权利要求
1.一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，包括若干个隔离单元，每个隔离单元均设置有浮筒(1)，其特征在于：所述的浮筒(1)的底部设置有隔离带固定框架(5)，隔离带固定框架(5)的底部设置有沉降重物盒(6)，沉降重物盒(6)内填充有填料(7);
所述的隔离带固定框架(5)内设置有生物质填料(4)，隔离带固定框架(5)的前后两侧捆绑设置有立体弹性毛刷填料(3)。
2.根据权利要求1所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：所述的隔离带固定框架(5)的四周均匀分布有连接通孔(2)，浮筒(1)通过粗钢线(9)与隔离带固定框架(5)顶端的连接通孔(2)固定连接，沉降重物盒(6)通过粗钢线(9)与隔离带固定框架(5)底端的连接通孔(2)固定连接。
3.根据权利要求2所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：所述的沉降重物盒(6)的表面均匀开设有通水孔(8)，通水孔(8)直径2cm。
4.根据权利要求2所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：多组隔离单元相互连接形成整体式隔离带装置，隔离带固定框架(5)沿宽度方向并列设置有多组，每组隔离带固定框架(5)的上端均设置有浮筒(1)，每组隔离带固定框架(5)的下端均设置有沉降重物盒(6)。
5.根据权利要求4所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：所述的隔离带固定框架(5)的侧边间隔开设有连接通孔(2)，相邻的两组隔离带固定框架(5)通过粗钢线(9)穿过连接通孔(2)并实现相互连接。
6.根据权利要求5所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：所述的隔离带固定框架(5)外部长4.0m，宽1.5m，厚度2cm，立体弹性毛刷填料(3)长度3.8m，相邻的两组立体弹性毛刷填料(3)间隔30cm。
7.根据权利要求6所述的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，其特征在于：所述的隔离带固定框架(5)内设有多个单元框，生物质填料(4)填充在每个单元框中，生物质填料(4)宽1m，长1.5m、厚2cm，呈帘状;生物质填料(4)通过粗钢线(9)与隔离带固定框架(5)侧边的连接通孔(2)固定。
说明书
技术领域
[0001]本实用新型涉及矿山废水隔离技术领域，更具体地说，涉及一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置。
背景技术
[0002]随着科技水平快速发展，国家对于
矿产资源需求量日益增加，会形成矿坑/矿洞以及产生大量废弃矿石，其中的硫化物矿物在化学和微生物氧化作用下形成酸性矿山废水(AMD)，并随径流填充这些矿坑，从而形成pH值低，多种重金属复合污染的AMD水库。显而易见，AMD水库储量大，环境风险高，治理难度大。一旦AMD水库溢出或裂隙向外漫流会对周围环境及生态系统造成严重的危害，存在极大环境风险。目前的源头治理技术主要集中在源头废石排土场的污染控制;以及针对AMD水库的治理方面，主要以酸中和、重金属吸附固定和提取方面。同时夏季降雨量达，造成大量雨水存积于排土场裂隙中，并向AMD水库中源源不断的汇入。目前针对水库中酸性矿山废水路径的阻隔技术较少，同时由于排土场酸水汇入水库的裂隙难以探寻，无法完全阻隔。因此，研发策略应当聚焦于AMD水库中新鲜AMD输入点的阻隔、控制，重点不在于减少AMD的汇入量，而在于阻隔AMD中的重金属并降低其浓度。这样的做法能够辅助水库内部的修复工作，减轻酸化和金属毒性的影响。
[0003]目前现有的技术中没有AMD治理的隔离带。与本方面相近的装备技术，仅有生态浮床。生态浮床在水体修复净化领域属于较为常见的装置之一，应用广泛。目前主流浮床结构包括浮床骨架、浮块、植物种植区、填料区、固定绳和植物。通过独立容器内填充填料，上方种植植物，浮床骨架提供整体结构支撑力，浮块提供浮力控制整体下沉深度。通过容器底部通孔进水，经过填料的初步处理达到植物耐受范围，通过植物代谢富集达到水体净化功能。但这种处理AMD废水方式难以深入酸水库底部，仅能够在浅层水域起效;因此，市面上的生态浮床难以实现AMD全方位处理，难以改善底部水层厌氧环境，难以实现AMD阻隔治理的效果;
[0004]在专利《CN216273346U-一种处理酸性重金属废水的生态浮床》中，该装置包括浮床结构模块和设置于浮床结构模块内的浮床植物工作模块、菌工作模块和藻类工作模块：该专利有以下几大问题：
[0005]该装置难以触及底部，处理效果有限;新汇入酸水中含有一定溶解氧浓度，使底层水溶解氧浓度上升，抑制厌氧菌代谢，同时极易使亚铁氧化，产生酸度;这些方面是这些专利无法顾及的地方;AMD的极端酸性、寡营养环境使得植物难以生长;寡营养环境以及浮床的水交换特性使得浮床内部难以保证充足营养，难以促进微生物生长。
[0006]由于AMD水库的难治理以及源源不断的AMD汇入量，产生大量的废水处理成本，存在严重的环境风险，故能够长效缓解AMD汇入水酸度及金属浓度的装备和技术迫在眉睫。本实用新型针对AMD水库治理需求，设计了一款能够降低汇入AMD酸度、金属浓度、溶解氧的AMD原位阻隔装置。
实用新型内容
[0007]1.实用新型要解决的技术问题
[0008]针对现有技术存在的缺陷与不足，本实用新型提供了一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，本实用新型结构简单，可以根据现场情况有效组装，能够深入底部进行多深度处理。主要采用生物质填料作为主要隔离材料，可有效降低汇入AMD的溶解氧浓度，逐渐优化底层环境，促进厌氧微生物繁殖。利用土著微生物进行挂膜增效处理，减少额外添加菌剂的不适应性，能够长期有效，降低额外添加营养源、微生物的成本和风险。
[0009]2.技术方案
[0010]为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案为：
[0011]本实用新型的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，包括若干个隔离单元，每个隔离单元均设置有浮筒，所述的浮筒的底部设置有隔离带固定框架，隔离带固定框架的底部设置有沉降重物盒，沉降重物盒内填充有填料;
[0012]所述的隔离带固定框架内设置有生物质填料，隔离带固定框架的前后两侧捆绑设置有立体弹性毛刷填料。
[0013]进一步地，所述的隔离带固定框架的四周均匀分布有连接通孔，浮筒通过粗钢线与隔离带固定框架顶端的连接通孔固定连接，沉降重物盒通过粗钢线与隔离带固定框架底端的连接通孔固定连接。
[0014]进一步地，所述的沉降重物盒的表面均匀开设有通水孔，通水孔直径2cm。
[0015]进一步地，多组隔离单元相互连接形成整体式隔离带装置，隔离带固定框架沿宽度方向并列设置有多组，每组隔离带固定框架的上端均设置有浮筒，每组隔离带固定框架的下端均设置有沉降重物盒。
[0016]进一步地，所述的隔离带固定框架的侧边间隔开设有连接通孔，相邻的两组隔离带固定框架通过粗钢线穿过连接通孔并实现相互连接。
[0017]进一步地，所述的隔离带固定框架外部长4.0m，宽1.5m，厚度2cm，立体弹性毛刷填料长度3.8m，相邻的两组立体弹性毛刷填料间隔30cm。
[0018]进一步地，所述的填料为多孔陶粒、活性炭颗粒、沼渣，混合比例为1：1：3，通孔陶粒、活性炭颗粒直径为3cm。
[0019]进一步地，所述的隔离带固定框架内设有多个单元框，生物质填料填充在每个单元框中，生物质填料宽1m，长1.5m、厚2cm，呈帘状;生物质填料通过粗钢线与隔离带固定框架侧边的连接通孔固定。
[0020]一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置的方法：
[0021]根据水库、湖泊延边向内1-2m处深度，选择隔离带固定框架长度，在隔离带固定框架内填充生物质填料;隔离带固定框架外层间隔30cm捆绑立体弹性毛刷填料;
[0022]隔离带固定框架底部使用粗钢线连接沉降重物盒，沉降重物盒中填充多孔陶粒、活性炭颗粒、沼渣，混合比例为1：1：3，充分混合;
[0023]相邻的隔离带固定框架使用粗钢线通过连接通孔连接，底部沉降重物盒两两相连;浮筒使用粗钢线与隔离带固定框架顶部相连，整体连接完毕后垂直沉入水中;
[0024]底部沉降重物盒触及河床底部，浮筒保证隔离带固定框架垂直于水面或0-10度小角度倾斜。
[0025]进一步地，隔离带装置具有自重，可使用吊车放置，放置后，隔半年查看生物质填料状况，若未出现粉碎等现象，则无需更换维护
[0026]进一步地，所述的隔离带固定框架内设有多个单元框，生物质填料填充在每个单元框中，生物质填料宽1m，长1.5m长、厚2cm;生物质填料通过粗钢线与隔离带固定框架侧边的连接通孔固定。
[0027]3.有益效果
[0028]采用本实用新型提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
[0029]本实用新型使用生物质填料作为主要隔离材料，外部适用轻质高强度金属材料作为隔离带固定框架固定，内部填充悬挂生物质填料，底部使用多孔洞的空心沉降重物盒，内部填充活性炭、多孔陶粒、沼渣，并将沉降重物盒固定于隔离带固定框架底部，隔离带固定框架顶部连接浮筒，侧边垂向固定立体弹性毛刷填料，使整体垂向固定于水库边，由于水库沿岸形状多变，故可以使用多个该装置组合连接形成阻隔带。
[0030]本实用新型结构简单，可以根据现场情况有效组装;更满足现场实施的需求，装置能够触及底部，多深度处理;减少汇入AMD的溶解氧浓度，逐渐改善底层环境，促进厌氧微生物生长，使用土著微生物进行挂膜增效处理，减少额外添加菌剂的不适应性，能够长期有效，减少额外添加营养源、微生物的成本和风险。
附图说明
[0031]图1为本实用新型的主视图;
[0032]图2为本实用新型的侧视图;
[0033]图3为本实用新型的组装效果图;
[0034]图4为本实用新型的隔离带实施效果图一;
[0035]图5为本实用新型的隔离带实施效果图二。
[0036]图中：1、浮筒;2、连接通孔;3、立体弹性毛刷填料;4、生物质填料;5、隔离带固定框架;6、沉降重物盒;7、填料;8、通水孔;9、粗钢线。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述：
[0038]实施例1
[0039]从图1-2可以看出，本实施例的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，包括若干个隔离单元，每个隔离单元均包括浮筒1，浮筒1的底部设置有隔离带固定框架5，隔离带固定框架5的底部设置有沉降重物盒6，沉降重物盒6内填充有填料7，沉降重物盒6的表面均匀开设有通水孔8，排列可随意调整，通水孔8直径2cm;
[0040]隔离带固定框架5的四周均匀分布有连接通孔2，浮筒1通过粗钢线9与隔离带固定框架5顶端的连接通孔2固定连接，沉降重物盒6通过粗钢线9与隔离带固定框架5底端的连接通孔2固定连接;
[0041]隔离带固定框架5内设置有生物质填料4，隔离带固定框架5的前后两侧捆绑设置有立体弹性毛刷填料3;毛刺结构具有较大接触面积，能够促进微生物附着，形成生物膜，对酸水进行阻隔处理;
[0042]沉降重物盒6整体大小及重量根据前期生物质填料4的浮力决定，生物质填料4以稻草秸秆为主，混合其他缓释碳源制备成挂帘状填料，生物质填料4由于内部多空，含有大量空气，与水接触面积大，有大量浮力存在，前期难以自动下沉，浮筒1的浮力选择需承受50kg重物;
[0043]隔离带固定框架5外部长4.0m，宽1.5m，厚度2cm，立体弹性毛刷填料3长度3.8m，相邻的两组立体弹性毛刷填料3间隔30cm。
[0044]填料7为多孔陶粒、活性炭颗粒、沼渣，混合比例为1：1：3，通孔陶粒、活性炭颗粒直径为3cm，大于通水孔8的直径;
[0045]通过填充填料7形成能够提供缓释营养源、可吸附重金属固定、可附着微生物的沉降重物盒6;
[0046]隔离带固定框架5内设有多个单元框，生物质填料4填充在每个单元框中，生物质填料4宽1m，长1.5m长、厚2cm，呈帘状;也可自主选择长度、宽度、厚度，生物质填料4通过粗钢线9与隔离带固定框架5侧边的连接通孔2固定。
[0047]由于生物质填料4结构有空隙可以允许酸水通过，两侧立体弹性毛刷填料3附着微生物形成生物膜，促进酸水处理，底部沉降重物盒6内的填料7中的沼渣提供缓释营养源促进厌氧微生物生长代谢，内部多孔陶粒可附着微生物促进底层水厌氧处理;此外沉降重物盒6的通水孔8促进水体交换;通过上层附着藻类，可产生大量的溶解氧，促进上中层好氧微生物代谢，同时藻类死亡后沉降能够为底层微生物提供营养;中下层附着微生物对裂隙汇入酸水进行初步处理，先一步降低重金属、酸度、溶解氧，优化酸水库内部环境。
[0048]实施例2
[0049]从图3可以看出，本实施例的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置，多组隔离单元相互连接形成整体式隔离带装置，连接时，隔离带固定框架5沿宽度方向并列设置有多组，每组隔离带固定框架5的上端均设置有浮筒1，每组隔离带固定框架5的下端均设置有沉降重物盒6;隔离带固定框架5的侧边间隔开设有连接通孔2，相邻的两组隔离带固定框架5通过粗钢线9穿过连接通孔2并实现相互连接，从而组成整体隔离带装置。
[0050]整个隔离带装置可长期放置于水中无需取出更换，生物质填料4的缓释碳源作用可以长期起到效果。
[0051]实施例3
[0052]从图3可以看出，本实施例的一种阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置的方法：
[0053]根据水库、湖泊延边向内1-2m处深度，选择隔离带固定框架5长度，长宽比可根据深度设置，暂定长4 m、宽1.5 m，在隔离带固定框架5内填充生物质填料4，可制成4 m长、1.5m长、2 cm厚挂帘;隔离带固定框架5外层间隔30cm捆绑立体弹性毛刷填料3;
[0054]隔离带固定框架5底部使用粗钢线9连接沉降重物盒6，沉降重物盒6中填充多孔陶粒、活性炭颗粒、沼渣，混合比例为1：1：3，充分混合;
[0055]相邻的两组隔离带固定框架5使用粗钢线9通过连接通孔2连接，底部沉降重物盒6也两两相连;浮筒1使用粗钢线9与隔离带固定框架5顶部相连，整体连接完毕后垂直沉入水中;
[0056]底部沉降重物盒6触及河床底部，浮筒1保证隔离带固定框架5垂直于水面或0-10度小角度倾斜。
[0057]若河岸拐角，则可以忽略、直接直线放置;若河岸深度不一，则可以按照河岸深度，修改隔离带固定框架长度，连接后再整体放置;
[0058]隔离带装置具有自重，可使用吊车放置，放置后，隔半年查看生物质填料4状况，若未出现粉碎等现象，则无需更换维护，预计隔离带放置后可维持3-4年。
[0059]本实用新型使用生物质填料4作为主要隔离材料，外部适用轻质高强度金属材料作为隔离带固定框架5固定，内部填充悬挂生物质填料4，底部使用多孔洞的空心沉降重物盒6，内部填充活性炭、多孔陶粒、沼渣，并将沉降重物盒6固定于隔离带固定框架5底部，隔离带固定框架5顶部连接浮筒1，侧边垂向固定立体弹性毛刷填料3，使整体垂向固定于水库边，由于水库沿岸形状多变，故可以使用多个该装置组合连接形成阻隔带。
[0060]本实用新型结构简单，可以根据现场情况有效组装;更满足现场实施的需求，装置能够触及底部，多深度处理;减少汇入AMD的溶解氧浓度，逐渐改善底层环境，促进厌氧微生物生长，使用土著微生物进行挂膜增效处理，减少额外添加菌剂的不适应性，能够长期有效，减少额外添加营养源、微生物的成本和风险。
[0061]本实用新型抛弃现有工艺异位处理的能源消耗，使用土著微生物的富集挂膜，减少额外添加其他来源微生物可能造成的环境风险，同时生物质填料4能够提供缓释碳源，减少额外添加其他营养源(例如，沼液)所带来的有机物污染等。
[0062]本实用新型能够深入AMD水库底部，增加现有装置中无法触及水层，同时减少溶解氧的输入，优化AMD底层厌氧环境，促进厌氧微生物的生长。大量的藻类富集于本实用新型浅层部分，其死亡能够为底层厌氧微生物提供碳源，生物质填料4提供缓释碳、氮源，促进微生物生长。
[0063]本实用新型上部附着藻类和好氧微生物，中部附着兼性厌氧微生物、底部附着厌氧微生物，秸秆可以为微生物提供缓释碳、氮，促进生长，同时可以针对裂隙汇入AMD进行初步处理，消耗溶解氧，减低酸度、金属浓度，减少底层水的溶解氧，抑制亚铁氧化产生酸度，同时固定原位产生次生矿物，减少金属释放。
[0064]本实用新型能够适应AMD水库原有生态环境，无需额外增补营养元素，通过生物质填料、立体弹性毛刷填料、多空陶粒进行生物挂膜，并且AMD土著藻类具有贴壁特性，本实用新型提供附着点，能够先一步处理AMD。
[0065]现有技术中，使用硫酸盐还原菌(SRB)、绿藻等适用极端酸性条件下的微生物能有效处理酸性矿山废水，提高废水pH值，并能有效去除多种有害重金属，同时该方法具有成本低、无二次污染、可回收AMD中重金属等优点;
[0066]采用本实用新型的隔离带装置配合上述的处理工艺，一方面能缓解新鲜酸水中氧化力向水库内部的输入，另一方面同步对隔离带内部水库水体进行修复，实现同步治理，以达到更佳的治理效果。
[0067]实施例4
[0068]从图4可以看出，高铁AMD水库的原位阻隔治理效果：
[0069]在某高铁AMD水库中，近排土场侧最易产生淋水径流、裂隙水汇入的情况，故在该侧放置隔离带。隔离带放置时期最佳为春季，气温逐渐升高，适宜藻类生长。
[0070]放置经过30天后，水库中大量藻类附着于隔离带上。针对水库中心点与隔离带点垂向水样进行对比。结果显示，浅层水叶绿素a含量显著高于湖中心点隔离带的铺设能够促进藻类附着于隔离带上层，同步上层溶解氧显著高于水库中心点。虽然隔离带点pH略高于水库中心点，但酸度显著降低约40%。由于隔离带铺设使得底层溶解氧浓度显著降低，减少了铁氧化，促进了硫酸盐还原菌的代谢，使底层硫酸盐浓度降低。此外AMD水库主要由Fe氧化还原循环调控，使得酸水库自然衰减进程缓慢，但隔离带的铺设能够显著降低铁的含量，将Fe以其他形式固定。
[0071]整体上看隔离带铺设效果显著，能够缓解AMD水库水处理的压力。
[0072]实施例5
[0073]从图5可以看出，AMD水库酸中和期间的原位阻隔治理效果
[0074]在某高铁AMD水库中，近排土场侧最易产生淋水径流、裂隙水汇入的情况，故在该侧放置隔离带。隔离带放置时期最佳为春季，气温逐渐升高，适宜藻类生长。
[0075]放置经过180天后，AMD水库刚刚完成酸中和，使得表层水pH升高6.5以上。由于大量藻类附着于隔离带上，藻类产碱，使得隔离带点pH显著高于水库中心点。针对水库中心点与隔离带点垂向水样进行对比。由于酸中和，导致水库中藻类大量死亡消失，但结果显示，隔离带点浅层水叶绿素a含量依旧较高，说明上层已经形成藻附着层，并且酸中和结束后，藻在缓释碳源的促进下向外扩散生长。由于水库水量大，酸中和只能保证浅层水pH升高。浅层水pH高于7.0，故酸度几乎为0 mg/L，Fe金属浓度几乎为0 mg/L。数据显示，中下水层酸度显著降低约30%。由于隔离带铺设使得底层溶解氧浓度显著降低，减少了铁氧化，促进了硫酸盐还原菌的代谢，使底层硫酸盐浓度降低。此外AMD水库主要由Fe氧化还原循环调控，使得酸水库自然衰减进程缓慢，但隔离带的铺设能够显著降低铁的含量，将Fe以其他形式固定。由于隔离带放置时间长，故金属固定能力显著高于铺设30天结果，金属浓度降低约50%。此外由于隔离带的长期铺设，使酸水库整体Fe浓度降低10%左右。
[0076]整体上看隔离带铺设效果显著，能够缓解AMD水库水处理的压力。
[0077]以上示意性的对本实用新型及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
说明书附图(5)
声明：
“阻隔治理酸性矿山废水的隔离带装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司, 安徽马钢矿业资源集团有限公司, 合肥工业大学
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