
所述用于酸性煤矿废水的处理方法如下：
(1)将待处理废水引入混凝池，在混凝池中加入混凝剂，混凝剂选择柴油碱渣与PAM的溶液的混合物，其用量为4.5～6ml/L，先使用200转/分钟的转速快速搅拌1分钟，然后改为40转/分钟搅拌15分钟。
(2)混凝好的矿井水在沉淀池中沉淀40～50分钟。沉淀时在池内加入石灰乳，将沉淀池上清液的pH值调整为7.0～7.5之间。
(3)沉淀池的上清液进入过滤装置，通过长1.5～1.8米，柱子内径30毫米的过滤柱进行过滤，过滤柱中的滤料为经处理的锰砂，滤速为10～11m/小时，滤料的滤层高度为1米。
(4)滤出液流入生物反应器中，共设置2个生物反应器，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体，厌氧生物滤池中载体投加体积为反应器容积的50％～55％，好氧生物流化床中载体投加体积为反应器容积的20％～30％。反应器中接种活性污泥，经过15天左右的驯化和挂膜，反应器即可进入正式运行阶段。
其中步骤(1)中所使用的混凝剂柴油碱渣是指在柴油清洗过程中产生的残渣，其含油量低于5％，将柴油碱渣用水配置成20～40％的碱渣料浆，将PAM配置成0.6～1‰的水溶液。所述的PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶2～1∶5的比例进行混合，得到步骤(1)所使用的混凝剂。
其中步骤(2)中所使用的滤料是将天然锰砂进行处理而得的。具体地说，就是将市场上可以购得的普通天然锰砂放置于浓度为1％～1.5％的高锰酸钾溶液中浸泡4～6小时，所使用的天然锰砂的粒径为0.3～0.4毫米。
其中步骤(3)中所述的以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体是通过以下方法制备而成的，将椰子壳进行清洗、烘干、粉碎处理，粉碎达到30～40目；将粉碎后的椰子壳颗粒进行碱化处理：将该颗粒置于质量分数为15％～17％的氢氧化钠溶液中，浸泡4～6h；将碱化处理后的椰子壳进行脱水处理后与过量的二甲基丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，得到固相产物；将固相产物清洗，干燥即可得悬浮生物载体。
本发明所述的这套用于酸性煤矿废水的处理装置和方法具有以下优点。
1、成本低，混凝剂使用柴油碱渣配合少量PAM可以获得很好的混凝效果，而成本却很低，而且柴油碱渣呈碱性，在起到混凝效果的同时，该混凝剂还可以提高废水的pH值，减少后续pH值调节剂的用量，进一步降低成本；另外使用椰子壳为原料制成的悬浮生物载体也具有良好的性能，但成本也很低。
2、过滤效率高，经过高锰酸钾溶液浸泡处理过的天然锰砂比未经处理的天然锰砂在过滤时除了能更有效地滤去固体悬浮物，而且能有效地去除废水中含有的铜离子，铁离子等重金属离子，这使得后续生物反应器中的微生物不会受到重金属的威胁。
具体实施方式
本发明中使用的分析方法：采用重铬酸钾法测定COD；采用过硫酸钾氧化——紫外分光光度法测定总氮(TN)；采用滤纸过滤称重法测定悬浮物(SS)；采用PHS-3C型精密pH计测定pH值，采用分光光度计法测定铜离子、铁离子和锰离子的含量。
实施例1
实验用水取自唐山市赵各庄煤矿井下水。进水的pH值3.3，进水的COD值110mg/l，进水的TN值70mg/l，进水的SS值4300mg/l，铜离子、铁离子和锰离子的含量分别为30.5mg/L、67mg/L和54.4mg/L。
首先，将待处理废水引入混凝池，在混凝池中加入混凝剂，混凝剂选择柴油碱渣与PAM的溶液的混合物，其用量为5ml/L，先使用200转/分钟的转速快速搅拌1分钟，然后改为40转/分钟搅拌15分钟。混凝剂是这样制得的，将含油量低于5％的柴油碱渣用水配置成25％的碱渣料浆，将PAM配置成0.6‰的水溶液，所述的PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶4的比例进行混合得到混凝剂。
之后将混凝好的矿井水在沉淀池中沉淀45分钟。沉淀时在池内加入石灰乳，将沉淀池上清液的pH值调整为7.0。
沉淀池的上清液进入过滤装置，通过长1.5米，柱子内径30毫米的过滤柱进行过滤，过滤柱中的滤料为经处理的锰砂，滤速为10m/小时，滤料的滤层高度为1米。其中所使用的滤料的制备方法是将粒径为0.3～0.4毫米的天然锰砂放置于浓度为1％的高锰酸钾溶液中浸泡6小时。
滤出液流入生物反应器中，共设置2个生物反应器，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体，厌氧生物滤池中载体投加体积为反应器容积的50％，好氧生物流化床中载体投加体积为反应器容积的20％。反应器中接种活性污泥，经过15天左右的驯化和挂膜，反应器即可进入正式运行阶段。其中以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体是通过以下方法制备而成的，将椰子壳进行清洗、烘干、粉碎处理，粉碎达到30目；将粉碎后的椰子壳颗粒进行碱化处理：将该颗粒置于质量分数为15％的氢氧化钠溶液中，浸泡5h；将碱化处理后的椰子壳进行脱水处理后与过量的二甲基丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，得到固相产物；将固相产物清洗，干燥即可得悬浮生物载体。
最终检测好氧生物流化床中的流出液，其各项指标为：pH值7.2，COD值23mg/l，TN值34mg/l，SS值60mg/l，铜离子、铁离子和锰离子的含量分别为0.42mg/L、0.64mg/L和0.35mg/L。
实施例2
实验用水取自唐山市赵各庄煤矿井下水。进水的pH值3.1，进水的COD值133mg/l，进水的TN值91mg/l，进水的SS值3400mg/l，铜离子、铁离子和锰离子的含量分别为22.5mg/L、87.3mg/L和65mg/L。
首先，将待处理废水引入混凝池，在混凝池中加入混凝剂，混凝剂选择柴油碱渣与PAM的溶液的混合物，其用量为6ml/L，先使用200转/分钟的转速快速搅拌1分钟，然后改为40转/分钟搅拌15分钟。混凝剂是这样制得的，将含油量低于5％的柴油碱渣用水配置成35％的碱渣料浆，将PAM配置成0.8‰的水溶液，所述的PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶5的比例进行混合得到混凝剂。
之后将混凝好的矿井水在沉淀池中沉淀45分钟。沉淀时在池内加入石灰乳，将沉淀池上清液的pH值调整为7.0。
沉淀池的上清液进入过滤装置，通过长1.8米，柱子内径30毫米的过滤柱进行过滤，过滤柱中的滤料为经处理的锰砂，滤速为11m/小时，滤料的滤层高度为1米。其中所使用的滤料的制备方法是将粒径为0.3～0.4毫米的天然锰砂放置于浓度为1.5％的高锰酸钾溶液中浸泡4小时。
滤出液流入生物反应器中，共设置2个生物反应器，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体，厌氧生物滤池中载体投加体积为反应器容积的55％，好氧生物流化床中载体投加体积为反应器容积的30％。反应器中接种活性污泥，经过15天左右的驯化和挂膜，反应器即可进入正式运行阶段。其中以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体是通过以下方法制备而成的，将椰子壳进行清洗、烘干、粉碎处理，粉碎达到40目；将粉碎后的椰子壳颗粒进行碱化处理：将该颗粒置于质量分数为17％的氢氧化钠溶液中，浸泡5h；将碱化处理后的椰子壳进行脱水处理后与过量的二甲基丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，得到固相产物；将固相产物清洗，干燥即可得悬浮生物载体。
最终检测好氧生物流化床中的流出液，其各项指标为：pH值7.1，COD值17mg/l，TN值38mg/l，SS值55mg/l，铜离子、铁离子和锰离子的含量分别为0.29mg/L、0.45mg/L和0.24mg/L。
本领域技术人员可以根据本发明公开的内容和所掌握的本领域技术对本发明内容作出替换或变型，但是这些替换或变型都不应视为脱离本发明构思的，这些替换或变型均在本发明要求保护的权利范围内。
Claims (9)
1.一种用于酸性煤矿废水的处理装置，其特征在于其包括混凝池，沉淀池，过滤装置以及生物反应器。
2.权利要求1中所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，其特征在于混凝池中设置有搅拌器，并且该搅拌器的转速可以调节，所述过滤装置是过滤柱，过滤柱长1.5～1.8米，柱子内径30毫米，过滤柱中使用的滤料是经高锰酸钾溶液浸泡过的锰砂，所述的生物反应器设置两个，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体。
3.权利要求2中所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，其特征在于所述的混凝剂是通过以下方法制得的，将含油量小于5％的柴油碱渣用水配置成20～40％的碱渣料浆，将PAM配置成0.6～1‰的水溶液。所述的PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶2～1∶5的比例进行混合，得到步骤(1)所使用的混凝剂。
4.权利要求2中所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，其特征在于所述的滤料是通过以下方法制得的，将市场上可以购得的普通天然锰砂放置于浓度为1％～1.5％的高锰酸钾溶液中浸泡4～6小时，所使用的天然锰砂的粒径为0.3～0.4毫米。
5.权利要求2中所述的用于酸性煤矿废水的处理装置，其特征在于所述的以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体是通过以下方法制得的，将椰子壳进行清洗、烘干、粉碎处理，粉碎达到30～40目；将粉碎后的椰子壳颗粒进行碱化处理：将该颗粒置于质量分数为15％～17％的氢氧化钠溶液中，浸泡4～6h；将碱化处理后的椰子壳进行脱水处理后与过量的二甲基丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，得到固相产物；将固相产物清洗，干燥即可得悬浮生物载体。
6.一种用于酸性煤矿废水的处理方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：
(1)将待处理废水引入混凝池，在混凝池中加入混凝剂，混凝剂选择柴油碱渣与PAM的溶液的混合物，其用量为4.5～6ml/L，先使用200转/分钟的转速快速搅拌1分钟，然后改为40转/分钟搅拌15分钟；
(2)混凝好的矿井水在沉淀池中沉淀40～50分钟。沉淀时在池内加入石灰乳，将沉淀池上清液的pH值调整为7.0～7.5之间；
(3)沉淀池的上清液进入过滤装置，通过长1.5～1.8米，柱子内径30毫米的过滤柱进行过滤，过滤柱中的滤料为经处理的锰砂，滤速为10～11m/小时，滤料的滤层高度为1米；
(4)滤出液流入生物反应器中，共设置2个生物反应器，分别是厌氧生物滤池、好氧生物流化床。这两个反应器均采用生物膜法，所述两个反应器之间串联。反应器中投加生物膜载体，所使用的载体为以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体，厌氧生物滤池中载体投加体积为反应器容积的50％～55％，好氧生物流化床中载体投加体积为反应器容积的20％～30％。反应器中接种活性污泥，经过15天左右的驯化和挂膜，反应器即可进入正式运行阶段。
7.权利要求6中所述的用于酸性煤矿废水的处理方法，其特征在于所述的混凝剂是通过以下方法制得的，将含油量小于5％的柴油碱渣用水配置成20～40％的碱渣料浆，将PAM配置成0.6～1‰的水溶液。所述的PAM溶液与碱渣料浆按照体积比为1∶2～1∶5的比例进行混合，得到步骤(1)所使用的混凝剂。
8.权利要求6中所述的用于酸性煤矿废水的处理方法，其特征在于所述的滤料是通过以下方法制得的，将市场上可以购得的普通天然锰砂放置于浓度为1％～1.5％的高锰酸钾溶液中浸泡4～6小时，所使用的天然锰砂的粒径为0.3～0.4毫米。
9.权利要求6中所述的用于酸性煤矿废水的处理方法，其特征在于所述的以椰子壳为原料制成的悬浮生物载体是通过以下方法制得的，将椰子壳进行清洗、烘干、粉碎处理，粉碎达到30～40目；将粉碎后的椰子壳颗粒进行碱化处理：将该颗粒置于质量分数为15％～17％的氢氧化钠溶液中，浸泡4～6h；将碱化处理后的椰子壳进行脱水处理后与过量的二甲基丙烯酸乙二醇酯进行交联反应；将交联反应生成的固体产物与三甲胺醇溶液进行季胺化反应，得到固相产物；将固相产物清洗，干燥即可得悬浮生物载体。
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