申请日2012.09.13
公开(公告)日2012.12.19
IPC分类号C02F103/10; C02F9/14
摘要
一种含重金属煤矿井废水的处理装置及方法。所述装置包含以下几部分：pH值调节池、重金属吸附池、厌氧生物滤池、好氧生物流化床、DF膜装置。其中重金属吸附池中设置有可旋转式分层龙骨架，龙骨架上设置有放置吸附材料的卡槽。该分层龙骨架可以以一定速度旋转，旋转速度在每分钟1～3圈。重金属吸附剂采用由水母制成的吸附剂。厌氧生物滤池与好氧生物流化床均采用生物膜法，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。
权利要求书
1.一种含重金属煤矿井废水的处理装置，其特征在于所述装置包含以下几部分：pH值调节 池、重金属吸附池、厌氧生物滤池、好氧生物流化床、DF膜装置。
2.权利要求1中所述的含重金属煤矿井废水的处理装置，其特征在于其中重金属吸附池中设 置有可旋转式分层龙骨架，龙骨架上设置有放置吸附材料的卡槽，该分层龙骨架可以以一定 速度旋转，旋转速度在每分钟1～3圈，重金属吸附池中所使用的吸附剂为生物制品吸附剂， 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中所述的含重金属煤矿井废水的处理装置，其特征在于所述的生物制品吸附剂 是通过以下方法制备而成的，首先收集水母，将水母生物体切碎并捣烂，使其成为凝胶状物 质，将1000g切碎捣烂的水母生物体加入1000～1500ml的pH为13左右的氢氧化钠溶液以及 15～20ml的环氧氯丙烷，搅拌混匀后在20℃下反应10～12小时，反应结束后使用调节溶液的 pH值至中性，得到凝胶状悬浮物，在所得到的凝胶状悬浮物中按1000ml凝胶状悬浮物中加 入10～15g碳酸钠粉末、100～150ml胺化剂的比例加入碳酸钠粉末以及胺化剂，胺化反应先在 30～35℃下反应20～40分钟，再升温至60℃反应2小时，反应结束后静置、冷却到室温， 然后分别用质量百分比浓度为1%的盐酸和1%的氢氧化钠将pH值调至中性，抽滤，用去离 子水洗涤固形物，再乙醇脱水，获得所述的生物制品吸附剂。
4.权利要求3中所述的含重金属煤矿井废水的处理装置，其特征在于所述的生物制品吸附剂 在制备过程中所使用的胺化剂是双(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺钠盐。
5.权利要求2中所述的含重金属煤矿井废水的处理装置，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。
6.一种含重金属煤矿井废水的处理方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(1)将待处理废水引入pH值调节池，使用pH调节剂将pH值调节至7.0～8.0之间。根据所 处理废水不同的原始酸碱性，pH调节剂选用氢氧化钙溶液和盐酸溶液;
(2)pH值调节池的出水进入重金属吸附池，重金属吸附池内的可旋转式分层龙骨架的卡槽 上放置吸附剂，吸附剂采用生物制品吸附剂，重金属吸附池的水力停留时间为4～8小时;
(3)重金属吸附池的流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;
(4)由生物反应器中流出的液体进入DF膜装置处理。
7.权利要求6中所述的含重金属煤矿井废水的处理方法，其特征在于其中步骤(2)中使用 的生物制品吸附剂是通过以下方法制备而成的，首先收集水母，将水母生物体切碎并捣烂， 使其成为凝胶状物质，将1000g切碎捣烂的水母生物体加入1000～1500ml的pH为13左右的 氢氧化钠溶液以及15～20ml的环氧氯丙烷，搅拌混匀后在20℃下反应10～12小时，反应结束 后使用调节溶液的pH值至中性，得到凝胶状悬浮物，在所得到的凝胶状悬浮物中按1000ml 凝胶状悬浮物中加入10～15g碳酸钠粉末、100～150ml胺化剂的比例加入碳酸钠粉末以及胺化 剂，胺化反应先在30～35℃下反应20～40分钟，再升温至60℃反应2小时，反应结束后静 置、冷却到室温，然后分别用质量百分比浓度为1%的盐酸和1%的氢氧化钠将pH值调至中 性，抽滤，用去离子水洗涤固形物，再乙醇脱水，获得所述的生物制品吸附剂。
8.权利要求7中所述的含重金属煤矿井废水的处理方法，其特征在于所述的生物制品吸附剂 在制备过程中所使用的胺化剂是双(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺钠盐。
9.权利要求6中所述的含重金属煤矿井废水的处理方法，其特征在于其中步骤(3)中使用 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。
说明书
一种用于含重金属煤矿井废水的处理装置及方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿井废水的处理装置和方法，特别涉及一种含有重金属的煤矿井废水 的处理装置及方法。
背景技术
煤矿井废水即选矿水及洗煤废水，这类废水除含有大量的悬浮矿物粉末或金属离子外， 还含有各类浮选剂。悬浮颗粒物含量每升可达数千以至上万毫克。洗煤废水是由原生煤泥、 次生煤泥和水混合组成的一种多项体系。洗煤废水中包含有煤泥颗粒，矿物质，粘土颗粒等。 洗煤废水一般具有SS浓度高、COD含量变化大的特点。因此，煤泥水不仅具有悬浊液的性 质，还往往带有胶体的性质;细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小，不易静沉，这些性质决 定了该类废水污染重、处理难度大。更糟糕的情况是，有些煤矿井的废水中还含有较高含量 的重金属污染物。
重金属在水体中积累到一定的限度就会对水体-水生植物-水生动物系统产生严重危害， 当生物体内重金属积累到一定数量后，就会出现生理受阻、发育停滞甚至死亡，整个水生生 态系统结构、功能受损甚至崩溃;重金属也可通过直接接触、食物链等途径危及动物和人类 健康。铜、铅、镉、铬、汞等重金属能抑制人体化学反应酶的活性，使细胞质中毒，损害神 经组织，导致人体组织中毒，损害人体器官甚至致癌、致畸等。因此含有重金属污染物的煤 矿井废水的危害更大。
治理重金属污染的水资源，国内外所采用的方法主要包括絮凝沉淀法、吸附法、离子交 换法、微生物法和膜分离技术等。絮凝沉淀法是在含有重金属离子的水中加入絮凝材料，或 者调节水中pH值使得水中的重金属离子富集沉淀，从而达到去除和分离的目的，此法存在 污泥量大、改变水的酸碱度等不利因素;离子交换技术在治理重金属工业废水的同时可实现 金属的回收利用，具有较高的经济合理性，但所用交换树脂有强度和耐用性的缺陷;微生物 法成本比较低，但适用条件较为苛刻，修复时间长，尚处于于实验室研究阶段;膜分离技术 是将水进行适当的前期处理，如氧化、还原、吸附等手段之后，将水中的重金属离子转化为 特定大小的不溶态微粒，然后通过滤膜将重金属离子分离出去，该法同样受到膜缺陷的限制; 吸附法处理水中的重金属主要是通过吸附材料的高比表面积的蓬松结构或者特殊功能基团对 水中重金属离子进行物理吸附或者化学吸附。
最重要的是，含有重金属的煤矿井废水由于其还具有超高的SS值，从而增加了这种废水 的处理难度。
发明内容
本发明提供了一种含重金属煤矿井废水的处理装置及方法。
所述装置包含以下几部分：pH值调节池、重金属吸附池、厌氧生物滤池、好氧生物流化 床、DF膜装置。
其中重金属吸附池中设置有可旋转式分层龙骨架，龙骨架上设置有放置吸附材料的卡槽。 该分层龙骨架可以以一定速度旋转，旋转速度在每分钟1～3圈。
所述的含重金属煤矿井废水的处理方法如下：
1、将待处理废水引入pH值调节池，使用pH调节剂将pH值调节至7.0～8.0之间。根据 所处理废水不同的原始酸碱性，pH调节剂选用氢氧化钙溶液和盐酸溶液。
2、pH值调节池的出水进入重金属吸附池，重金属吸附池内的可旋转式分层龙骨架的卡 槽上放置吸附剂。吸附剂采用生物制品吸附剂。重金属吸附池的水力停留时间为4～8小时。
3、重金属吸附池的流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。
4、由生物反应器中流出的液体进入DF膜装置处理。
其中，步骤1中将废水的pH值调节至7.0～8.0之间，是由于在这个pH值范围之间亚硝 化菌比硝化菌生长地更好。硝化菌和亚硝化菌都是好氧菌，但亚硝化菌对氧的亲和力比硝化 菌大，在低溶解氧条件下会出现亚硝酸氮，在低溶解氧1.0～2.0mg·L-1和pH值7.0～8.0条 件下，可以抑制硝化菌生长，富集亚硝化菌，实现亚硝酸盐氮的积累，而亚硝酸氮又以氨氮 或有机基质作为电子供体直接转化为氮气，从而实现短程硝化反硝化脱氮。
其中，步骤2中所使用的生物制品吸附剂是通过以下方法制备而成的，首先收集水母， 这里所述的水母是指任意属于钵水母纲或立方水母纲的水母，以及如水螅水母、管水母和不 属钵水母纲的栉水母和海樽在内的具水母型的刺胞动物。将水母生物体切碎并捣烂，使其成 为凝胶状物质。将1000g切碎捣烂的水母生物体加入1000～1500ml的pH为13左右的氢氧化 钠溶液以及15～20ml的环氧氯丙烷，搅拌混匀后在20℃下反应10～12小时，反应结束后使用 调节溶液的pH值至中性，得到凝胶状悬浮物。在所得到的凝胶状悬浮物中加入碳酸钠粉末 以及胺化剂，加入的碳酸钠粉末和胺化剂的比例分别为1000ml凝胶状悬浮物中加入10～15g 碳酸钠粉末，加入100～150ml胺化剂。其中所述胺化剂可以是双(叔丁氧羰基)胺或二甲酰胺 钠盐。胺化反应先在30～35℃下反应20～40分钟，再升温至60℃反应2小时，反应结束后 静置、冷却到室温，然后分别用质量百分比浓度为1%的盐酸和1%的氢氧化钠将pH值调至 中性，抽滤，用去离子水洗涤固形物，再乙醇脱水，获得所述的生物制品吸附剂。这样制得 的吸附剂对常见的重金属离子具有良好的吸附能力，所述常见的重金属离子包括铜离子，铁 离子，锰离子，镍离子，锌离子，铬离子。
其中，吸附剂的投放量为每升所需处理液体中投放2～3克。
其中，步骤3中的厌氧生物滤池反应器水力停留时间8～10小时，好氧生物流化床反应 器水力停留时间为6～7小时。
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。
本发明所述的这套含重金属煤矿井废水的处理装置和方法经过试验对重金属的去除效果 良好，而且所使用的吸附剂具有经济环保的特点，一方面可以解决目前沿海地区水母爆发成 灾的问题，另一方面可以有效地吸附重金属离子，有一举两得的效果。而且在前期有效去除 重金属离子后，能保证后续采用生物反应法对废水进行处理，从而取得较好的去除COD和氮 磷的效果。另外整套系统对悬浮物SS的去除率超过99%，对色度也有较大改善。本发明所 述的装置具有较高的容积负荷和抗冲击能力，整体装置占地面积小，不需要污泥回流，运行 管理方便，处理稳定性高。