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礦山廢水處理系統及地下水去污工藝

發布時間:2019-10-8 11:21:09  中國污水處理工程網

  申請日2019.06.28

  公開(公告)日2019.09.24

  IPC分類號C02F9/14; C02F103/10; C02F103/06

  摘要

  本發明公開了一種基于碳纖維的礦山廢水處理系統及地下水去污工藝,礦山廢水處理系統包括依次相連的跌水曝氣池、加藥池、初沉池和串聯的多級碳纖維接觸氧化池,加藥池用于添加PH值調節劑,其中第一級碳纖維接觸氧化池的進水口與初沉池出水口相連并設置有潷水器,最后一級碳纖維接觸氧化池的出水口連接到河道或者溝渠,碳纖維接觸氧化池還設有排污泥管和閘門,每一級碳纖維接觸氧化池中均設有碳纖維凈水系統,通碳纖維凈水系統形成生物膜和藻場具有截留、吸附、附著、架橋、絮凝、生物氧化和生物酶催化氧化污水處理功能。本發明利用碳纖維凈水和處理產物鐵錳氧化物作為催化劑,運行成本低廉,除污效果好,適用于大規模的礦山廢水和地下水污水處理。

  權利要求書

  1.一種基于碳纖維的礦山廢水處理系統,其特征在于:包括依次相連的加藥池、初沉池和多級碳纖維接觸氧化池,所述加藥池用于添加PH值調節劑,所述初沉池用于對污水進行初步沉淀,所述多級碳纖維接觸氧化池串聯,其中第一級碳纖維接觸氧化池的進水口與初沉池出水口相連并設置有潷水器,最后一級碳纖維接觸氧化池的出水口連接到河道或者溝渠,最后一級碳纖維接觸氧化池還設有通往污泥池的排污泥管,每一級碳纖維接觸氧化池中均設有碳纖維凈水系統,通過碳纖維凈水系統在碳纖維接觸氧化池內形成生物膜和藻場具有截留、吸附、附著、架橋、絮凝、生物氧化一級生物酶催化氧化污水處理功能,所述碳纖維凈水系統包括碳纖維生態帶、碳纖維生態草以及碳纖維生態網中的任意一種或幾種組合。

  2.如權利要求1所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述加藥池前設有低能耗的污水預處理裝置,所述污水預處理裝置包括設于河道或者溝渠上游用于抬高水位的雍水建筑和設于雍水建筑下游的跌水曝氣池,所述跌水曝氣池為多級跌水,通過多級跌水對污水進行預氧化處理。

  3.如權利要求2所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述初沉池或加藥池內設有攪拌機和曝氣充氧設備,用于對藥劑和污水進行充分的混合并對污水實現曝氣充氧氧化。

  4.如權利要求2所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述碳纖維凈水系統均勻間隔排列在碳纖維接觸氧化池內,對于同一碳纖維接觸氧化池的進水口和出水口分布在碳纖維凈水系統的兩端,以延長污水停留時間,相鄰的碳纖維接觸氧化池內碳纖維凈水系統呈相互垂直方向排列。

  5.如權利要求2所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述碳纖維生態網上設有光催化劑,所述光催化劑為污水中自帶被氧化的鐵、錳離子或者石墨烯、黑磷烯和二氧化鈦種的任意一種或者幾種組合。

  6.如權利要求2所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述加藥池、初沉池和多級碳纖維接觸氧化池相互連接處均設有潷水器,最后一級碳纖維接觸氧化池的出水口處設有出水井,所述出水井為半圓柱體形出水井,出水井中部設有出水管,碳纖維接觸氧化池中水流通過潷水器溢流進入出水井內,出水井內的水通過出水管流到整個礦山廢水處理系統之外。

  7.如權利要求2所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述碳纖維凈水系統由碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態草、碳纖維生態球和碳纖維毯任意一種或者幾種混編組裝而成。

  8.如權利要求7所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述碳纖維凈水系統由碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態草通過固定繩或者扎帶相連形成列狀生態帶,然后將列狀生態帶兩端通過支架固定形成面狀的碳纖維凈水系統。

  9.如權利要求8所述的礦山廢水處理系統,其特征在于:所述碳纖維生態草、碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態球和碳纖維毯由碳纖維絲與高分子材料混編織成或由碳纖維絲與防水布熱壓制造而成或與浮島、吊環、pvc管連接而成,所述碳纖維絲由聚丙烯晴基、瀝青基或者黏膠基制成。

  10.一種基于碳纖維的地下水去污工藝,其特征在于,包括以下步驟:

  步驟1、建立雍水建筑和多級跌水,形成自流和初步充氧,對污水進行預處理;

  步驟2、經過預處理后的污水進入加藥池,調節PH值至微堿性,使得污水中金屬離子沉淀析出;

  步驟3、污水調節PH值后經過初沉池進行初沉淀,然后通過潷水器進入碳纖維接觸氧化池;

  步驟4、利用碳纖維接觸氧化池內的碳纖維表面形成的生物膜、藻場對污水進行截留、吸附、附著、架橋、絮凝、生物氧化、光催化氧化以及生物酶催化氧化進一步除污處理;充分利用處理產物-高價鐵、高價錳以廢治廢,截留在碳纖維上的鐵錳氧化物利用太陽自然光形成光催化氧化作用,進一步加強鐵錳從廢水中轉化去除;

  步驟5、經過碳纖維接觸氧化池處理后的干凈水通過排水口排出,污泥通過排污泥管道排到污泥處理裝置,經污泥干化后外運,完成整個污水處理過程。

  說明書

  一種基于碳纖維的礦山廢水處理系統及地下水去污工藝

  技術領域

  本發明屬于污水處理技術領域,涉及一種地下水或礦業廢污水處理技術,具體涉及一種基于碳纖維凈水產品的礦山廢水處理系統及污水處理工藝,是一種利用曝氣氧化、PH調節劑、碳纖維、微生物膜、光催化氧化、生物酶催化氧化技術聯合處理受各種污染的礦山廢水、地下水的裝置。

  背景技術

  地下水作為人類寶貴的淡水資源是河流水庫的重要補給源,也是北方地區的重要水源。隨著現代社會發展、人口增加、工業化進程,地下水出現了不同程度的污染問題,一方面是自然污染,另一方面是來自人為污染源。從上個世紀60年代開始,地下水污染逐漸加劇,于是地下水的處理技術也隨之發展起來。對地下水的污染:在人為影響下,生活污水和垃圾滲漏液中的有機物、NH4+-N及NO3-N、總磷等導致地下水的污染。生活污水排放及生活污水用于污灌引起的地下水中NO3-N升高現象更為普遍。農用氮肥的使用面積非常之廣,施用大量氮肥而出現了NO3-N的污染。各類工業廢水中COD、氨氮、有毒化合物排放常常是地下水中COD、NH4+-N及NO3-N、有毒化合物污染的主要污染源。COD、氨氮、有毒化合物對人體和水生生物有一定的毒害作用,COD、氨氮都是高耗氧性物質,例如氧化1mg氨氮成硝態氮需消耗4.57mg的DO,所以較高濃度的氨氮會直接導致水質的惡化。我國60%地區存在高鐵高錳高硫酸的地下水問題,主要來自礦山開采或工業廢水人為排放滲漏地下。特別是在煤礦的開采過程中和地下水抽提過程中,破壞了地下、煤層及圍巖中的硫化礦物(主要是硫鐵礦)原來的還原環境,使之與氧氣與水接觸,在微生物作用下發生一系列復雜的地球化學環境,產生了大量的酸。強酸性水溶液進一步將煤層及圍巖中重金屬溶出,形成了酸性地下廢水,其中以鐵錳濃度最高,危害最大。很多礦山長期開采導致煤礦資源已經枯竭,隨著生態環境保護的制約,大量煤礦已經停產,但是礦山廢水滲漏后注入河流,與氧氣和河水接觸變成紅水河直接影響飲水安全。酸性廢水對橋梁以及堤壩等均會產生一定的腐蝕作用。我國煤炭產量位居世界第一,煤礦礦井水的產生量和排放量也是位居全國工業廢水的第一,據統計和測算,目前全國煤炭礦井水的產生量每年45~50億m3,每年排放量達25億m3。隨著環境保護和開采煤炭資源枯竭,越來越多的煤礦被關閉,開挖后的煤礦里邊形成巨大的地下水庫,在大氣降水的作用下,開采后的礦石受到淋溶,為水體的酸化提供了反應溫床,雨季大量滲入地下雨水變成高鐵高錳高鹽廢水溢出,排放量和溢出量會大幅度增加,而且反復產生污染源。廢水排入河流的過程中會導致水體中有機物含量增加,從而水體中好氧微生物降解有機物時的消耗氧增多,造成水體處于貧氧狀態,水體中的魚類以及其他水生生物生存受到危害。當水中溶解氧消耗殆盡的時候,有機物又通過水中厭氧微生物的分解,引起腐敗現象,產生CH4,H2S,等難聞的氣體,使水質惡化,威脅飲水安全。煤礦酸性廢水含高鐵高錳高鹽,色度大,不同于正在生產的煤礦廢水。國內外高鐵高錳高鹽地下水處理研究主要報道是曝氣氧化、化學中和、錳砂過濾及微生物處理綜合技術,但是運行成本很高。目前針對煤礦含高鐵高錳高鹽酸性廢水、工業廢水污染、石油開采污染、地下水富含重金屬、無機鹽和放射性元素等物質的去除技術還存在著一些局限。錳砂過濾法中因為容易賭塞需要定期反沖洗,破壞了生物膜,存在處理效率低等問題。

  現有地下水污染處理技術主要包括將受污染的地下水抽出至地表進行處理的水廠技術或對礦區廢水溢流進行治理的污水處理站技術。鐵錳是人體不可缺少的微量元素,人體內所需要的鐵錳主要來源于食物和飲水。水中含鐵錳量過多,也會造成危害。當水中含鐵錳的濃度超過一定限度,就會產生紅褐色的沉淀物,流入河流中會形成鐵銹紅水體顏色,造成視角污染,同時還容易使鐵細菌繁殖堵塞管道。據美國,芬蘭科學家研究證明,人體中鐵過多對心臟有影響,甚至比膽固醇更危險。我國《生活飲用水衛生標準》(GB5749-85)規定,鐵含量≤0.3㎎/L,錳含量≤0.1㎎/L,超標地下水須經除鐵除錳達標后才能飲用或排放。鐵、錳等重金屬的去除并不是單一的途徑或機理,往往需要多種方法與技術的綜合工藝。目前水廠主要采用曝氣充氧、中和法、過濾法、生物法等綜合技術;而礦山廢水的治理主要采用封堵法、化學法(中和法、氧化法、還原法、絮凝法、離子交換法)、物理法(沉淀法)。其中封堵法主要是對地下水的溢出口進行人為封堵,但是地下水總會找到出路進入河湖,因此不能徹底解決問題。此外,上述各種處理方法均利用了鐵錳化合物的轉換,最終通過沉淀去除。Fe生銹是轉化為Fe2O3(緩慢氧化)過程,4Fe+3O2=2Fe2O3,是化合反應,氧化要充分,不然就生成亞鐵了。Fe2+具有還原性,當遇到強氧化劑時,均可生成+3價鐵。氧化法一方面是增加水中的溶解氧,二是驅除CO2,以提高水的PH值,使二價鐵氧化成三價鐵沉淀。二價鐵在PH值大于6.7時,在水中溶解氧的作用下,氧化成三價鐵;Mn2+則需要PH值大于9.5時,溶解氧作用下氧化成四價錳、MnO2;中和法是最常用的處理技術,該方法是向廢水中投入中和劑,使廢水中金屬離子生成氫氧化物沉淀與水分離,使廢水達到排放標準。常見的中和劑有石灰、石灰石、蘇打、苛性堿,過氧化鈣、氨水等。中和法目的就是調節PH值改善氧化條件,因其溶解度小以便在后續的沉淀、過濾等固液分離凈化工序中被去除,從而達到除鐵錳及其它重金屬的目的。生物法除鐵除錳作為一種新的工藝技術目前也開始在世界很多國家研究推廣,均取得良好效果,我國北方水廠主要采用兩級曝氣、兩級過濾工藝。另外日本雖對生物除鐵除錳技術也進行了研究和應用,但也只是應用于慢濾池中。國外對地下水除鐵除錳的研究始于100多年前。1868年在荷蘭建成第一座大型除鐵裝置,1874年第一座除錳水廠在德國建成。國外傳統的除鐵除錳工藝一般是曝氣后加入中和試劑,然后過濾,后來又有傳統工藝加生石灰軟化除鐵除錳,硅酸鈉、磷酸鹽、多重磷酸鹽做分離劑除鐵除錳。1946年Edwards和Mc Call提出濾料表面錳質濾膜對飲用水中錳離子去除起催化作用。20世紀6 0年代底層地下水除鐵除錳技術在歐洲得到推廣應用,近年來被許多國家所重視。Fe2+氧化去除的實質是在鐵質活性濾膜表面發生的自催化過程。在鐵的生物膜處理過程中,Fe2+首先會以離子交換的形式被吸附到鐵質活性濾膜的表面。地下水中往往會有溶解氧的存在,且Fe2+的氧化還原電位較氧為低,為此,被吸附到鐵質活性濾膜表面的Fe2+往往會進一步被催化氧化,并于水中發生水解。在pH偏堿性條件下生物接觸濾層中Mn2+的氧化是生物氧化,濾層中以除錳菌為核心的生物群系的平衡與穩定是除錳活性的基礎。在錳的去處過程中,Mn2+隨后,吸附在細菌表面的Mn2+會在胞外酶催化作用下,氧化形成Mn4+,該價態離子在中性及弱堿環境下,能迅速地轉化為MnO2,繼而從處理水中析出,達到除錳的目的。生物濾層不但可以同時氧化去除Fe2+、Mn2+,而且對進入濾層前已氧化成Fe3+的微細顆粒也有良好的截留作用。以此生物固錳除錳機制為基礎開發了二級曝氣、二過濾的生物除鐵除錳工藝在我國北方水廠被廣泛使用。中和法與過濾法結合治理高效,治理量大,但存在污泥量大,藥劑使用量大,運行費高,二次污染嚴重等問題。過濾法介質主要是錳沙和活性炭組合介質,均容易賭塞需要反沖洗減少了過濾柱中的生物膜量,降低了生物除鐵錳的效率。

  經濟高效的碳纖維凈水技術:現有鐵錳過濾方法是將水中Fe2+和Mn2+氧化成不溶于水的Fe3+和MnO2,再結合天然錳砂或活性炭的催化、吸附、過濾將水中鐵錳離子去除。MnO2和Fe3+的微細顆粒去除條件極差,天然錳砂或活性炭易堵塞,生物膜難于形成,因而影響了濾池的出水水質,設置碳纖維凈水產品后,碳纖維、生物膜和著生藻場的高吸附、網捕、截留、絮凝、催化氧化作用很好的解決了這個問題。

  鐵的氧化條件PH值為7.5以上比錳PH值為9.5條件低,因此鐵容易去除,而錳的去除是一大難題,錳不能依賴曝氣氧化法和中和法,因為處理成本太高。為減少鐵錳去除成本和其它難降解轉化物質能夠有效去除,本發明增加了藻場、生物膜、光催化氧化技術,這些技術的實現只需要更換濾料錳砂或活性炭為碳纖維凈水產品即可。本發明利用了碳纖維生物親和性使生物膜易生成、容易形成著生藻場、利用地下水處理產物高價氧化鐵錳催化劑等低成本和處理污染物種類多優勢。

  地下水中污染物的種類日益增多,除滲漏液有機物、氮磷營養物污染外,還包括工業廢水、石油類、重金屬、無機鹽和放射性元素等污染,于是地下水污染處理技術便以其處理徹底、處理污染物的種類多、時間相對較短、出水效果好、成本相對低廉等優勢綜合治理技術最受歡迎。地下水生物法除錳新技術的理論及應用研究,并通過大量的微生物學試驗,證明了濾池中鐵細菌的高效生物除錳作用。由于鐵的氧化還原電位比錳低,因此在濾層中,Mn2+氧化為MnO2的速度較慢,錳質活性濾膜的成熟期較長。接觸氧化法采用一級曝氣過濾除鐵,二級曝氣過濾除錳的分級方法。工藝流程仍然比較復雜,運行費用也偏高;另一方面,二價錳難以在濾層中快速氧化為MnO2而附著于濾料上形成錳質活性濾膜,系統生物除錳能力形成周期比較長,啟動一般需要近3個月以上的時間,實際應用中因經常反沖洗,生物膜剛剛長出就被破壞掉了,所以錳砂濾床上的微生物膜氧化處理效率十分有限,除錳效果更是呈現很不穩定的狀態。受污染地下水能夠被微生物處理的關鍵是保持相應微生物的高活性,才能使得地下水的污染物能夠被高效持久的去除。碳纖維新材料應用于地下水處理中則能夠在10天~半月形成穩定生物膜,碳纖維高親和性和生物附著比表面積巨大,生物活性濾膜發育充分,生物接觸氧化濾池中,當碳纖維生物濾料經過適應期、活性增長期而達到穩定期后,會在濾層表面寄生著大量的細菌群,形成生物掛膜現象,可在不同污染物廢水環境下分別生長氧化亞硫鐵桿菌、硝化菌、反硝化菌、兼性菌等不同菌種或多菌種,因此對有機物、氮磷、重金屬、苯酚類、石油類等多種污染物均有處理效果。碳纖維生物膜適應期一般只需半天~1天時間,10天~20天生物膜就達到成熟和穩定,無需特殊培育。這些細菌會與污染物或以化學反應中形成的含鐵錳氧化物膠體共同形成菌泥,這種物質類似于污水處理過程中形成的菌膠團。碳纖維生物膜生物量是錳砂濾料的上100~1000倍,碳纖維材料輕柔飄逸,不會賭塞生物池,不需要反沖洗,因此,碳纖維生物膜活性高而且能夠自我更新具有長效性,因而本發明使用的技術去除鐵猛等重金屬效率高。

  碳纖維促進光催化氧化的以廢治廢技術。1967年藤島昭教授在一次試驗中發現光催化反應,光催化技術是一種在能源和環境領域有著重要應用前景的綠色技術,在光的照射下可將有機污物徹底降解為二氧化碳與水,同時光催化材料自身無損耗,被環保界認為是21世紀環境凈化領域的革命性突破,被譽為“當今世界最理想的環境凈化技術”。Ollis于1985年發表了第一篇關于半導體光催化在污水治理方面應用的綜述文章,近二十年來,半導體多相光催化作為一項新的污染治理技術受到人員的高度重視。當催化劑半導體氧化物納米粒子受到大于禁帶寬度能量的光子照射后,電子從價帶躍遷到導帶,產生了電子-空穴對,電子具有還原性,空穴具有氧化性,光生電子、空穴在內部電場作用下分離并遷移到材料表面,進而在表面處發生氧化還原反應,空穴與氧化物半導體納米粒子表面的-OH反應生成氧化性很高的OH自由基,活潑的OH自由基可以把許多難降解的有機物、重金屬氧化,有機物光催化后變成CO2和H2O等無機物,重金屬從低價氧化成高價,從溶解態變成固態再沉淀被去除。碳纖維生態草攔截吸附地下水中的鐵錳氧化物作為光催化劑,碳纖維高導光導電特性促進鐵錳氧化物利用太陽自然光形成光催化氧化。Fe2O3、Fe(OH)3、MnO2等半導體光催化技術因其可以直接利用太陽光能而被許多研究者看好。有人發現鐵錳氧化物利用太陽自然光比二氧化鈦的光催化活性高,因為TiO2的禁帶寬度為3.2eV,需要波長小于387.5nm的光才能夠激發,所有只能吸收紫外光;而(羥基)氧化鐵的禁帶寬度在2.1eV附近,波長563.6nm的光就能工作,不僅可以吸收紫外光,還可以吸收可見光,因此,窄禁帶半導體氧化鐵的,能吸收利用占太陽輻射能量45%左右的紫外-可見光。加上具有環境友好、廉價、在堿性環境中化學穩定性好等優點,是一種有廣泛應用前景的光催化劑材料。碳纖維黑色具有高吸光性,高傳熱和導電性,促進氧化鐵錳等催化劑利用太陽自然光放大鐵質的自催化作用,因此,強化了鐵的催化氧化去除效率。本發明中還可以增加黑磷烯、石墨烯、二氧化鈦等光催化劑加強光催化氧化作用。因而本發明還利用碳纖維分離地下水中的鐵錳氧化物產物繼續光催化氧化分離地下水溶液中溶解的鐵錳化合物和其它難降解物質,以廢治廢,運行成本顯著降低。

  發明內容

  本發明提供一種調節PH值、氧化重金屬、利用碳纖維生態草修復微生物膜和利用碳纖維與污水處理產物鐵錳氧化物已廢治廢實現光催化氧化的技術處理受污染地下水的工藝和裝置,以避免傳統錳砂過濾法因堵塞需要反沖洗使得生物膜難于形成、處理效率低、運行成本高的受污染地下水處理難的問題。本發明不僅能夠降解地下水中的有機污染物、去氮除磷,還能夠充分利用氧化產物Fe(OH)3實現微電池氧化和光催化氧化,吸附攔截Fe(OH)3和不溶于水的黑色MnO2達到高效除鐵除錳。利用光催化氧化技術將一些礦山雨水淋浴產生的高鐵高錳高硫酸重金屬地下水、石油開采污染地下水的石油類、揮發酚、氨氮、COD等還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及五價鈾等污染物和工業廢水污染物進行有效去除轉化,而且極大節約運行成本。

  為解決上述問題,本發明采用技術方案如下:

  一種基于碳纖維的礦山廢水處理系統,其特征在于:包括依次相連的跌水曝氣池、加藥池、初沉池和多級碳纖維接觸氧化池,所述加藥池用于添加PH值調節劑,所述初沉池用于對污水進行初步沉淀;所述多級碳纖維接觸氧化池串聯,其中第一級碳纖維接觸氧化池的進水口與初沉池出水口相連,最后一級碳纖維接觸氧化池的出水口連接到河道或者溝渠;最后一級碳纖維接觸氧化池還設有通往污泥池的排污泥管,每一級碳纖維接觸氧化池中均設有碳纖維凈水系統,通過碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態草、碳纖維生態球和碳纖維毯等與懸浮設備、連接設備、垂吊設備、固定設備組裝而成。碳纖維凈水系統在碳纖維接觸氧化池內形成生物膜和藻場具有截留、吸附、附著、架橋、絮凝、生物氧化一級生物酶催化氧化污水處理功能。

  作為改進,所述加藥池前設有低能耗的污水預處理裝置,所述污水預處理裝置包括設于河道或者溝渠上游用于抬高水位的雍水建筑和設于雍水建筑下游的跌水曝氣池,所述跌水曝氣池為多級跌水,跌水曝氣池具有曝氣充氧和蓄水抬高水頭的作用;通過多級跌水對污水進行無能耗的預氧化處理。

  作為改進,所述初沉池或加藥池內設有曝氣充氧設備,用于對污水進行充分的曝氣充氧。

  作為改進,所述碳纖維凈水系統均勻間隔排列在碳纖維接觸氧化池內,對于同一碳纖維接觸氧化池的進水口和出水口分布在碳纖維凈水系統的兩端,以增加污水停留時間,相鄰的碳纖維接觸氧化池內碳纖維凈水系統呈相互垂直方向排列。

  作為改進,所述碳纖維生態網上設有光催化劑,所述光催化劑為污水中自帶被氧化的鐵、錳離子或者石墨烯、黑磷烯和二氧化鈦種的任意一種或者幾種組合。

  作為改進,所述加藥池、初沉池和多級碳纖維接觸氧化池相互連接處均設有本發明的簡易潷水器,潷水器由不銹鋼加鋸齒組成。

  作為改進,最后一級碳纖維接觸氧化池的出水口處設有出水井,所述出水井為半圓柱體形出水井,出水井中部設有出水管,碳纖維接觸氧化池中水流通過潷水器溢流進入出水井內,出水井內的水通過出水管流出到污水處理廠外。

  作為改進,所述碳纖維凈水系統由碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態草、碳纖維生態球、碳纖維氈和碳纖維毯任意一種或者幾種混編組裝而成。

  作為改進,所述碳纖維凈水系統由碳纖維生態草、球、網、毯、氈等通過與懸浮設備、連接設備、垂吊設備組裝而成。相連形成列狀碳纖維生態網狀、帶狀的凈水系統,然后將碳纖維凈水系統兩端通過支架固定或安裝在固定架中形成的碳纖維接觸氧化裝置。

  作為改進,所述碳纖維生態草、碳纖維生態帶、碳纖維生態網、碳纖維生態球和碳纖維毯由碳纖維絲與高分子材料混編織成或由碳纖維絲與防水布熱壓制造而成或與浮島、吊環、pvc管連接而成,所述碳纖維絲由聚丙烯晴基、瀝青基或者黏膠基制成。

  一種基于碳纖維的地下水去污工藝,其特征在于,包括以下步驟:

  步驟1、建立雍水建筑和多級跌水,對污水進行初步充氧預處理;

  步驟2、經過初步處理后的污水進入加藥池,調節PH值至微堿性,使得污水中金屬離子沉淀析出;

  步驟3、污水調節PH值后經過初沉池進行沉淀,然后通過潷水器進入碳纖維接觸氧化池;

  步驟4、利用碳纖維接觸氧化池內的碳纖維表面產生的生物膜、藻場對污水進行截留、吸附、附著、架橋、絮凝、生物氧化以及生物酶催化氧化進一步除污處理;充分利用處理產物-高價鐵、高價錳以廢治廢,截留在碳纖維上的鐵錳氧化物利用太陽自然光形成光催化氧化作用,進一步加強鐵錳從廢水中轉化去除;

  步驟5、經過碳纖維接觸氧化池處理后的干凈水通過排水口排出,污泥通過排污泥管道排到污泥處理裝置,完成整個污水處理過程。

  本發明有益效果是:

  本發明在兩級碳纖維接觸氧化池中設置了碳纖維生態草,只需半個月長成穩定的多種微生物菌群的生物膜,利用碳纖維形成以鐵錳氧化物為催化劑只需太陽光的高效光催化氧化技術,以廢治廢,運行成本大大降低,提出了成套的地下水處理工藝、設計方案和地下水處理站的設備建設。中和法處理效果雖然較好,但是為了除二價和色度,需要將PH值中和至堿性(PH=9.5),鐵只需要PH大于等于7.5可使Fe2+短時間氧化沉淀,并且去除色度。并在PH大于7.5時,水解形成Fe(OH)3↓,沉淀從水中析出,經沉淀和排泥去除鐵。錳離子需要PH大于等于9.5后在溶解氧作用下氧化成四價錳、MnO2才能夠沉淀去除。這勢必增加中和劑的投入量和充氧曝氣耗電量巨大才能同時除鐵除錳,造成大量以硫酸鈣為主的膠狀混合物堆積,引起嚴重的二次污染,污泥量巨大,處置困難,運行費用高。利用生活在碳纖維上的微生物氧化亞硫鐵桿菌催化酶氧化,微生物菌種提高Fe2+、Mn2+的氧化速率,使Fe2+、Mn2+離子氧化成Fe3+、四價錳、MnO2,碳纖維上攔截的鐵錳氧化物利用太陽自然光的光催化氧化促進水中的Fe2+氧化成Fe3+、Mn2+離子氧化成Fe3+、四價錳、MnO2;同時碳鐵微電池效應產生大量OH-,鐵與OH-反應生成Fe(OH)3、四價錳、MnO2。因而在較低PH值情況下,達到除錳目的,去除鐵、錳、H2CO3、降色度和其它重金屬的目的。本發明技術只需加入少量中和劑除去SO42-等酸性離子,Fe2+、Mn2+離子氧化成Fe3+、四價錳、MnO2,使廢水得到凈化。碳纖維凈水系統集沉淀、過濾、吸附、氧化、微生物合成與分解代謝、植物的代謝與吸收、生物酶催化氧化、光催化氧化、碳鐵微電池氧化作用于一體,可達到良好的出水水質,觀測表明,濁度、COD、氨氮、總磷、氫離子、鐵離子、錳離子、石油類、揮發酚和懸浮物的去除率可達90%以上。

  所述碳纖維凈水材料包括聚丙烯晴基、瀝青基、黏膠基等制成的碳纖維絲、碳纖維布、石墨氈、網狀玻璃碳、石墨或碳纖維刷等材料及其織造的碳纖維生態草、碳纖維生態帶、碳纖維生態球、碳纖維毯等實現鐵錳氧化物從水中分離技術產品。

  所述光催化劑包括廢水自帶的鐵、錳及其它所有催化劑,也包括增加黑磷烯、石墨烯、二氧化鈦等新型光催化劑材料。

  所述的微生物膜是由碳纖維修復的廢水中或底泥中自帶的多菌群種類的復合生物膜。碳纖維創造了一個自養硫氧化/反硝化菌、異養反硝化菌、氧化亞硫鐵桿菌、自養脫硫菌群種群共存的混養生態系統,通過二者協同作用實現對硫酸鹽和TOC同時去除以及單質硫的獲得。

  本發明在兩級碳纖維接觸氧化池中設置碳纖維生態帶或碳纖維生態草或碳纖維生態球或碳纖維,具有利用地下水中富含的鐵錳作為催化劑,碳纖維是強導光導電材料,能夠利用太陽自然光和碳纖維攔截廢水中的氧化鐵錳形成微電池效應和光催化氧化效應。碳纖維表面附著產電微生物、厭氧微生物、好氧微生物、兼性微生物,可以對地下水中的有機物、氮磷營養物、苯酚化合物、重金屬等進行生物降解、氧化分解及氧化轉化。本發明專利可以去除地下水污水中的有機物、氧化還原重金屬等,對垃圾滲透液、地下水中的原生礦重金屬、工業廢水污染地下水的情況均有效。此外,還可以去除一些還原電位較低的Pb2+、Ni2+、氯代烴及五價鈾等污染物。

  本發明利用碳纖維生態網在接觸氧化池內同時具備過濾、攔截、形成生物膜、絮凝、氧化和形成微電池系統實現了對污水多機理高效處理,本發明選材成本低廉易得,可以大大降低污水處理成本,適合于大規模的礦山或者工業廢水處理。

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