專利名稱：一種用于含重金屬煤礦井廢水的處理裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種煤礦井廢水的處理裝置和方法，特別涉及一種含有重金屬的煤礦井廢水的處理裝置及方法。
背景技術：
煤礦井廢水即選礦水及洗煤廢水，這類廢水除含有大量的懸浮礦物粉末或金屬離子外，還含有各類浮選劑。懸浮顆粒物含量每升可達數千以至上萬毫克。洗煤廢水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合組成的一種多項體系。洗煤廢水中包含有煤泥顆粒,礦物質,粘土顆粒等。洗煤廢水一般具有SS濃度高、COD含量變化大的特點。因此，煤泥水不僅具有懸濁液的性質，還往往帶有膠體的性質；細煤泥顆粒、粘土顆粒等粒度非常小，不易靜沉，這些性質決定了該類廢水污染重、處理難度大。更糟糕的情況是，有些煤礦井的廢水中還含有較高含量的重金屬污染物。
重金屬在水體中積累到一定的限度就會對水體-水生植物-水生動物系統產生嚴重危害，當生物體內重金屬積累到一定數量后，就會出現生理受阻、發育停滯甚至死亡，整個水生生態系統結構、功能受損甚至崩潰；重金屬也可通過直接接觸、食物鏈等途徑危及動物和人類健康。銅、鉛、鎘、鉻、汞等重金屬能抑制人體化學反應酶的活性，使細胞質中毒，損害神經組織，導致人體組織中毒，損害人體器官甚至致癌、致畸等。因此含有重金屬污染物的煤礦井廢水的危害更大。治理重金屬污染的水資源，國內外所采用的方法主要包括絮凝沉淀法、吸附法、離子交換法、微生物法和膜分離技術等。絮凝沉淀法是在含有重金屬離子的水中加入絮凝材料，或者調節水中PH值使得水中的重金屬離子富集沉淀，從而達到去除和分離的目的，此法存在污泥量大、改變水的酸堿度等不利因素；離子交換技術在治理重金屬工業廢水的同時可實現金屬的回收利用，具有較高的經濟合理性，但所用交換樹脂有強度和耐用性的缺陷；微生物法成本比較低，但適用條件較為苛刻，修復時間長，尚處于于實驗室研究階段；膜分離技術是將水進行適當的前期處理，如氧化、還原、吸附等手段之后，將水中的重金屬離子轉化為特定大小的不溶態微粒，然后通過濾膜將重金屬離子分離出去，該法同樣受到膜缺陷的限制；吸附法處理水中的重金屬主要是通過吸附材料的高比表面積的蓬松結構或者特殊功能基團對水中重金屬離子進行物理吸附或者化學吸附。最重要的是，含有重金屬的煤礦井廢水由于其還具有超高的SS值，從而增加了這種廢水的處理難度。
發明內容
本發明提供了一種含重金屬煤礦井廢水的處理裝置及方法。所述裝置包含以下幾部分pH值調節池、重金屬吸附池、厭氧生物濾池、好氧生物流化床、DF膜裝置。其中重金屬吸附池中設置有可旋轉式分層龍骨架，龍骨架上設置有放置吸附材料的卡槽。該分層龍骨架可以以一定速度旋轉，旋轉速度在每分鐘I 3圈。所述的含重金屬煤礦井廢水的處理方法如下I、將待處理廢水引入pH值調節池，使用pH調節劑將pH值調節至7. O 8. O之間。根據所處理廢水不同的原始酸堿性，pH調節劑選用氫氧化鈣溶液和鹽酸溶液。2、pH值調節池的出水進入重金屬吸附池，重金屬吸附池內的可旋轉式分層龍骨架的卡槽上放置吸附劑。吸附劑采用生物制品吸附劑。重金屬吸附池的水力停留時間為4 8小時。3、重金屬吸附池的流出液流入生物反應器中，共設置2個生物反應器，分別是厭氧生物濾池、好氧生物流化床。這兩個反應器均采用生物膜法，所述兩個反應器之間串聯。反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體，厭氧生 物濾池中載體投加體積為反應器容積的50% 55%，好氧生物流化床中載體投加體積為反應器容積的20% 30%。反應器中接種活性污泥，經過15天左右的馴化和掛膜，反應器即可進入正式運行階段。4、由生物反應器中流出的液體進入DF膜裝置處理。其中，步驟I中將廢水的pH值調節至7. O 8. O之間，是由于在這個pH值范圍之間亞硝化菌比硝化菌生長地更好。硝化菌和亞硝化菌都是好氧菌，但亞硝化菌對氧的親和力比硝化菌大，在低溶解氧條件下會出現亞硝酸氮，在低溶解氧I. O 2. Omg -L-I和pH值
7.O 8. O條件下，可以抑制硝化菌生長，富集亞硝化菌，實現亞硝酸鹽氮的積累，而亞硝酸氮又以氨氮或有機基質作為電子供體直接轉化為氮氣，從而實現短程硝化反硝化脫氮。其中，步驟2中所使用的生物制品吸附劑是通過以下方法制備而成的，首先收集水母，這里所述的水母是指任意屬于缽水母綱或立方水母綱的水母，以及如水螅水母、管水母和不屬缽水母綱的櫛水母和海樽在內的具水母型的刺胞動物。將水母生物體切碎并搗爛，使其成為凝膠狀物質。將IOOOg切碎搗爛的水母生物體加入1000 1500ml的pH為13左右的氫氧化鈉溶液以及15 20ml的環氧氯丙烷，攪拌混勻后在20°C下反應10 12小時，反應結束后使用調節溶液的pH值至中性，得到凝膠狀懸浮物。在所得到的凝膠狀懸浮物中加入碳酸鈉粉末以及胺化劑，加入的碳酸鈉粉末和胺化劑的比例分別為IOOOml凝膠狀懸浮物中加入10 15g碳酸鈉粉末，加入100 150ml胺化劑。其中所述胺化劑可以是雙(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺鈉鹽。胺化反應先在30 35°C下反應20 40分鐘，再升溫至60°C反應2小時，反應結束后靜置、冷卻到室溫，然后分別用質量百分比濃度為1%的鹽酸和I %的氫氧化鈉將PH值調至中性，抽濾，用去離子水洗滌固形物，再乙醇脫水，獲得所述的生物制品吸附劑。這樣制得的吸附劑對常見的重金屬離子具有良好的吸附能力，所述常見的重金屬離子包括銅離子，鐵離子，錳離子，鎳離子，鋅離子，鉻離子。其中，吸附劑的投放量為每升所需處理液體中投放2 3克。其中，步驟3中的厭氧生物濾池反應器水力停留時間8 10小時，好氧生物流化床反應器水力停留時間為6 7小時。其中，步驟3中所述的以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體是通過以下方法制備而成的，將椰子殼進行清洗、烘干、粉碎處理，粉碎達到30 40目；將粉碎后的椰子殼顆粒進行堿化處理將該顆粒置于質量分數為15% 17%的氫氧化鈉溶液中，浸泡4 6h ;將堿化處理后的椰子殼進行脫水處理后與過量的二甲基丙烯酸乙二醇酯進行交聯反應；將交聯反應生成的固體產物與三甲胺醇溶液進行季胺化反應,得到固相產物；將固相產物清洗，干燥即可得懸浮生物載體。本發明所述的這套含重金屬煤礦井廢水的處理裝置和方法經過試驗對重金屬的去除效果良好，而且所使用的吸附劑具有經濟環保的特點，一方面可以解決目前沿海地區水母爆發成災的問題，另一方面可以有效地吸附重金屬離子，有一舉兩得的效果。而且在前期有效去除重金屬離子后，能保證后續采用生物反應法對廢水進行處理，從而取得較好的去除COD和氮磷的效果。另外整套系統對懸浮物SS的去除率超過99%，對色度也有較大改善。本發明所述的裝置具有較高的容積負荷和抗沖擊能力，整體裝置占地面積小，不需要污泥回流，運行管理方便，處理穩定性高。
具體實施例方式本發明中使用的分析方法采用重鉻酸鉀法測定COD ;采用過硫酸鉀氧化一紫外分光光度法測定總氮(TN);采用濾紙過濾稱重法測定懸浮物(SS);采用PHS-3C型精密PH計測定pH值；采用分光光度計法測定銅離子、鐵離子和錳離子的含量。 實施例I實驗用水取自山西陽泉新井的礦井廢水。進水的pH值9. 5，進水的COD值330mg/I，進水的TN值140mg/l，進水的SS值3200mg/l，銅離子、鐵離子和錳離子的含量分別為60. 5mg/L、120mg/L 和 91mg/L。將待處理廢水引入調節沉淀池，使用鹽酸溶液將pH值調節至7. 5。pH值調節池的出水進入重金屬吸附池，重金屬吸附池內的可旋轉式分層龍骨架的卡槽上放置所述的由水母生物體制成的生物制品吸附劑。重金屬吸附池的水力停留時間為5小時。吸附劑的投放量為每升所需處理液體中投放2. 5克。重金屬吸附池中的旋轉式龍骨的旋轉速度為每分鐘2圈。重金屬吸附池的流出液流入生物反應器中，共設置2個生物反應器，分別是厭氧生物濾池、好氧生物流化床。這兩個反應器均采用生物膜法，所述兩個反應器之間串聯。反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體，厭氧生物濾池中載體投加體積為反應器容積的55%，好氧生物流化床中載體投加體積為反應器容積的30%。反應器中的活性污泥已經過馴化和掛膜。厭氧生物濾池反應器水力停留時間8小時，好氧生物流化床反應器水力停留時間為6小時。由生物反應器中流出的液體進入DF膜裝置。DF膜裝置是購自上海信晨水處理設備有限公司的DF膜反應裝置。其中所使用的由水母生物體制成的生物制品吸附劑是按以下方式生產的首先收集水母，這里所述的水母是指任意屬于缽水母綱或立方水母綱的水母，以及如水螅水母、管水母和不屬缽水母綱的櫛水母和海樽在內的具水母型的刺胞動物。將水母生物體切碎并搗爛，使其成為凝膠狀物質。將IOOOg切碎搗爛的水母生物體加入IOOOml的pH為13左右的氫氧化鈉溶液以及15ml的環氧氯丙烷，攪拌混勻后在20°C下反應10小時，反應結束后使用調節溶液的pH值至中性，得到凝膠狀懸浮物。在所得到的凝膠狀懸浮物中加入碳酸鈉粉末以及胺化劑，加入的碳酸鈉粉末和胺化劑的比例分別為IOOOml凝膠狀懸浮物中加入12g碳酸鈉粉末，加入120ml胺化劑。其中加入的胺化劑是雙(叔丁氧羰基)胺。胺化反應先在33°C下反應30分鐘，再升溫至60°C反應2小時，反應結束后靜置、冷卻到室溫，然后分別用質量百分比濃度為I %的鹽酸和I %的氫氧化鈉將PH值調至中性，抽濾，用去離子水洗滌固形物，再乙醇脫水，獲得所述的生物制品吸附劑。經過重金屬吸附池之后，銅離子、鐵離子和錳離子的含量分別為O. 12mg/L、
O.21mg/L和O. 32mg/L。這樣的重金屬含量已經不會影響到生物反應器中微生物的生長繁殖了。經過DF膜裝置處理之后的流出液的各項指標為pH值7. 3，COD值46mg/l，TN值12mg/l, SS值70mg/l，銅離子、鐵離子和錳離子的含量分別為O. 07mg/L、0. 16mg/L和
O.12mg/L。實施例2 實驗用水取自山西陽泉新井的礦井廢水。進水的pH值9. 2，進水的COD值245mg/I，進水的TN值150mg/1，進水的SS值5400mg/1，銅離子、鐵離子和錳離子的含量分別為135mg/L、110mg/L 和 102mg/L。將待處理廢水引入調節沉淀池，使用鹽酸溶液將pH值調節至7. 5。pH值調節池的出水進入重金屬吸附池，重金屬吸附池內的可旋轉式分層龍骨架的卡槽上放置所述的由水母生物體制成的生物制品吸附劑。重金屬吸附池的水力停留時間為7小時。吸附劑的投放量為每升所需處理液體中投放3克。重金屬吸附池中的旋轉式龍骨的旋轉速度為每分鐘I圈。重金屬吸附池的流出液流入生物反應器中，共設置2個生物反應器，分別是厭氧 生物濾池、好氧生物流化床。這兩個反應器均采用生物膜法，所述兩個反應器之間串聯。反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體，厭氧生物濾池中載體投加體積為反應器容積的50%，好氧生物流化床中載體投加體積為反應器容積的25%。反應器中的活性污泥已經過馴化和掛膜。厭氧生物濾池反應器水力停留時間10小時，好氧生物流化床反應器水力停留時間為7小時。由生物反應器中流出的液體進入DF膜裝置。DF膜裝置是購自上海信晨水處理設備有限公司的DF膜反應裝置。其中所使用的由水母生物體制成的生物制品吸附劑是按以下方式生產的首先收集水母，這里所述的水母是指任意屬于缽水母綱或立方水母綱的水母，以及如水螅水母、管水母和不屬缽水母綱的櫛水母和海樽在內的具水母型的刺胞動物。將水母生物體切碎并搗爛，使其成為凝膠狀物質。將IOOOg切碎搗爛的水母生物體加入1500ml的pH為13左右的氫氧化鈉溶液以及13ml的環氧氯丙烷，攪拌混勻后在25°C下反應11小時，反應結束后使用調節溶液的PH值至中性，得到凝膠狀懸浮物。在所得到的凝膠狀懸浮物中加入碳酸鈉粉末以及胺化劑，加入的碳酸鈉粉末和胺化劑的比例分別為IOOOml凝膠狀懸浮物中加入15g碳酸鈉粉末，加入140ml胺化劑。其中加入的胺化劑是二甲酰胺鈉鹽。胺化反應先在30°C下反應40分鐘，再升溫至60°C反應2小時，反應結束后靜置、冷卻到室溫，然后分別用質量百分比濃度為1%的鹽酸和I %的氫氧化鈉將PH值調至中性，抽濾，用去離子水洗滌固形物，再乙醇脫水，獲得所述的生物制品吸附劑。經過重金屬吸附池之后，銅離子、鐵離子和錳離子的含量分別為O. 21mg/L、
O.24mg/L和O. 29mg/L。這樣的重金屬含量已經不會影響到生物反應器中微生物的生長繁殖了。經過DF膜裝置處理之后的流出液的各項指標為pH值7. 2，COD值34mg/l，TN值10mg/l,SS值66mg/l,銅離子、鐵離子和猛離子的含量分別為O. Img/L、0. 12mg/L和O. Ilmg/L0本領域技術人員可以根據本發明公開的內容和所掌握的本領域技術對本發明內 容作出替換或變型，但是這些替換或變型都不應視為脫離本發明構思的，這些替換或變型均在本發明要求保護的權利范圍內。
權利要求
1.一種含重金屬煤礦井廢水的處理裝置，其特征在于所述裝置包含以下幾部分PH值調節池、重金屬吸附池、厭氧生物濾池、好氧生物流化床、DF膜裝置。
2.權利要求I中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理裝置，其特征在于其中重金屬吸附池中設置有可旋轉式分層龍骨架，龍骨架上設置有放置吸附材料的卡槽，該分層龍骨架可以以一定速度旋轉，旋轉速度在每分鐘I 3圈，重金屬吸附池中所使用的吸附劑為生物制品吸附劑，所述兩個反應器之間串聯，反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體。
3.權利要求2中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理裝置，其特征在于所述的生物制品吸附劑是通過以下方法制備而成的，首先收集水母，將水母生物體切碎并搗爛，使其成為凝膠狀物質，將IOOOg切碎搗爛的水母生物體加入1000 1500ml的pH為13左右的氫氧化鈉溶液以及15 20ml的環氧氯丙烷，攪拌混勻后在20°C下反應10 12小時，反應結束后使用調節溶液的PH值至中性，得到凝膠狀懸浮物，在所得到的凝膠狀懸浮物中按IOOOml凝膠狀懸浮物中加入10 15g碳酸鈉粉末、100 150ml胺化劑的比例加入碳酸鈉粉末以及胺化劑，胺化反應先在30 35°C下反應20 40分鐘，再升溫至60°C反應2小時，反應結束后靜置、冷卻到室溫，然后分別用質量百分比濃度為1%的鹽酸和1%的氫氧化鈉將PH值調至中性，抽濾，用去離子水洗滌固形物，再乙醇脫水，獲得所述的生物制品吸附劑。
4.權利要求3中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理裝置，其特征在于所述的生物制品吸附劑在制備過程中所使用的胺化劑是雙(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺鈉鹽。
5.權利要求2中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理裝置，其特征在于所述的以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體通過以下方法制備而成的，將椰子殼進行清洗、烘干、粉碎處理，粉碎達到30 40目；將粉碎后的椰子殼顆粒進行堿化處理將該顆粒置于質量分數為15% 17%的氫氧化鈉溶液中，浸泡4 6h ;將堿化處理后的椰子殼進行脫水處理后與過量的二甲基丙烯酸乙二醇酯進行交聯反應；將交聯反應生成的固體產物與三甲胺醇溶液進行季胺化反應，得到固相產物；將固相產物清洗，干燥即可得懸浮生物載體。
6.一種含重金屬煤礦井廢水的處理方法，其特征在于所述方法包括以下步驟 (1)將待處理廢水引入pH值調節池，使用pH調節劑將pH值調節至7.O 8. O之間。根據所處理廢水不同的原始酸堿性，pH調節劑選用氫氧化鈣溶液和鹽酸溶液； (2)pH值調節池的出水進入重金屬吸附池，重金屬吸附池內的可旋轉式分層龍骨架的卡槽上放置吸附劑，吸附劑采用生物制品吸附劑，重金屬吸附池的水力停留時間為4 8小時； (3)重金屬吸附池的流出液流入生物反應器中，共設置2個生物反應器，分別是厭氧生物濾池、好氧生物流化床，這兩個反應器均采用生物膜法，所述兩個反應器之間串聯，反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體，厭氧生物濾池中載體投加體積為反應器容積的50% 55%，好氧生物流化床中載體投加體積為反應器容積的20% 30%，反應器中接種活性污泥，經過15天左右的馴化和掛膜，反應器即可進入正式運行階段； (4)由生物反應器中流出的液體進入DF膜裝置處理。
7.權利要求6中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理方法，其特征在于其中步驟(2)中使用的生物制品吸附劑是通過以下方法制備而成的，首先收集水母，將水母生物體切碎并搗爛，使其成為凝膠狀物質，將IOOOg切碎搗爛的水母生物體加入1000 1500ml的pH為13左右的氫氧化鈉溶液以及15 20ml的環氧氯丙烷，攪拌混勻后在20°C下反應10 12小時，反應結束后使用調節溶液的PH值至中性，得到凝膠狀懸浮物，在所得到的凝膠狀懸浮物中按IOOOml凝膠狀懸浮物中加入10 15g碳酸鈉粉末、100 150ml胺化劑的比例加入碳酸鈉粉末以及胺化劑，胺化反應先在30 35°C下反應20 40分鐘，再升溫至60 V反應2小時，反應結束后靜置、冷卻到室溫，然后分別用質量百分比濃度為I %的鹽酸和I %的氫氧化鈉將PH值調至中性，抽濾，用去離子水洗滌固形物，再乙醇脫水，獲得所述的生物制品吸附劑。
8.權利要求7中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理方法，其特征在于所述的生物制品吸附劑在制備過程中所使用的胺化劑是雙(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺鈉鹽。
9.權利要求6中所述的含重金屬煤礦井廢水的處理方法，其特征在于其中步驟(3)中使用的以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體是通過以下方法制備而成的，將椰子殼進行清洗、烘干、粉碎處理，粉碎達到30 40目；將粉碎后的椰子殼顆粒進行堿化處理將該顆粒置于質量分數為15% 17%的氫氧化鈉溶液中，浸泡4 6h ;將堿化處理后的椰子殼進行脫水處理后與過量的二甲基丙烯酸乙二醇酯進行交聯反應；將交聯反應生成的固體產物與三甲胺醇溶液進行季胺化反應，得到固相產物；將固相產物清洗，干燥即可得懸浮生物載體。
全文摘要
一種含重金屬煤礦井廢水的處理裝置及方法。所述裝置包含以下幾部分pH值調節池、重金屬吸附池、厭氧生物濾池、好氧生物流化床、DF膜裝置。其中重金屬吸附池中設置有可旋轉式分層龍骨架，龍骨架上設置有放置吸附材料的卡槽。該分層龍骨架可以以一定速度旋轉，旋轉速度在每分鐘1～3圈。重金屬吸附劑采用由水母制成的吸附劑。厭氧生物濾池與好氧生物流化床均采用生物膜法，所述兩個反應器之間串聯，反應器中投加生物膜載體，所使用的載體為以椰子殼為原料制成的懸浮生物載體。
文檔編號C02F103/10GK102826717SQ20121033739
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月13日 優先權日2012年9月13日
發明者周亞強, 還春祥, 蔣素英 申請人:江蘇艾特克環境工程有限公司