權(quán)利要求書： 1.一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的酸性礦山廢水收集池、進(jìn)水管路、蠕動(dòng)泵、反應(yīng)主體、出水管路和沉淀池；

所述石英砂填充層Ⅰ、石英砂填充層Ⅱ和中和反應(yīng)發(fā)生層構(gòu)成反應(yīng)主體，反應(yīng)主體置于亞克力柱內(nèi)，亞克力柱是一個(gè)直徑5cm、內(nèi)徑4cm，高35cm的圓柱體，所述中和反應(yīng)發(fā)生層均勻分布4個(gè)取樣口；所述中和反應(yīng)發(fā)生層填充有煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒和松木刨花的混合物；

酸性礦山廢水收集池里面含重金屬離子的酸性礦山廢水通過(guò)進(jìn)水管路，流經(jīng)蠕動(dòng)泵，以垂直向上的流動(dòng)方式依次流入石英砂填充層Ⅰ、中和反應(yīng)發(fā)生層、石英砂填充層Ⅱ，最后流出通過(guò)出水管路進(jìn)入沉淀池。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所

2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+

述重金屬離子包括Fe 、Al 、Mn 、Cu 、Zn 、Cd 。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述亞克力柱進(jìn)水口端和出水口端分別鋪有一層200目的細(xì)紗網(wǎng)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述石英砂粒徑為1?2mm，填充在鋪有細(xì)紗網(wǎng)的亞克力柱頂部和底部，厚度1cm。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒粒徑＜0.15mm，煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒與松木刨花均勻混合填充至中和反2

應(yīng)發(fā)生層，松木刨花面積0.5?2cm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，所述中和反應(yīng)發(fā)生層填充高度33cm，每填充1cm需要將亞克力柱中混合介質(zhì)夯實(shí)。

7.一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：將天然菱鎂礦破碎、研磨，得到約為0.5?3mm菱鎂礦顆粒；

S2：將S1中菱鎂礦顆粒置于馬弗爐中以700℃溫度煅燒60min，待冷卻至室溫后，將其磨細(xì)過(guò)100目篩，制成菱鎂礦細(xì)顆粒；

S3：將煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒與松木刨花按照質(zhì)量比1：1進(jìn)行填充；

S4：將含重金屬離子的酸性礦山廢水引入中和反應(yīng)發(fā)生層中，水力停留時(shí)間12h。

說(shuō)明書： 一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)和方法技術(shù)領(lǐng)域[0001] 本發(fā)明涉及廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)和方法。背景技術(shù)[0002] 酸性礦山廢水是一種極端的水體污染現(xiàn)象，水體呈極端酸性、高濃度硫酸根和重金屬等特點(diǎn)，能夠腐蝕基礎(chǔ)設(shè)施、污染水源和危害水生生物。一旦通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，將威脅人類健康。酸性礦山廢水通常產(chǎn)生在礦井關(guān)閉后，由于地下水水位回彈，廢棄礦坑、巷道與工作面遭淹沒(méi)，煤巖層原生礦物組分以及遺留井下的廢棄設(shè)備、物料及殘留污染物極易造成地下水污染，受污染的礦井水排入地表后會(huì)對(duì)周邊水體及土壤環(huán)境造成極大的污染，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞。研究表明，廢棄礦井中的酸性礦山廢水能持續(xù)產(chǎn)生上百年，因此酸性礦山廢水治理是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，需要高昂的治理成本。[0003] 處理含重金屬離子酸性礦山廢水的技術(shù)種類較多，主要包括吸附法、微生物法、硫化沉淀法、人工濕地法和中和沉淀法。在這些方法中，中和沉淀法由于具有工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便和堿性材料來(lái)源廣泛等優(yōu)勢(shì)被廣泛使用。中和沉淀法去除酸性礦山廢水中重金屬離子主要是通過(guò)利用堿性物質(zhì)提高酸性廢水pH，使金屬離子與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成難溶性的金屬氫氧化物和碳酸鹽沉淀得以去除。傳統(tǒng)的中和沉淀處理工藝通常使用堿性工業(yè)化學(xué)物質(zhì)和天然堿性物質(zhì)，如石灰石(CaCO3)、熟石灰(Ca(OH)2)、氧化鈣(CaO)等中和酸性礦山廢水。但是使用石灰石、熟石灰一類物質(zhì)處理酸性礦山廢水時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量含水量高的污泥，并且由于難以從廢物中回收重金屬，使得污泥沒(méi)有經(jīng)濟(jì)價(jià)值。為了防止污泥中的重金屬再次溶解并釋放到環(huán)境當(dāng)中，需要對(duì)污泥進(jìn)行填埋處置，這無(wú)疑增加了處理成本。[0004] 同時(shí)，當(dāng)酸性礦山廢水中含有Fe2+、Al3+(＞1mg/L)時(shí)，隨著系統(tǒng)的運(yùn)行，石灰石顆粒會(huì)被生成的石膏、無(wú)定形氫氧化鐵(鋁)包裹，從而造成石灰石的鈍化，阻止石灰石的進(jìn)一2+ 3+

步溶解，從而導(dǎo)致處理系統(tǒng)的失效。若酸性礦山廢水中Fe 、Al 的濃度增大，會(huì)加快該系統(tǒng)的失效，造成堿性材料的浪費(fèi)，致使無(wú)法準(zhǔn)確定量所需石灰石材料。此外，石灰石提供的堿

2+

度有限，只能承受較低的金屬濃度或酸性負(fù)荷，無(wú)法有效去除Mn ，需要進(jìn)行二次處理以去

2+

除水中的Mn ，如添加錳砂，但錳砂吸附的重金屬離子還存在再次釋放的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服基于石灰石粗顆粒溶解的酸性礦山廢水處理系統(tǒng)，產(chǎn)污體積大、易堵塞、反應(yīng)介質(zhì)易包殼不利于長(zhǎng)期運(yùn)行等特點(diǎn)以及現(xiàn)有含錳酸性礦山廢水中除錳效率低的問(wèn)題，提供一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)和方法，能夠高效去除廢棄礦井涌水中重金屬離子，且成本低。[0006] 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：[0007] 本發(fā)明的第一方面提供了一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的酸性礦山廢水收集池、進(jìn)水管路、蠕動(dòng)泵、反應(yīng)主體、出水管路和沉淀池；[0008] 所述石英砂填充層Ⅰ、石英砂填充層Ⅱ和中和反應(yīng)發(fā)生層構(gòu)成反應(yīng)主體，反應(yīng)主體置于亞克力柱內(nèi)，亞克力柱是一個(gè)直徑5cm、內(nèi)徑4cm，高35cm的圓柱體，所述中和反應(yīng)發(fā)生層均勻分布4個(gè)取樣口，用于采集水樣、進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行取樣分析；所述中和反應(yīng)發(fā)生層填充有煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒和松木刨花的混合物。[0009] 優(yōu)選的，重金屬離子包括Fe2+、Al3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+、Cd2+。[0010] 優(yōu)選的，所述的連通方式使酸性礦山廢水收集池里面含重金屬離子的酸性礦山廢水通過(guò)進(jìn)水管路，流經(jīng)蠕動(dòng)泵，以垂直向上的流動(dòng)方式依次流入石英砂填充層Ⅰ、中和發(fā)生層、石英砂填充層Ⅱ，最后流出通過(guò)出水管路進(jìn)入沉淀池，這種設(shè)計(jì)讓系統(tǒng)中的煅燒菱鎂礦能得到充分的利用，提高了堿性材料的利用率。[0011] 所述亞克力柱進(jìn)水口端和出水口端分別鋪有一層200目的細(xì)紗網(wǎng)。目的是防止在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中填料堵塞蠕動(dòng)泵管道。[0012] 優(yōu)選的，所述石英砂粒徑為1?2mm，填充在鋪有細(xì)紗網(wǎng)的亞克力柱頂部和底部，厚度1cm，目的是為了均勻布水和防止填料堵塞出水口。[0013] 優(yōu)選的，所述煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒粒徑＜0.15mm，煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒與松木刨花均2

勻混合填充至反應(yīng)主體中，松木刨花面積0.5?2cm ，松木刨花主要起到增加系統(tǒng)滲透系數(shù)的作用。

[0014] 優(yōu)選的，所述中和反應(yīng)發(fā)生層填充高度33cm，每填充1cm需要將柱中混合介質(zhì)夯實(shí)，以防止在實(shí)驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中填料發(fā)生斷層，導(dǎo)致優(yōu)先流的產(chǎn)生，影響處理效果。[0015] 本發(fā)明的第二方面提供一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的方法，包括如下步驟：S1：將天然菱鎂礦破碎成粒徑約為0.5?3mm的顆粒；S2：將S1中菱鎂礦顆粒置于馬弗爐中煅燒，待冷卻至室溫后，將其磨細(xì)至過(guò)100目篩，制成菱鎂礦細(xì)顆粒；S3：將煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒與松木刨花按照質(zhì)量比1：1(50g:50g)進(jìn)行填充；S4：將含重金屬離子的酸性礦山廢水引入中和反應(yīng)發(fā)生層中，水力停留時(shí)間12h。[0016] 本發(fā)明的有益效果：[0017] (1)本發(fā)明提供的去除酸性礦山廢水中重金屬離子的方法，向酸性礦山廢水中投加改性菱鎂礦，菱鎂礦溶解釋放堿度，金屬離子與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶性的金2+ 3+ 2+ 2+ 2+ 2+

屬氫氧化物和碳酸鹽，可穩(wěn)定高效去除酸性礦山廢水中Fe 、Al 、Mn 、Cu 、Zn 、Cd 等重金屬離子。

[0018] (2)酸性礦山廢水具有極端酸性，排入河流中，會(huì)殺死水中的微生物，導(dǎo)致水體自凈能力大大減弱，經(jīng)過(guò)熱改性的菱鎂礦，可以有效調(diào)節(jié)酸性礦山廢水的pH值，降低酸性礦山廢水對(duì)環(huán)境的危害。[0019] (3)目前，去除酸性礦山廢水中的重金屬離子通常采用的是石灰石、生石灰和熟石灰等含鈣試劑，在使用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的、含水率高的硫酸鈣廢渣。本發(fā)明提供的去除酸性礦山水中重金屬離子的方法，通過(guò)向酸性礦山廢水中投加改性菱鎂礦，由于菱鎂礦含鈣量極低，可以顯著減少硫酸鈣廢渣的產(chǎn)生。[0020] (4)本發(fā)明提供了一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子的酸性礦山廢水的處理系統(tǒng)。通過(guò)將菱鎂礦細(xì)顆粒與松木刨花混合填充，使菱鎂礦細(xì)顆粒均勻分布在整個(gè)系統(tǒng)之中，提高了處理系統(tǒng)的孔隙率，能使煅燒菱鎂礦在溶解的過(guò)程當(dāng)中，堿度得到充分的釋放。松木刨花截留的金屬氧化物能吸附酸性礦山廢水中的重金屬離子；同時(shí)，截留的金屬氫氧化物沉淀能促進(jìn)氧化鎂的溶解，使得氧化鎂得到充分的溶解。該系統(tǒng)不用在中和工藝前對(duì)酸性礦山廢水中的鐵、鋁進(jìn)行預(yù)處理，可有效避免因酸性礦山廢水中高濃度的鐵(500mg/L)、鋁(100mg/L)鈍化而導(dǎo)致的系統(tǒng)失效。以石灰石溶解為核心的酸性礦山廢水處理工藝對(duì)錳的去除效果較差，而本發(fā)明中的煅燒菱鎂礦對(duì)錳的去除性能顯著，后續(xù)不需要額外添加除錳工藝。[0021] (5)通過(guò)上述技術(shù)方案，本發(fā)明的酸性礦山廢水處理系統(tǒng)占地面積小，使用、維護(hù)方便，成本低。本發(fā)明提供的一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)和方法能夠高效穩(wěn)定處理含有多種重金屬離子的酸性廢水，工藝簡(jiǎn)單，產(chǎn)污體積小，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，在本技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的實(shí)用性。附圖說(shuō)明[0022] 圖1為天然菱鎂礦煅燒溫度與錳濃度的曲線圖；[0023] 圖2為天然菱鎂礦700℃條件下煅燒時(shí)間與錳濃度的曲線圖；[0024] 圖3為菱鎂礦不同溫度煅燒后產(chǎn)物的XRD衍射圖；[0025] 圖4為菱鎂礦700℃不同煅燒時(shí)間產(chǎn)物的XRD衍射圖；[0026] 圖5為本發(fā)明煅燒菱鎂礦的FTIR圖；[0027] 圖6為本發(fā)明煅燒菱鎂礦的SEM和EDS圖；[0028] 圖7為本發(fā)明實(shí)施例煅燒菱鎂礦投加量對(duì)酸性礦山廢水的pH調(diào)節(jié)能力以及重金屬離子的去除效果圖；[0029] 圖8為本發(fā)明實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖；[0030] 圖9中A為本發(fā)明實(shí)施例水力停留時(shí)間12h條件下對(duì)酸性礦山廢水中重金屬離子的去除效果圖；圖9中B為水力停留時(shí)間8h條件下對(duì)酸性礦山廢水中重金屬離子的去除效果圖；圖9中C為水力停留時(shí)間5h條件下對(duì)酸性礦山廢水中重金屬離子的去除效果圖；[0031] 圖10為本發(fā)明實(shí)施例處理酸性礦山廢水前后毒性評(píng)價(jià)圖；[0032] 圖11為不同煅燒溫度對(duì)氧化鎂活性的影響；[0033] 圖12為不同煅燒時(shí)間對(duì)氧化鎂活性的影響；[0034] 圖13為本發(fā)明的熱改性菱鎂礦與其它除錳材料比較；[0035] 圖14為水樣測(cè)試方法；[0036] 圖15為各重金屬離子去除率。具體實(shí)施方式[0037] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。[0038] 實(shí)施例1[0039] (1)天然菱鎂礦熱改性溫度實(shí)驗(yàn)，包括以下步驟：[0040] S1：將天然菱鎂礦破碎成粒徑為0.5?3mm的小顆粒；[0041] S2：將S1中菱鎂礦小顆粒置于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度分別設(shè)置為300、400、500、600、700、800、900和1000℃，煅燒時(shí)間為30min，升溫速率為10℃/min。待冷卻至室溫后，將其磨細(xì)至過(guò)100目篩，得到菱鎂礦細(xì)顆粒，以煅燒菱鎂礦的活性為性能指標(biāo)，確定菱鎂礦的最佳煅燒溫度。

[0042] S3：用電子天平稱取0.5g步驟S2中制得的菱鎂礦細(xì)顆粒。將菱鎂礦細(xì)顆粒和100ml2+

Mn 濃度為20mg/L合成酸性礦山廢水加入到250mL錐形瓶中置于30±1℃的水浴恒溫振蕩器中，轉(zhuǎn)速設(shè)置為160r/min，振蕩時(shí)間設(shè)置為2h。反應(yīng)后取適量溶液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后，測(cè)

2+

定其中Mn 濃度。

[0043] 圖11為不同煅燒溫度下菱鎂礦的活性，通常菱鎂礦煅燒產(chǎn)物活性的測(cè)定通常采用檸檬酸法，以酚酞為指示劑，通過(guò)顯色時(shí)間來(lái)量化這個(gè)過(guò)程，溶液變紅時(shí)間越短，氧化鎂活性就越好。由圖11可以看出當(dāng)煅燒溫度為300、400和500℃時(shí)，反應(yīng)體系未顯色。當(dāng)溫度升高到600℃時(shí)，反應(yīng)體系顯色時(shí)間較長(zhǎng)，為145s，此時(shí)煅燒菱鎂礦的活性較差。當(dāng)溫度進(jìn)一步升高到700℃時(shí)，反應(yīng)體系顯色時(shí)間為45s。煅燒溫度達(dá)到700℃后繼續(xù)升高煅燒溫度，此時(shí)煅燒菱鎂礦的活性隨著煅燒溫度的升高而降低。結(jié)果表明，菱鎂礦在700℃條件下煅燒后活性最高。[0044] 當(dāng)煅燒溫度低于500℃時(shí)，反應(yīng)體系未顯色，說(shuō)明此時(shí)的煅燒溫度低于菱鎂礦分解最低溫度，菱鎂礦主要以MgCO3存在。300、400和500℃時(shí)，菱鎂礦對(duì)應(yīng)的減重率分別為0.17％、0.44％和6.41％，也證實(shí)了在對(duì)應(yīng)溫度下，菱鎂礦的分解率極低。在600℃時(shí)，菱鎂礦的減重率增大至34.37％，說(shuō)明此時(shí)的菱鎂礦分解率大幅度提高，但由于煅燒溫度過(guò)低，導(dǎo)致煅燒菱鎂礦的活性較差。煅燒溫度從700℃升高至1000℃時(shí)，煅燒菱鎂礦的活性隨著溫度的升高而降低，這是因?yàn)榱怄V礦分解生成的氧化鎂會(huì)在高溫條件下燒結(jié)，從而使氧化鎂的反應(yīng)性降低。而隨著溫度的升高，菱鎂礦的減重率卻隨之提高，說(shuō)明700℃條件下煅燒

30min的菱鎂礦沒(méi)有分解完全，菱鎂礦中的碳酸鎂并沒(méi)有轉(zhuǎn)化完全，可能需要進(jìn)一步的延長(zhǎng)煅燒時(shí)間，提高碳酸鎂的轉(zhuǎn)換率。

[0045] 圖1為天然菱鎂礦經(jīng)不同溫度煅燒后，對(duì)合成酸性礦山廢水中Mn2+的去除效率，可2+

以看出隨著煅燒溫度的升高，礦粉對(duì)Mn 的去除率也升高。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700℃時(shí)，對(duì)

2+

20mg/LMn 去除率高達(dá)99.9％。

[0046] (2)天然菱鎂礦熱改性時(shí)間實(shí)驗(yàn)，包括以下步驟：[0047] S1：將天然菱鎂礦破碎成粒徑約為0.5?3mm的小顆粒。[0048] S2：將S1中菱鎂礦小顆粒置于馬弗爐中煅燒，煅燒溫度設(shè)置為700℃，煅燒時(shí)間分別為5、10、20、30、60、90、120、180和240min，升溫速率為10℃/min。待冷卻至室溫后，將其磨細(xì)過(guò)100目篩，得到菱鎂礦細(xì)顆粒，以煅燒菱鎂礦的活性為性能指標(biāo)，在最佳煅燒溫度下，確定菱鎂礦的最佳煅燒時(shí)間。[0049] S3：用電子天平稱取0.5g步驟S2中制得的菱鎂礦細(xì)顆粒。將菱鎂礦細(xì)顆粒和100ml2+

Mn 濃度為20mg/L的合成酸性礦山廢水加入250mL錐形瓶中置于30±1℃的水浴恒溫振蕩器中，轉(zhuǎn)速設(shè)置為160r/min，振蕩時(shí)間設(shè)置為2h。反應(yīng)后取適量溶液經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾后，測(cè)

2+

定Mn 濃度。

[0050] 圖12不同煅燒時(shí)間下菱鎂礦活性，煅燒時(shí)間為5min時(shí)，反應(yīng)體系并未顯色，而當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)到10min時(shí)，反應(yīng)體系開始顯色，此時(shí)顯色時(shí)間為461s，并隨著煅燒時(shí)間的增加，反應(yīng)體系的顯色時(shí)間隨之縮短，直到煅燒時(shí)間為60min時(shí)，達(dá)到最小值22s。隨后，隨著煅燒時(shí)間的進(jìn)一步增加，反應(yīng)體系的變色時(shí)間開始變長(zhǎng)，最終，當(dāng)煅燒時(shí)間為240min時(shí)，顯色時(shí)間為29s。結(jié)果表明，菱鎂礦在700℃條件下煅燒60min后活性最高。[0051] 當(dāng)煅燒時(shí)間低于30min時(shí)，煅燒時(shí)間短，菱鎂礦內(nèi)部溫度低于表面，會(huì)造成分解不完全，反應(yīng)體系顯色所需時(shí)間較長(zhǎng)；此時(shí)，菱鎂礦的減重率也較低，證實(shí)了菱鎂礦還未分解完全。當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)到60min后，菱鎂礦的減重率為46.93％，進(jìn)一步延長(zhǎng)煅燒時(shí)間后，減重率并無(wú)明顯增大，說(shuō)明此時(shí)菱鎂礦已基本分解完全。而進(jìn)一步將煅燒時(shí)間延長(zhǎng)，反應(yīng)體系的顯色時(shí)間隨之變長(zhǎng)，說(shuō)明當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)到60min后，繼續(xù)煅燒會(huì)導(dǎo)致煅燒菱鎂礦的活性降低。結(jié)果表明，在700℃下，菱鎂礦的最佳煅燒時(shí)間為60min。[0052] 圖2為菱鎂礦在700℃條件下煅燒不同時(shí)間后，對(duì)合成酸性礦山廢水中Mn2+的去除2+

效率，可以看出，在700℃時(shí)，隨著煅燒時(shí)間的延長(zhǎng)，礦粉對(duì)Mn 的去除率也逐漸升高，當(dāng)煅燒

2+

時(shí)間達(dá)到60min時(shí)，去除率達(dá)到最大。當(dāng)進(jìn)一步增加菱鎂礦的煅燒時(shí)間，Mn 的去除率并發(fā)生

2+

改變。由此可見，菱鎂礦在700℃條件下煅燒60min就可以高效去除Mn 。

[0053] 圖12為本發(fā)明的熱改性菱鎂礦與其他去除水環(huán)境中Mn2+的材料的比較結(jié)果，可以2+

看出熱改性菱鎂礦在去除酸性廢水中Mn 方面具有很大的潛力。

[0054] 如圖13本發(fā)明的熱改性菱鎂礦與其它除錳材料比較[0055] 其中：a、b來(lái)源“不同堿化劑對(duì)礦井水中和效果的比較[J].環(huán)境化學(xué)工程學(xué)報(bào)，2017，5(4):3903?3913”；

[0056] c來(lái)源“蝦殼廢棄物吸附煤礦酸性排水中重金屬的等溫和連續(xù)流動(dòng)研究[J].工程技術(shù)期刊,2019,7(1):102787”；[0057] d來(lái)源“蛋殼廢料修復(fù)煤場(chǎng)滲濾液酸性礦井排水的性能評(píng)價(jià)[J].礦產(chǎn)工程，2018,122(1):241?250”；

[0058] e來(lái)源“在酸性和中性礦井排水中，使用生白云石與半煅燒白云石在有鐵或無(wú)鐵的情況下處理錳.礦產(chǎn)工程，2021，160(0):106666”。[0059] (3)菱鎂礦的表征分析[0060] 對(duì)菱鎂礦以及煅燒后的菱鎂礦顆粒進(jìn)行表征，采用X射線衍射(XRD)分析物相，傅里葉紅外光譜(FTIR)分析官能團(tuán)變化，用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察菱鎂礦煅燒前后的表面形態(tài)結(jié)構(gòu)，能量射線光譜儀(EDS)分析元素含量。[0061] 如圖3所示，菱鎂礦原礦物的物相包括菱鎂礦(MgCO3)、方解石(CaCO3)、白云石(CaMg(CO3)2)和青晶石((Na,Ca)8(AlSiO4)6(SO4,S,Cl)2)，并且菱鎂礦的特征峰型較為尖銳，說(shuō)明礦石中包含晶態(tài)的菱鎂礦物相。當(dāng)煅燒溫度達(dá)到700℃時(shí)，礦物相發(fā)生轉(zhuǎn)變，出現(xiàn)了方鎂石(MgO)的特征峰。[0062] 如圖4所示，當(dāng)煅燒時(shí)間達(dá)到60min時(shí)，樣品中菱鎂礦的特征峰基本消失，取而代之的是方鎂石的特征峰。[0063] 如圖5所示，菱鎂礦原礦在1450cm?1、880cm?1和748cm?1有明顯的變化峰，是菱鎂礦2?

典型的吸收峰位置，也是碳酸根典型的吸收峰，分別是CO3 的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)、面外彎曲振動(dòng)和面內(nèi)彎曲振動(dòng)。而煅燒后，這些特征峰的消失，表明在高溫煅燒下，CO2從菱鎂礦基質(zhì)中釋放出來(lái)。

[0064] 如圖6所示(圖6中A為菱鎂礦原礦，圖6中B為經(jīng)700℃煅燒60min后菱鎂礦)，菱鎂礦的原礦具有不規(guī)則的塊狀結(jié)構(gòu)，主要由O、Mg和C組成(如圖6中A)。而菱鎂礦原礦在700℃煅燒60min后，C的質(zhì)量占比從7.78％降至1.60％。說(shuō)明，在高溫煅燒下，CO2從菱鎂礦基質(zhì)中釋放出來(lái)，減少了C的含量，這與XRD和FTIR的表征結(jié)果一致。除此之外，菱鎂礦中還含有少量Al、Ca、Si、Fe、Be等元素，證實(shí)了菱鎂礦中共生有青晶石、方解石等礦物。[0065] 實(shí)施例2：[0066] 煅燒菱鎂礦去除酸性礦山廢水中重金屬實(shí)驗(yàn)[0067] 將0.05、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.80和1.00g煅燒菱鎂礦細(xì)顆粒分別加入裝有100ml的人工配置酸性礦山廢水的錐形瓶中，然后將錐形瓶置于30±1℃的水浴恒溫振蕩器中，以160r/min的轉(zhuǎn)速振蕩120min，于不同時(shí)間取樣測(cè)定pH值和溶液中重金屬離子濃度。[0068] 本實(shí)驗(yàn)例中，酸性礦山廢水采用人工合成的方式，合成水的初始pH為2.0，各重金2+ 3+ 2+ 2+ 2+

屬離子濃度分別為Fe (500mg/L)、Al (100mg/L)、Mn (20mg/L)、Cu (10mg/L)、Zn (10mg/

2+ 2?

L)、Cd (10mg/L)、SO4 (2000mg/L)。

[0069] 測(cè)定參數(shù)包括pH、Fe、Al、Mn、Cu、Zn、Cd。[0070] 出水水質(zhì)測(cè)定方法見圖14：[0071] 如圖7所示，經(jīng)過(guò)熱改性的菱鎂礦能有效去除酸性礦山廢水中的金屬離子，當(dāng)煅燒菱鎂礦的投加量從0.5g/L增加到10.0g/L，各金屬離子的去除率均呈現(xiàn)出明顯增加趨勢(shì)，這是因?yàn)殡S著煅燒菱鎂礦投加量的增加，會(huì)產(chǎn)生更多的堿度，金屬離子與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成不溶性的金屬氫氧化物和碳酸鹽。當(dāng)投加量達(dá)到5.0g/L時(shí)，六種重金屬離子的去除率均達(dá)到100％，廢水的最終pH為10.1。當(dāng)進(jìn)一步增加煅燒菱鎂礦的投加量，金屬離子的去除率均為100％，pH的提升程度較小。當(dāng)投加量為10.0g/L時(shí)，酸性礦山廢水的pH最終為10.3。綜合比較，在本實(shí)驗(yàn)條件下，使用煅燒菱鎂礦處理酸性礦山廢水的最佳投加量為

5.0g/L。在最佳投加量下，對(duì)各離子去除率均大于99.9％，廢水的pH值從2.0提升至10.1。經(jīng)過(guò)熱改性的菱鎂礦能有效調(diào)節(jié)酸性礦山廢水的pH值，以降低其對(duì)環(huán)境的危害。

[0072] 在一定時(shí)間內(nèi)投加不同量的煅燒菱鎂礦對(duì)各金屬離子去除率見圖15。[0073] 實(shí)驗(yàn)例3：[0074] 煅燒菱鎂礦處理酸性礦山廢水動(dòng)態(tài)模擬實(shí)驗(yàn)[0075] 具體技術(shù)方案如下：[0076] 如圖8所示是一種簡(jiǎn)易處理含重金屬離子酸性礦山廢水的系統(tǒng)，包括依次連通的酸性礦山廢水收集池1、進(jìn)水管路2、蠕動(dòng)泵3、石英砂填充層4和6、中和反應(yīng)發(fā)生層5、出水管路7和沉淀池8。為了防止在運(yùn)行過(guò)程中亞克力柱漏水，柱子上下兩端的蓋子在封口時(shí)，在螺紋處纏適當(dāng)?shù)姆浪z帶并涂抹適量凡士林，以保證實(shí)驗(yàn)的順利開展。進(jìn)水流速?zèng)Q定了水力停留時(shí)間，是分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)處理效率高低的主要影響參數(shù)之一。優(yōu)化反應(yīng)填料的水力特性能夠促使系統(tǒng)中堿性材料的堿度有效釋放。[0077] 為了研究水力停留時(shí)間對(duì)分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)處理酸性礦山廢水效果的影響，共設(shè)置3組不同水力停留時(shí)間的模擬實(shí)驗(yàn)，3組裝置填充煅燒菱鎂礦和松木刨花的質(zhì)量為各50g，質(zhì)量比均為1：1。水力停留時(shí)間分別為12h、8h、5h。[0078] 首先，利用合成酸性礦山廢水將分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)飽水，在第2、4、8、12h檢測(cè)出水水質(zhì)，此后每隔12h檢測(cè)出水水質(zhì)。測(cè)定參數(shù)包括pH、Fe、Al、Mn、Cu、Zn、Cd。[0079] 圖9中A為水力停留時(shí)間為12h時(shí)各重金屬離子濃度的變化圖；圖9中B為水力停留時(shí)間為8h時(shí)各重金屬離子濃度的變化圖；圖9中C為水力停留時(shí)間為5h時(shí)各重金屬離子濃度的變化圖。[0080] 如圖9中A所示，當(dāng)水力停留時(shí)間為12h，分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)對(duì)酸性礦山廢水的pH具有良好的調(diào)節(jié)性能，該條件下系統(tǒng)運(yùn)行396h，出水pH值一直穩(wěn)定在9.0以上，同時(shí)各金屬離子的濃度均低于檢出限。當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為588h時(shí)，在出水中檢測(cè)到了Fe濃度為4.74mg/L。而水力停留時(shí)間為8h和5h的實(shí)驗(yàn)組，分別是在反應(yīng)時(shí)間為288和60h時(shí)檢測(cè)到了Fe，濃度分別為3.32和84.94mg/L。當(dāng)Fe在出水中被檢測(cè)到后，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，出水中的Fe濃度迅速增加。Al在不同水力停留時(shí)間條件下，分別在反應(yīng)時(shí)間為672、372和108h時(shí)，在出水中被檢測(cè)到。與Fe的濃度變化趨勢(shì)一致，當(dāng)Al在出水中被檢測(cè)到后，濃度迅速在出水中上升。Mn作為酸性礦山廢水中比較難去除的重金屬，在分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)運(yùn)行初期，出水的pH較高，出水濃度一致保持低于檢出限。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，系統(tǒng)提供堿度的能力下降，出水pH下降，除Mn能力下降，水力停留時(shí)間為12、8和5h的實(shí)驗(yàn)組出水中Mn分別于408、204和72h時(shí)被檢測(cè)到，濃度分別為0.64、1.14和2.46mg/L。Cu、Zn和Cd的濃度變化趨勢(shì)類似，水力停留時(shí)間為

12、8和5h的實(shí)驗(yàn)組分別于反應(yīng)時(shí)間為636、300和84h時(shí)在出水中檢測(cè)到Cu、Zn和Cd。

[0081] 整體上，進(jìn)水流速越小，水力停留時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)金屬離子的去除效果越好。以Mn為例，通過(guò)計(jì)算，當(dāng)Mn在分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)出水中被檢測(cè)到時(shí)，12、8和5h的實(shí)驗(yàn)組分別處理了9.36、6.38和4.00L酸性礦山廢水。由此可見，流速越低煅燒菱鎂礦的利用效率越高。所以，在實(shí)際工程應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)盡可能的降低酸性礦山廢水進(jìn)入分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)的流速，以增加廢水在系統(tǒng)中的停留時(shí)間，可以極大程度上提高堿性介質(zhì)的利用效率，從而有效的控制酸性礦山廢水的處理成本。

[0082] 利用蛋白核小球藻對(duì)煅燒菱鎂礦處理前后的酸性礦山廢水進(jìn)行了毒性評(píng)價(jià)(圖10)。結(jié)果顯示，相比于處理之前，水體中的小球藻細(xì)胞濃度增加了65.63％，表明經(jīng)過(guò)煅燒菱鎂礦?松木刨花分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)處理后的酸性礦山廢水毒性明顯減小，其存在的潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)顯著降低。

[0083] 酸性礦山廢水的酸性較強(qiáng)，重金屬離子含量較高，常常污染附近飲用水源、土壤，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害。本發(fā)明提供的治理酸性礦山廢水分散堿性基質(zhì)系統(tǒng)可以顯2

著提高酸性礦山廢水的pH值，有效去除酸性礦山廢水中的重金屬離子，包括難以去除的Mn+

，顯著改善了水體環(huán)境。

[0084] 最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。