一種曝氣氧化法處理礦井廢水中鐵錳離子的裝置及其去除方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于井下廢水處理裝置領(lǐng)域，具體涉及一種曝氣氧化法處理礦井廢水中鐵 錳離子的裝置及其去除方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵、錳都是構(gòu)成生物體的基本元素，但是鐵、錳過量也會(huì)給人們的生活和生產(chǎn)帶來 很多不便和危害。在某些煤礦開采區(qū)，鐵錳在井下廢水中含量較高。在抽取井下廢水過程 中，呈溶解狀態(tài)的鐵容易被氧化而沉淀，堵塞水管，導(dǎo)致水栗出水量減少甚至不得不廢棄。 從感官上講，水中錳的含量在〇.5mgPL以上時(shí)，水就會(huì)產(chǎn)生令人不愉快的顏色和獨(dú)特的臭 味，而且會(huì)在衣物、器具上著色，很不美觀。從生理學(xué)上講，人體攝入過量的錳，會(huì)造成相關(guān) 器官的病變。日本東京郊區(qū)曾發(fā)生過居民飲用受錳污染的井水而患病死亡的事件。錳對(duì)人 體有慢性中毒現(xiàn)象，對(duì)錳礦工人的調(diào)查資料表明，他們患有類似于精神分裂癥的強(qiáng)烈的精 神障礙癥。對(duì)于工業(yè)用水，如造紙工業(yè)、紡織工業(yè)、食品工業(yè)、釀造工業(yè)等，過多的錳含量會(huì) 使產(chǎn)品的質(zhì)量下降，造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。世界各國生產(chǎn)飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于錳含量都有明確 規(guī)定:鐵、錳含量之和為0.3mgPL，錳的允許濃度為0.05mgPL。我國飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定:錳的允 許濃度為O.lmgPL。
[0003] 現(xiàn)有治理技術(shù)。
[0004] 1.自然氧化法 我國建國初期時(shí)，除鐵錳的主要方法為從國外引進(jìn)的自然氧化法，自然氧化技術(shù)為:直 接向水中曝氣，利用空氣中含有的氧使鐵錳被氧化，生成鐵錳沉淀物后，過濾去除，其工藝 流程一般情況下包括:曝氣、氧化、沉淀及過濾等步驟，由三級(jí)處理構(gòu)筑物組成的這種自然 氧化技術(shù)除鐵工藝具有著系統(tǒng)復(fù)雜、設(shè)備龐大的缺點(diǎn)，而且由于三價(jià)鐵絮狀物極其容易破 碎而穿透濾層，所以這種工藝十分難以控制，導(dǎo)致出水經(jīng)常無法達(dá)標(biāo)，在除錳過程中都是需 要投加堿(如石灰)來提高水中PH，這樣的處理方式使得工藝流程變得更加復(fù)雜，而且其除 鐵、錳的效果都不夠理想，因此這種方法并不適用于我國在建國初期水處理設(shè)施的建設(shè)資 金十分有限的國情。
[0005] 2.藥劑氧化法 藥劑氧化法是指向水中投加氧化劑(如氯氣、臭氧、高錳酸鉀等)將有毒有害物質(zhì)氧化 轉(zhuǎn)變成為無毒無害或者毒性小的新物質(zhì)的方法，目前在除鐵除錳方面常規(guī)使用的氧化劑主 要有氯氣、臭氧、二氧化氯和高錳酸鉀等，但是由于藥劑成本較高，不適合工業(yè)化處理。
[0006] 3.生物氧化法 20世紀(jì)80年代后期，我國張杰院士率領(lǐng)的中國市政工程?hào)|北設(shè)計(jì)研究院項(xiàng)目組對(duì)除錳 濾池進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)濾料表面有大量微生物繁殖，由此提出了生物催化氧化除鐵的 新思路，并于90年代在我國率先開展了地下水生物除錳新技術(shù)的理論及應(yīng)用研究，并正式 確立了生物固錳除錳技術(shù)，生物除錳的過程主要包括了擴(kuò)散、吸附和氧化三個(gè)階段，微生物 除錳具有經(jīng)濟(jì)高效的優(yōu)點(diǎn)，但是由于微生物對(duì)于生長環(huán)境要求比較嚴(yán)格，不適宜在北方等 冬季氣溫過低的區(qū)域推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種曝氣氧化法處理礦井廢水中鐵錳離子的 裝置，包括礦井廢水池 1，進(jìn)水裝置2，反應(yīng)塔3，絮凝劑加料裝置4，排泥管6，清水排出管7，清 水池 8，反沖洗進(jìn)水裝置9，反沖洗水排水管10，支架11，控制系統(tǒng)12;所述支架11的底部設(shè)有 礦井廢水池 1和清水池 8，支架11的上部設(shè)置有反應(yīng)塔3和控制系統(tǒng)12，所述礦井廢水池 1底 部和反應(yīng)塔3-側(cè)中部通過進(jìn)水裝置2相連，反應(yīng)塔3頂部中心連接有絮凝劑加料裝置4，反 應(yīng)塔3側(cè)壁中部分別設(shè)有排泥管6和反沖洗水排水管10,反應(yīng)塔3底部中心與清水池 8通過清 水排出管7和反沖洗進(jìn)水裝置9相連。
[0008] 進(jìn)一步的，所述反應(yīng)塔3包括:曝氣絮凝室3-1，固定緩沖板3-2，吸附飽和傳感器3-3，高分子吸附層3-4，承托層3-5，溶氧濃度傳感器3-6，水位傳感器3-7，曝氣系統(tǒng)3-8;曝氣 絮凝室3-1位于反應(yīng)塔3中心靠上位置，曝氣絮凝室3-1為上端圓柱下端圓錐的中空室，曝氣 絮凝室3-1圓錐段外側(cè)與固定緩沖板3-2內(nèi)側(cè)無縫焊接，曝氣絮凝室3-1上堰口距反應(yīng)塔3頂 部的距離為l〇cm~20cm;曝氣絮凝室3-1上堰口為溢流堰結(jié)構(gòu)，曝氣絮凝室3-1底部與進(jìn)水裝 置2連通;所述固定緩沖板3-2位于曝氣絮凝室3-1下部，固定緩沖板3-2為水平布置的帶有 弧形孔隙的圓盤，固定緩沖板3-2弧形孔隙的孔徑可調(diào)并受控于控制系統(tǒng)12,固定緩沖板3-2外圍與反應(yīng)塔3內(nèi)壁垂直無縫焊接;所述吸附飽和傳感器3-3位于反應(yīng)塔3的中部，并插在 高分子吸附層3-4中，吸附飽和傳感器3-3通過導(dǎo)線與控制系統(tǒng)12連接;溶氧濃度傳感器3-6 位于曝氣絮凝室3-1的上部，溶氧濃度傳感器3-6通過導(dǎo)線與控制系統(tǒng)12連接;水位傳感器 3-7位于反應(yīng)塔3的頂部，水位傳感器3-7通過導(dǎo)線與控制系統(tǒng)12連接;所述高分子吸附層3-4位于固定緩沖板3-2下部，高分子吸附層3-4包括高分子吸附球3-4-1，吸附球間隙3-4-2; 高分子吸附球3-4-1的直徑為15nm~50nm，吸附球間隙3-4-2最大距離為150nm，高分子吸附 球3-4-1的數(shù)量50~500萬個(gè);高分子吸附層3-4裝填高度為反應(yīng)塔3總高程的2/3;高分子吸 附層3-4上端距曝氣絮凝室3-1底部的距離為10cm~20cm;所述承托層3-5位于高分子吸附層 3-4下部，承托層3-5由粒度在5mm~10mm的石英石組成，承托層3-5厚度為10cm~20cm。
[0009] 進(jìn)一步的，所述曝氣系統(tǒng)3-8，包括曝氣主管3-8-1，曝氣支管3-8-2，曝氣環(huán)3-8-3， 外接氣栗3-8-4,微型曝氣頭3-8-5;所述曝氣主管3-8-1從反應(yīng)塔3側(cè)面伸入曝氣絮凝室3-1 的中部;所述曝氣支管3-8-2和曝氣環(huán)3-8-3位于曝氣絮凝室3-1內(nèi)部下方，曝氣支管3-8-2 上端中部與曝氣主管3-8-1直角連接并貫通，曝氣支管3-8-2兩端分成形成兩個(gè)向下彎曲的 直角彎管，兩直角彎管的距離與曝氣環(huán)3-8-3的直徑相同，曝氣支管3-8-2兩個(gè)直角彎管底 部與曝氣環(huán)3-8-3直角連接并貫通;所述曝氣環(huán)3-8-3平行于曝氣絮凝室3-1底平面，曝氣環(huán) 3- 8-3為環(huán)形中空管，曝氣環(huán)3-8-3的直徑為曝氣絮凝室3-1直徑的5/17;曝氣環(huán)3-8-3上部 設(shè)有微型曝氣頭3-8-5,微型曝氣頭3-8-5與曝氣環(huán)3-8-3貫通，微型曝氣頭3-8-5的數(shù)量為 4- 15個(gè)，多個(gè)微型曝氣頭3-8-5沿著曝氣環(huán)3-8-3-字環(huán)形排列，多個(gè)微型曝氣頭3-8-5相互 等距布局，相鄰二個(gè)微型曝氣頭3-8-5間距為20mm-190mm，微型曝氣頭3-8-5表面為多孔鋁 合金結(jié)構(gòu)，其孔徑為〇. 7mm-l. 5mm;曝氣環(huán)3-8-3中心軸線與曝氣絮凝室3-1中心軸線相吻 合，曝氣環(huán)3-8-3上端距曝氣絮凝室3-1上堰口的距離為10cm-2〇 Cm;所述外接氣栗3-8-4位 于支架11的下部，外接氣栗3-8-4與整個(gè)裝置的基座固定連接，外接氣栗3-8-4與控制系統(tǒng) 12導(dǎo)線連接。
[001 0]進(jìn)一步的，所述絮凝劑加料裝置4包括:進(jìn)料管4-1，攪拌電機(jī)4-2，攪拌軸4-3;其中 所述進(jìn)料管4-1 一端水平延伸到反應(yīng)塔3外部，進(jìn)料管4-1另一端沿反應(yīng)塔3中心垂直伸入反 應(yīng)塔3內(nèi)部，所述進(jìn)料管4-1底部到反應(yīng)塔3頂部的距離為30cm~40cm;所述攪拌電機(jī)4-2位于 進(jìn)料管4-1垂直段正上方;所述攪拌軸4-3上端連接攪拌電機(jī)4-2,攪拌軸4-3從進(jìn)料管4-1垂 直段中心穿過，攪拌軸4-3底部為水平布置的圓柱狀結(jié)構(gòu)。
[0011] 進(jìn)一步的，所述承托層3-5由處理后的石英石組成，承托層3-5的處理過程如下： 篩選出粒徑為1mm~1.5mm的天然石英石，洗凈后在100°0150°C環(huán)境下干燥5h~8h，先用 質(zhì)量濃度為9%~15%的氫氧化鈉溶液浸泡侵蝕20h~24h，洗凈后在100°C~150°C環(huán)境下干燥 5h~8h，然后用質(zhì)量濃度為5 %~7%的高錳酸鉀溶液浸泡20h~24h，直接烘干后放入馬弗爐內(nèi)， 在200°C~240°C條件下進(jìn)行高溫灼燒3h~4h，降溫后洗凈即得到所需的石英石。
[0012] 進(jìn)一步的，所述高分子吸附球3-4-1由高分子材料合成得到，高分子吸附球3-4-1 的組成成分和制造過程如下： 一、 高分子吸附球3-4-1組成成分： 按重量份數(shù)計(jì)，乳酸異丁酯10~15份，油酸正丁酯15~25份，鄰苯二甲酸單正丁酯15~ 30份，醋酸正辛酯10~20份，丙酸乙酯15~20份，納米級(jí)硼酸鈀80~120份，濃度為3ppm~ lOppm的甘油酸乙酯30~50份，對(duì)氨基苯乙酸15~20份，二溴醋酸乙酯12~20份，交聯(lián)劑15 ~35份，草酸氫乙酯5~10份，烯丙基醚15~30份，乙二胺四亞甲基磷酸鈉15~25份； 所述交聯(lián)劑為2-4-6-三硝基苯甲酸； 所述納米級(jí)硼酸鈀的粒徑為25nm~45nm; 二、 高分子吸附球3-4-1的制造過程，包含以下步驟： 第1步、在反應(yīng)釜中加入電導(dǎo)率為0.004yS/cm~0.02yS/cm的超純水1000~2500份，啟 動(dòng)反應(yīng)釜內(nèi)攪拌器，轉(zhuǎn)速為30rpm~50rpm，啟動(dòng)加熱栗，使反應(yīng)釜內(nèi)溫度上升至50°C~70 °C;依次加入乳酸異丁酯、油酸正丁酯、鄰苯二甲酸單正丁酯，攪拌至完全溶解，調(diào)節(jié)pH值為 6 · 0~7 · 8，將攪拌器轉(zhuǎn)速調(diào)至60rpm~80rpm，溫度為30°C~40°