[发明专利]基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统及处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及基于压滤作用的矿山酸性废水处理系统及处理方法，属于矿山酸性废水处理技术领域。

背景技术

酸性矿山废水(acid mine drainage，简称AMD)的污染是一个世界性的问题，主要是煤矿及金属矿山开采所排放的矿坑水、废石场的雨淋污水和选矿厂排出的洗矿、尾矿废水，其特点为：低pH值、含高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子。酸性矿山废水直接排放将会对环境造成极大的危害，由于重金属离子不同于有机物，在环境中无法被生物分解，因而一旦进入环境后就会不断地积累而难以去除，造成环境的长期污染。废水低pH值严重威胁河流中的藻类、浮游植物等生物的生长，还会污染地下水。随着矿产资源的开采利用，我国正面临着严峻的矿山酸性废水污染问题。

矿山酸性废水的形成途径主要有：1)矿床开采过程中，大量的地下水渗流到采矿工作面，这些矿坑水排至地表后，是酸性废水的主要来源；2)矿石加工过程中，添加酸性药剂的选矿作业流程所排放的废水是酸性废水和有害物质的重要来源；3)矿山生产过程中排放的大量含有硫化矿物的废石和尾矿，在露天堆放时不断与空气和水(或水蒸气)接触，生成金属离子和硫酸根离子。当梅雨季节时，重金属及酸根离子会溶解于水体中，并随雨水进入河流、湖泊或渗入地下，从而污染地表水及地下水。

我国有大量的矿产资源，而大部分矿产以金属硫化物的形式存在。这些矿产资源在开采的过程中，通过微生物及空气中氧的作用，经过程后形成硫酸盐化合物而溶解于水中。如此，既增加了水中重金属离子的浓度，也使水体pH值降低。

目前国内外关于矿山酸性废水的治理方法主要有物理法（吸附法）、化学法（絮凝法、沉淀法、螯合剂法）、膜处理法、及生物法（人工湿地法、微生物法）等。

吸附法：该方法是利用某些具有微孔结构的物质（主要为活性炭等）的吸附性能以达到净化废水的目的。活性炭对污染物的吸附能力是有限度的，饱和的活性炭不经处理而废弃必然引发资源浪费及环境污染等问题。

中和法：该方法是利用酸碱中和沉淀的原理，根据大部分重金属氢氧化物不溶于水或微溶于水，通过向酸性矿井水中加入一定量的碱性物质使重金属离子形成氢氧化物沉淀，以达到去除废水中重金属离子和提高废水pH的一种方法。但处理产生的废渣量大，不易处理以及可能会引发二次污染等问题。

微电解絮凝法：该方法以Fe-C填料为主，利用铁屑在废水中产生的电化学腐蚀作用，是电化学的氧化还原、电化学对絮体的电富集作用、电化学作用产生的凝聚、新生絮体的吸附和床层过滤等作用的综合效应。其也尚存一些缺点：①、电解塔底的铁屑易板结，这导致Fe-C电子转移困难，而使铁颗粒上H⁺→H₂包裹着铁颗粒使其难以氧化溶解，而降低处理效果。②、铁碳微电解反应需在酸性条件下进行（pH一般在3-4），这使得对pH的控制成为一个重要问题,而排出水则要求中性，两者的矛盾使得运行成本提高。③、在微电解过程中，阳极反应：Fe-2e^-→Fe²⁺，需要及时的补充铁屑和更换残渣，增加了操作难度。

硫化物沉淀浮选法：主要是利用重金属硫化物在水中的溶解度比金属氢氧化物小的原理，通过加入一定量的硫化剂使重金属以硫化物形式沉淀而达到降低水中重金属浓度的方法。该方法中使用到了H₂S、Na_sS等硫化剂，容易造成硫化物的二次污染、硫化物形成过程中pH不易控制、原料的成本较高且处理后的废水中硫含量达不到国家排放标准。

高分子螯合剂法：采用高分子有机螯合剂与金属离子发生螯合反应，生成稳定且不溶于水的金属螯合物来除去废水中重金属离子的方法。用于处理废水高分子螯合剂必须满足下列条件：①生成的金属络合物不溶于水及酸碱中，且半径较大易于沉降。②生成的金属络合物毒性小。③稳定性要相对较好，能稳定存在。④反应过程中的螯合剂的添加量应较少，且市场价格便宜。

人工湿地法：由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地表生态系统，主要利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学、生物三重协同作用实现对污水的高度净化。但该方法也存在一些限制性因素例如：部分植物的生长周期长、生长慢、吸附能力有限且大部分的植物始于生长在中性及低碱性的水体中。

微生物处理法：微生物法处理酸性废水主要是利用硫酸盐还原菌(SRB)通过异化硫酸盐的生物还原反应。由于该方法操作起来较困难，较复杂。