权利要求
1.一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，置于涌水河道内，其特征在于，包括多座石笼坝，多座所述石笼坝沿所述涌水河道间隔设置将其沿水流方向依次间隔为跌水曝气区、一级沉淀区、二级沉淀区、一级渗透反应区和二级渗透反应区;所述跌水曝气区内设置有曝气结构;所述跌水曝气区、所述一级沉淀区和所述二级沉淀区内，所述涌水河道的底面紧贴所述石笼坝坡面均设置有泥斗;所述一级渗透反应区和所述二级渗透反应区内均沿水流方向设置有渗透反应墙，所述渗透反应墙内填充有过滤填料。
2.如权利要求1所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述曝气结构为：所述涌水河道底面通过堆砌构筑物呈阶梯状结构，所述阶梯状结构结构沿水流方向由高到低设置。
3.如权利要求2所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述跌水曝气区内通过设置所述阶梯结构，其高低水位落差范围为三至十米。
4.如权利要求1所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述曝气结构为曝气装置，所述曝气装置固定安装于所述涌水河道的河床上。
5.如权利要求1所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述石笼坝为
铅丝石笼网构筑而成的框架结构，所述铅丝石笼网的网孔规格为160mmx160mm，其内填充粒径为25～30cm的石料，其迎水面和背水面的坡度比值为1：3。
6.如权利要求1所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述渗透反应墙为箱式结构，所述过滤填料包括石灰石、
锰砂和石英砂。
7.如权利要求6所述的含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，其特征在于：所述石灰石、所述锰砂和所述石英砂等体积填充于所述渗透反应墙内，粒径大小范围均为16～32mm之间。
8.一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理方法，应用于权利要求1-7任一项权利要求，其特征在于，包括以下步骤：
S1、沿现有涌水河道布置五座石笼坝，将涌水河道分隔成跌水曝气区、一级沉淀区、二级沉淀区、一级渗透反应区、两级渗透反应区;石笼坝填充石料;
S2、涌水河道内的废水首先进入跌水曝气区，通过利用地理地势条件构筑曝气结构，营造跌水曝气环境，实现曝气增氧，将废水中的二价铁转化为三价铁，提高水的pH值，经曝气后，pH值需不低于6;
S3、曝气后的废水依次进入一级沉淀和二级沉淀区，通过自然沉淀使废水中的三价铁沉淀下来进入泥斗，通过定期人工干预，抽泥外运处置;清水通过渗透、溢流的方式穿过石笼坝进入下一个处理区域，一级沉淀区和二级沉淀区的沉淀时间均为1.5～3h，表面负荷均为0.5～1.0m3/(m2·h)。
S4、沉淀后的废水依次进入一级渗透反区和二级渗透反应区的渗透反应墙进行处理，渗透反应墙墙体为除铁的混合填料墙，通过在墙体内填充锰砂、沸石、石英砂、生石灰等，经过填料的吸附、拦截、过滤作用进一步去除废水中的含铁废物。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及矿山
污水处理技术领域，具体涉及一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统及方法。
背景技术
[0002]近年来，大量不符合产业政策的煤矿被关停，酸性矿山地下水涌水问题随之凸显。此类涌水通过矿洞、矿道等通道直接涌出，具有pH值低、硫酸盐浓度高且富含铁等重金属的特点，对周边生态系统及人类健康构成严重威胁，亟需治理。
[0003]目前酸性矿山地下水涌水治理技术分为主动处理与被动处理两类。主动处理技术如硫化物沉淀法、中和法，需持续投加化学试剂，还需额外用地，投入的资金与人力多，运维成本高。被动处理技术包括人工湿地、渗透性反应屏障等，其中人工湿地植物吸收效率低，渗透性反应屏障填料消耗量大，离子交换成本高，连续碱度生成系统易堵塞，均存在明显不足。现有技术普遍面临用地需求大、成本高、运维复杂、处理效率有限或系统稳定性不足等问题，急需一种高效低成本的治理系统。
发明内容
[0004]本发明的目的是提供一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统及方法，旨在解决现有的技术中存在的上述技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0006]一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，置于涌水河道内，包括多座石笼坝，多座所述石笼坝沿所述涌水河道间隔设置将其沿水流方向依次间隔为跌水曝气区、一级沉淀区、二级沉淀区、一级渗透反应区和二级渗透反应区;所述跌水曝气区内设置有曝气结构;所述跌水曝气区、所述一级沉淀区和所述二级沉淀区内，所述涌水河道的底面紧贴所述石笼坝坡面均设置有泥斗;所述一级渗透反应区和所述二级渗透反应区内均沿水流方向设置有渗透反应墙，所述渗透反应墙内填充有过滤填料。
[0007]进一步的，所述曝气结构为：所述涌水河道底面通过堆砌构筑物呈阶梯状结构，所述阶梯状结构结构沿水流方向由高到低设置。
[0008]进一步的，所述跌水曝气区内通过设置所述阶梯结构，其高低水位落差范围为三至十米。
[0009]进一步的，所述曝气结构为曝气装置，所述曝气装置固定安装于所述涌水河道的河床上。
[0010]进一步的，所述石笼坝为铅丝石笼网构筑而成的框架结构，所述铅丝石笼网的网孔规格为160mmx160mm，其内填充粒径为25～30cm的石料，其迎水面和背水面的坡度比值为1：3。
[0011]进一步的，所述渗透反应墙为箱式结构，所述过滤填料包括石灰石、锰砂和石英砂。
[0012]进一步的，所述石灰石、所述锰砂和所述石英砂等体积填充于所述渗透反应墙内，粒径大小范围均为16～32mm之间。
[0013]另一方面，一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理方法，包括以下步骤：
[0014]步骤1、沿现有涌水河道布置五座石笼坝，将涌水河道分隔成跌水曝气区、一级沉淀区、二级沉淀区、一级渗透反应区、两级渗透反应区;石笼坝填充石料;
[0015]步骤2、涌水河道内的废水首先进入跌水曝气区，通过利用地理地势条件构筑曝气结构，营造跌水曝气环境，实现曝气增氧，将废水中的二价铁转化为三价铁，提高水的pH值，经曝气后，pH值需不低于6;
[0016]步骤3、曝气后的废水依次进入一级沉淀和二级沉淀区，通过自然沉淀使废水中的三价铁沉淀下来进入泥斗，通过定期人工干预，抽泥外运处置;清水通过渗透、溢流的方式穿过石笼坝进入下一个处理区域，一级沉淀区和二级沉淀区的沉淀时间均为1.5～3h，表面负荷均为0.5～1.0m3/(m2·h)。
[0017]步骤4、沉淀后的废水依次进入一级渗透反区和二级渗透反应区的渗透反应墙进行处理，渗透反应墙墙体为除铁的混合填料墙，通过在墙体内填充锰砂、沸石、石英砂、生石灰等，经过填料的吸附、拦截、过滤作用进一步去除废水中的含铁废物。
[0018]本发明的有益效果是：
[0019]本发明具有多方面显著优势：
[0020]其一，节省用地且适配性强，直接沿现有涌水河道布置，通过石笼坝分隔出多级处理区，无需额外占地，能充分利用河道空间，适合土地资源紧张的矿山区域。
[0021]其二，低成本运行且运维简便，无需投加化学试剂，依靠物理沉淀、渗透过滤及自然曝气等被动过程净化水质，无需电力支持，仅需定期抽运泥斗中的污泥，人力物力投入少，长期运行成本低。
[0022]其三，处理效率高且针对性强，“跌水曝气-两级沉淀-两级渗透反应”的协同工艺分阶段治理，跌水曝气将二价铁转化为三价铁并提升pH值，两级沉淀去除大部分三价铁沉淀物，两级渗透反应墙利用填料深度去除残留铁离子，整体效率优于单一技术。
[0023]其四，系统稳定性强且寿命延长，石笼坝结构稳固、透水性好，渗透反应墙的箱式结构及特定粒径填料减少堵塞风险，降低填料消耗，延长使用寿命。
[0024]其五，环境友好且生态兼容性高，全程无化学试剂投加，对周边生态系统干扰小，石笼坝及填料可选用当地材料，符合绿色治理理念。本发明有效解决现有技术问题，实现了含铁酸性矿山地下水涌水的高效、低成本、长期稳定治理，实用价值与推广前景显著。
附图说明
[0025]图1为本发明的俯视结构示意图;
[0026]图2为本发明的立面剖视结构示意图。
[0027]附图标记;其中：1、跌水曝气区;2、一级沉淀区;3、二级沉淀区;4、一级渗透反应区;5、二级渗透反应区;6、泥斗;7、石笼坝;8、渗透反应墙;9、过滤填料;10、涌水河道。
具体实施方式
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
[0029]实施例：
[0030]如图1-2所示，本实施例提供了一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理系统，置于涌水河道10内，包括多座石笼坝7，多座石笼坝7沿涌水河道10间隔设置将其沿水流方向依次间隔为跌水曝气区1、一级沉淀区2、二级沉淀区3、一级渗透反应区4和二级渗透反应区5;跌水曝气区1内设置有曝气结构;跌水曝气区1、一级沉淀区2和二级沉淀区3内，涌水河道10的底面紧贴石笼坝7坡面均设置有泥斗6;一级渗透反应区4和二级渗透反应区5内均沿水流方向设置有渗透反应墙8，渗透反应墙8内填充有过滤填料9。
[0031]曝气结构为：涌水河道10底面通过堆砌构筑物呈阶梯状结构，阶梯状结构结构沿水流方向由高到低设置。
[0032]跌水曝气区1内通过设置阶梯结构，其高低水位落差范围为三至十米。
[0033]曝气结构为曝气装置，曝气装置固定安装于涌水河道10的河床上。
[0034]具体的，跌水曝气区1在自然涌水河道10条件优良的情况下，可通过充分利用地理地势条件，营造自然跌水曝气环境，实现曝气增氧，将废水中的二价铁转化为三价铁，并提高废水的pH值使其不低于6;
[0035]但在大多情况下，河道水流平缓落差较小的情况下，需要通过工程施工对河道进行改造，通过填埋石料、堆砌砖块混凝土结构的方式，在河床上构筑曝气结构，以使跌水曝气区1内始末端的涌水水位落差控制在三至十米的范围内，可根据工程环境以及工程预算合理控制水位的落差值，由于曝气时间与三价铁的转换效率成正比，因此，水位落差在十米甚至更大的情况下，本系统的性能会更优秀;
[0036]但是，一些涌水河道10由于自然条件的局限性，或者工程造价昂贵，不适合对河床进行改造时，可通过在跌水曝气区1内添加曝气装置来提升涌水的曝气率，从而提升二价铁转三价铁的效率。
[0037]一级沉淀区2、二级沉淀单位，通过自然沉淀使废水中的含三价铁废物沉淀下来进入泥斗6，并通过定期抽泥外运处置，清水通过渗透、溢流的方式穿过石笼坝7进入下一个处理区。
[0038]一级渗透反应区4、二级渗透反应区5内的渗透反应墙8均采用箱式结构，其内填充石灰石、锰砂、石英砂三种填料等体积填充于渗透反应墙8内，粒径大小范围均为16～32mm之间，经过填料的吸附、拦截、过滤等作用进一步去除水体中的铁。
[0039]通过优化现有技术、工艺组合，在河道内直接设置构筑物，不另外用地、投加化学试剂和投入人力物力少、操作运维简单，无需用电，同时解决填料消耗量大、系统容易堵塞等问题，实现含铁酸性矿山地下水涌水中污染物的高效低成本去除。
[0040]石笼坝7为铅丝石笼网构筑而成的框架结构，铅丝石笼网的网孔规格为160mmx160mm，其内填充粒径为25～30cm的石料，其迎水面和背水面的坡度比值为1：3，通过将迎面坡的坡度设置成陡坡，能够有效降低涌水通过石笼坝7的速率，从而使石笼坝7起到更好的过滤效果，而背水面的缓坡可使水流跟顺畅的向下游流动，从而满足系统滤水原理要求。
[0041]一种含铁酸性矿山涌水治理的被动处理方法，包括以下步骤：
[0042]第一步、沿现有涌水河道10布置五座石笼坝7，将涌水河道10分隔成跌水曝气区1、一级沉淀区2、二级沉淀区3、一级渗透反应区4、两级渗透反应区;石笼坝7填充石料;
[0043]第二步、、涌水河道10内的废水首先进入跌水曝气区1，通过利用地理地势条件构筑曝气结构，营造跌水曝气环境，实现曝气增氧，将废水中的二价铁转化为三价铁，提高水的pH值，经曝气后，pH值需不低于6;
[0044]第三步、曝气后的废水依次进入一级沉淀和二级沉淀区3，通过自然沉淀使废水中的三价铁沉淀下来进入泥斗6，通过定期人工干预，抽泥外运处置;清水通过渗透、溢流的方式穿过石笼坝7进入下一个处理区域，一级沉淀区2和二级沉淀区3的沉淀时间均为1.5～3h，表面负荷均为0.5～1.0m3/(m2·h)。
[0045]第四步、沉淀后的废水依次进入一级渗透反区和二级渗透反应区5的渗透反应墙8进行处理，渗透反应墙8墙体为除铁的混合填料墙，通过在墙体内填充锰砂、沸石、石英砂、生石灰等，经过过滤填料9的吸附、拦截、过滤作用进一步去除废水中的含铁废物。
[0046]最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(2)
声明：
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编辑：北方有色网
来源：湖北省环境科学研究院环境工程设计所
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