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CN111747511A - 一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统 - Google Patents

一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统 Download PDF

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CN111747511A CN202010652254.7A CN202010652254A CN111747511A CN 111747511 A CN111747511 A CN 111747511A CN 202010652254 A CN202010652254 A CN 202010652254A CN 111747511 A CN111747511 A CN 111747511A
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Abstract

本发明属于稀土矿区土壤淋滤废水污染处理技术领域，公开了一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统，收集稀土矿区土壤淋滤液，使用多孔水处理陶粒作为滤料，构建单个曝气生物滤池；按高低配置构建两级曝气生物滤池废水处理系统。本发明通过使用多孔陶粒作为滤料，并对陶粒滤料进行生物膜附着处理，综合滤料及生物膜的吸附、过滤与沉淀作用，强化微生物的氧化分解等生化作用，实现稀土矿区土壤淋滤废水的就地深度净化，具有除污效率高、运行费用低、能同步去除氨氮及稀土等重金属离子等优点。

Description

一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统
技术领域
本发明属于稀土矿区土壤淋滤液污染处理技术领域，尤其涉及同步去除离子型稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统，具体涉及一种两级曝气生物滤池同步去除离子型稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统。
背景技术
目前针对离子型稀土矿床中稀土主要采用硫酸铵溶液原位浸出工艺浸出，受开采工艺影响，大量含氨氮(NH4 +-N)、稀土离子(RE3+)的废水被排放至矿区及周边水系中，引发了一系列严重的环境问题，因此亟需对此类废水进行有效治理。
离子型稀土矿区土壤淋滤液中氨氮污染物的浓度，会随淋滤液产生条件如雨水量大小、矿点地质构成等的不同而不同，其中氨氮浓度(以N计)一般在几十到几百mg/L之间。离子型稀土矿区土壤氨氮淋滤液实际是属于氨氮废水的一种，目前针对氨氮废水的处理方法主要有吹脱法、吸附法、化学沉淀法、电化学法、离子交换法、膜分离法、生物法等。其中，吹脱法使NH4 +转变成游离氨，再利用空气吹除氨，该方法技术成熟，效率较高，但存在成本较高，易结垢，受温度影响大，氨气外溢易造成二次污染等问题，且只适于处理高浓度氨氮废水。尤其对于离子型稀土矿区土壤淋滤液pH值一般为4～6而言，此法调节pH值至碱性需消耗大量的碱，经济成本高。离子交换法存在运行成本高，需要进一步处理所分离产生的高浓度氨氮废水等问题。化学沉淀法除氨氮具有工艺稳定，操作简单，去除效率高的优点，但同时又存在产生渣量大、去除率有限等问题，对于稀土矿区土壤中较低浓度氨氮淋滤液，去除效率并不理想。电化学法则存在耗电量大、处理时间长等缺点。膜分离法同样存在成本高、处理时间长等缺点。吸附法则具有操作简单，节能高效，氨回收利用率高等优势，但吸附剂成本过高是该法难以推广应用的主要限制性因素。
目前，针对含稀土离子废水的处理方法主要有沉淀法、吸附法、离子交换法、萃取法等。其中，化学沉淀法以草酸沉淀为主，利用草酸根与稀土离子可形成难溶沉淀来对RE3+进行分离，但是在草酸沉淀过程中，会有部分草酸残留在水中，造成二次污染并且草酸价格昂贵；离子交换法是属于一种较为特殊的吸附法，在富集回收RE3+过程中，树脂容易被污染、破坏等使得树脂的使用周期短，并且离子交换法所需要的水量特别大，树脂上RE3+的解吸困难；萃取法处理效果高、能实现自动连续化并且其富集的倍数大，但是萃取法的成本高，萃取剂容易溶解且易造成二次污染。吸附法主要就是通过吸附剂多孔结构将目标离子吸附在颗粒表面从而达到分离效果，但是一般而言吸附剂成本较高，且高效解吸附稀土离子还存在一定困难。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有氨氮去除技术中，吹脱法存在成本较高，易结垢，受温度影响大，氨气外溢易造成二次污染等问题，且只适于处理高浓度氨氮废水；离子交换法存在运行成本高，需要进一步处理所分离产生的高浓度氨氮废水等问题；化学沉淀法存在产生渣量大、去除率有限等问题，对于稀土矿区土壤中较低浓度氨氮淋滤液，去除效率并不理想；电化学法、膜分离法存在耗电量大、处理时间长等缺点；吸附法的吸附剂成本过高，难以推广应用。
现有稀土离子去除技术中，化学沉淀法以草酸沉淀为主，但是在草酸沉淀过程中，会有部分草酸残留在水中，造成二次污染并且草酸价格昂贵；离子交换法，在富集回收RE3+过程中，树脂容易被污染、破坏等使得树脂的使用周期短，并且离子交换法所需要的水量特别大，树脂上RE3+的解吸困难；萃取法的成本高，萃取剂容易溶解且易造成二次污染；吸附法成本较高，且高效解吸附稀土离子还存在一定困难。
解决以上问题及缺陷的难度为：构建一种低成本、低运行费用、无二次污染，并能够将氨氮及稀土离子同步去除的稀土矿区土壤渗滤废水处理方法。
解决上述技术问题的意义：本发明在矿区就近构建废水处理系统，采用两级曝气生物滤池同步去除稀土矿区土壤淋滤液氨氮及稀土离子污染，具有处理效率高、投资小、运行费用低、处理能力退化小且设施占地面积小等优点。
发明内容
针对稀土矿区含氨氮及稀土离子淋滤液污染处理现有技术存在的问题，本发明提供了一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统。
本发明是这样实现的，一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法包括以下步骤：
第一步，在矿体底部周边开挖积液沟和积液池收集稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液；
第二步，使用多孔水处理陶粒作为曝气生物滤池滤料；
第三步，滤池底部铺设曝气管网构建单个曝气生物滤池系统；
第四步，依照矿体周围地势，按一定落差构建两级曝气生物滤池系统；
第五步，投入使用前，构建的两级曝气生物滤池系统经过30-60天挂膜启动；
第六步，将所收集的稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液从积液池放入到第一级曝气生物滤池，曝气处理5-20小时后，开启底部排水管道阀门，一级处理后的淋滤液从底部排出，流入到下一级曝气生物滤池，一级处理主要脱除稀土离子，稀土离子去除率超过90％，同时去除部分氨氮，氨氮去除率在10-45％之间；淋滤液在第二级曝气生物滤池继续曝气处理5-20小时后，检测出水达标后排出，二级处理主要脱除氨氮，氨氮去除率超过80％。
进一步，第三步中，构建单个曝气生物滤池长宽深比为6:4:2。
进一步，第五步中，挂膜工艺为：挂膜溶液含50-75mg/L氨氮及4-8mg/L稀土离子的稀土矿区土壤淋滤液，水力停留时间8-24小时；挂膜方式为自然挂膜。
进一步，第六步运行后，还需进行：两级曝气生物滤池系统采用序批式运行方式，每间隔5-20小时放水一次；曝气强度为5-10L/min。
进一步，第六步运行后，还需进行：经两级曝气生物滤池系统对氨氮含量小于150mg/L及稀土离子含量小于25mg/L的稀土矿区土壤淋滤液进行处理。
本发明的另一目的在于提供一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的系统，包括：两个单个曝气生物滤池系统；两个单个曝气生物滤池系统按台阶式分布构成两级曝气生物滤池。
进一步，单个曝气生物滤池系统的下层铺设有多孔陶粒填料层，多孔陶粒填料层下铺设有曝气管网。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明充分结合矿区山体地理特征及矿体周围地势，采用两级曝气生物滤池的废水氨氮及稀土离子同步去除技术，通过使用多孔陶粒作为滤料，并对陶粒滤料进行生物膜附着处理，本发明所构建两级曝气生物滤池稀土矿区土壤淋滤液氨氮及稀土离子污染处理系统的第一级曝气生物滤池主要通过基质吸附、生物膜吸附、微生物生化作用等实现对稀土矿区土壤淋滤液中90％左右稀土离子的去除，并同步对稀土矿区土壤淋滤液中10-45％的氨氮污染物进行初步去除；第二级曝气生物滤池主要通过脱氮硝化反硝化等生化反应作用对剩余氨氮进行去除。总体而言，本发明具有能同步去除稀土矿区土壤淋滤液中氨氮及稀土等重金属离子污染物的突出优势，并且有处理效率高、投资小、运行费用低、水力负荷大、适应氨氮负荷波动大、处理能力退化小及设施占地面积小等优点。
附图说明
图1是本发明实施例提供的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
离子型稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液实际是属于氨氮、重金属废水的一种，针对氨氮、重金属废水的处理现有技术存在的问题，本发明提供了一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法及系统，下面结合附图对本发明作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法包括以下步骤：
S101，在矿体底部周边开挖积液沟和积液池收集稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液。
S102，使用自制多孔水处理陶粒作为曝气生物滤池滤料。
S103，滤池底部铺设曝气管网构建单个曝气生物滤池系统。
S104，依照矿体周围地势，按一定落差构建两级曝气生物滤池系统。
S105，投入使用前，构建的两级曝气生物滤池系统经过30-60天挂膜启动。优选50天。
S106，将所收集的稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液从积液池放入到第一级曝气生物滤池，曝气处理5-20小时(优选12小时)后，开启底部排水管道阀门，一级处理后的淋滤液从底部排出，流入到下一级曝气生物滤池；淋滤液在第二级曝气生物滤池继续曝气处理5-20小时(优选12小时)后排出。
S107，S103中，构建单个曝气生物滤池长宽深比为6:4:2。
S108，S105中，挂膜工艺为：挂膜溶液含50-75mg/L(优选50mg/L)氨氮及4-8mg/L(优选6mg/L)稀土离子的稀土矿区土壤淋滤液，水力停留时间8-24 小时(优选24小时)；挂膜方式为自然挂膜。
S109，S106运行后，还需进行：两级曝气生物滤池系统采用序批式运行方式，每间隔5-20小时(优选12小时)停止放水一次；曝气强度为5-10L/min(优选8L/min)。
S110，可直接处理氨氮含量小于150mg/L、稀土离子含量小于25mg/L的稀土矿区土壤淋滤液(如果氨氮浓度超出可加水稀释)，经两级曝气生物滤池系统处理，氨氮去除率达90％以上，处理后废水氨氮浓度低于15mg/L、总氮含量低于20mg/L，全氮脱除超过85％，稀土离子去除率达99％以上。最终可实现稀土矿区土壤淋滤液氨氮及稀土离子经过技术方案处理达标排放。
本发明实施例提供的两级曝气生物滤池去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染系统，包括：两个单个曝气生物滤池系统；两个单个曝气生物滤池系统按台阶式分布构成两级曝气生物滤池，系统用于稀土矿区土壤渗淋滤液氨氮及稀土离子污染处理。
两个单个曝气生物滤池系统使用多孔陶粒作为填料，填料底部铺设有曝气管网。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法，其特征在于，所述同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法包括：
第一步，在矿体底部周边开挖积液沟和积液池收集稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子的淋滤液；
第二步，使用多孔水处理陶粒作为曝气生物滤池滤料；
第三步，滤池底部铺设曝气管网构建单个曝气生物滤池系统；
第四步，依照矿体周围地势，按一定落差构建两级曝气生物滤池系统；
第五步，使用前，构建的两级曝气生物滤池系统经过30-60天挂膜启动；
第六步，将所收集的稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液从积液池放入到第一级曝气生物滤池，曝气处理5-20小时后，开启底部排水管道阀门，一级处理后的淋滤液从滤池底部排出，流入到下一级曝气生物滤池；淋滤液在第二级曝气生物滤池继续曝气处理5-20小时后，检测出水达标后排出。
2.如权利要求1所述的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法，其特征在于，第三步中，构建单个曝气生物滤池长宽深比为6:4:2。
3.如权利要求1所述的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法，其特征在于，第五步中，挂膜工艺包括：挂膜溶液含50-75mg/L氨氮及4-8mg/L稀土离子的稀土矿区土壤淋滤液，水力停留时间8-24小时；挂膜方式为自然挂膜。
4.如权利要求1所述的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法，其特征在于，第六步运行后，还需进行：两级曝气生物滤池系统采用序批式运行方式，每间隔5-20小时放水一次；曝气强度5-10L/min。
5.如权利要求1所述的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法，其特征在于，第六步运行后，还需进行：经两级曝气生物滤池系统对氨氮含量小于150mg/L及稀土离子含量小于25mg/L的稀土矿区土壤含氨氮及稀土离子淋滤液进行处理。
6.一种运行权利要求1～5任意一项所述同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的方法的同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的系统，其特征在于，所述同步去除稀土矿区氨氮及稀土离子污染的系统包括：两个单个曝气生物滤池；两个单个曝气生物滤池系统按台阶式分布构成两级曝气生物滤池。
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