一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复装置及方法与流程

本发明涉及尾矿生态修复技术领域，尤其涉及一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复装置及方法。

背景技术：

稀土开采历史悠久，遗留大量严重的环境问题。离子型稀土矿场开采技术经历了从池浸和堆浸的“搬山运动”到原地浸矿的发展过程。池浸和堆浸开采方法工艺及设备简单，但开采过程中需向矿体内注入大量硫酸铵溶液，通过收集浸出母液后再经后续工序才得到离子型稀土产品。其浸出母液包含大量未交换完成的硫酸铵，会污染地表水，渗漏到地下水；此外离子型稀土矿场浸矿完成后，矿体中依然残留大量硫酸铵，矿土中铵的残留量一般为0.32-0.47mg/g；在降雨的淋滤作用下，矿体渗流的尾水和地表径流的氨氮浓度将高达200-500mg/l。形成含高氨氮和重金属的废水污染矿场周围的水体及土壤。造成地表水氨氮含量居高不下，水中生物、微生物、植物难以生存，水生态环境遭到破坏。

目前对高氨氮废水主要通过生物法(如：生物吸附)和物理化学法(如：吹脱法、化学氧化、吸附以及离子交换)进行处理；其中，生物脱氮技术适宜处理生活污水和可生化性好的废水，但由于稀土尾水氨氮含量高、可生化性能差、且含有多种重金属元素，所以传统生物脱氮技术很难运行；而物理化学法可以用于处理高氨氮的稀土尾水，但这种方法需要建设一定规模工艺设施及装置，且在运行过程中需要消耗大量的化学药剂，导致治理成本较高。

因此，需要提供一种既能降低处理成本，又能因地制宜、绿色无污染的处理稀土尾水的生态修复技术。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提供一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复装置及方法，主要目的在于针对稀土尾水(污水)高氨氮、低cod，且含有铅、镉等重金属以及多种稀土元素的特性，采用因地制宜的思路，提供一种稀土尾水生态修复方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复装置，所述生态修复装置包括第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元，所述第一处理单元、所述第二处理单元和所述第三处理单元依次通过通道进行串联，相邻两个单元的所述通道上均设置有水泵、阀门和流量计

所述第一处理单元包括一级处理单元和二级处理单元，所述二级处理单元通过所述通道与所述第二处理单元相连，所述第一处理单元通过所述通道与所述二级处理单元相连，所述一级处理单元作对污水最先进行处理，所述一级处理单元和所述二级处理单元的主体结构均为一蓄水池，两个所述蓄水池中均包括有基质层和种植在基质层中的污水处理植物，所述一级处理单元中的所述基质层分为上层的碎石层和下层的陶粒层，所述二级处理单元中的所述基质层分为上层的沙子层和下层的陶粒层；

所述第二处理单元为净化池，所述净化池包括位于其内的填料和种植在所述填料中的挺水植物，所述第二处理单元能够对来自所述第一处理单元的水进行处理；

所述第三处理单元为清水池，所述清水池包括位于其内的填料和所述填料中的沉水植物及生活在其内的水生生物，所述第三处理单元能够对来自所述第二处理单元的水进行处理。

作为上述技术方案的进一步改进，所述污水处理植物为香根草，所述香根草种植簇间距30-50cm，行间距40-60cm，每簇6-8株，种植深度30-50cm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述净化池的进水口通过所述管道连接所述二级处理单元的出水口，所述净化池内铺设有防水帆布，所述净化池内的填料设置在所述防水帆布上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述挺水植物为禾木科挺水植物。

作为上述技术方案的进一步改进，所述禾木科挺水植物为茭白，种植密度为0.7～0.8m2/穴。

作为上述技术方案的进一步改进，所述净化池内的所述填料为碎石。

作为上述技术方案的进一步改进，所述清水池内的所述填料为碎石和沙子组成，碎石比沙子的比例为5:1，所述清水池内的所述填料厚度为40-60cm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述沉水植物为苦草和轮叶黑藻中的一种或多种，所述水生生物为鲢鱼、鳙鱼和螺中的一种或多种。

本发明还提供一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复方法，包括以下步骤：

s1：使用排水泵将污水抽入一级处理单元内，使得污水停留3-5h，其内的香根草生长的过程中在消耗污水中部分氨氮的同时富集污水中的重金属；

s2：将一级处理单元内污水通入二级处理单元内，使得污水停留3-5h，其内的香根草生长的过程中在消耗污水中部分氨氮的同时富集污水中的重金属；

s3：将二级处理单元内的污水通入第二处理单元内，使得污水停留4-6h，；

s4：将第二处理单元内的污水通入第三处理单元内，使得污水停留6-10h，得到合格的净水。

本发明的有益效果为：1、针对稀土尾水高氨氮、低cod，且含有铅、镉等重金属以及多种稀土元素的特性，采用因地制宜的思路，对稀土尾水进行生态修复，降低了稀土尾水的处理成本。

2、在一级处理单元和二级处理单元中，利用分层使植物和微生物在上层制造有氧环境，有利于进行硝化反应，下层为陶粒，制造缺氧环境，有利于进行反硝化反应，且陶粒有空隙和比表面积较大，在香根草根系未生长至蓄水池底部时，有利于微生物附着，进一步提高香根草对污水中氨氮和重金属的处理能力。

3、在第三处理单元中，选用具有净化作用的沉水植物，如苦草(种植密度为40-60株/m2)、轮叶黑藻(种植密度为10-15芽/丛，9-12丛/m2)等；并可选择养殖少量金鱼等具有观赏价值的水生动物，或鲢(鳙)鱼+螺等有食用价值的水生动物，可以在进行深度处理的同时美化环境，增加经济性。

附图说明

图1为本实施例生态修复方法的工艺流程图。

图2为本实施一级处理单元的结构示意图。

图3为本实施二级处理单元的结构示意图。

图4为本实施第二单元处理单元的结构示意图。

图5为本实施第三单元处理单元的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：1、进水口，2、蓄水池，3、碎石，4、陶粒，5、香根草，6、出水口，7、沙子，8、净化池，9、挺水植物，10、清水池，11、沉水植物和水生生物。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是为了透彻性和完整性而提供这些实施方式，并且这些实施方式将本发明的范围充分地传达给技术人员。

如图1-5所示，一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复装置，生态修复装置包括第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元，第一处理单元、第二处理单元和第三处理单元依次通过通道进行串联，相邻两个单元的通道上均设置有水泵、阀门和流量计

第一处理单元包括一级处理单元和二级处理单元，二级处理单元通过通道与第二处理单元相连，第一处理单元通过通道与二级处理单元相连，一级处理单元作对污水最先进行处理，一级处理单元和二级处理单元的主体结构均为一蓄水池2，两个蓄水池2中均包括有基质层和种植在基质层中的污水处理植物，一级处理单元中的基质层分为上层的碎石3层和下层的陶粒4层，二级处理单元中的基质层分为上层的沙子7层和下层的陶粒4层；

第二处理单元为净化池8，净化池8包括位于其内的填料和种植在填料中的挺水植物9，第二处理单元能够对来自第一处理单元的水进行处理；

第三处理单元为清水池10，清水池10包括位于其内的填料和填料中的沉水植物及生活在其内的水生生物(沉水植物和水生生物11)，第三处理单元能够对来自第二处理单元的水进行处理。

进一步地，污水处理植物为香根草5，香根草5种植簇间距30-50cm，行间距40-60cm，每簇6-8株，种植深度30-50cm。

进一步地，净化池8的进水口1通过管道连接二级处理单元的出水口6，净化池8内铺设有防水帆布，净化池8内的填料设置在防水帆布上。

进一步地，挺水植物9为禾木科挺水植物9。

进一步地，禾木科挺水植物9为茭白，种植密度为0.7～0.8m2/穴。

进一步地，净化池8内的填料为碎石3。

进一步地，清水池10内的填料为碎石3和沙子7组成，碎石3比沙子7的比例为5:1，清水池10内的填料厚度为40-60cm。

进一步地，沉水植物为苦草和轮叶黑藻中的一种或多种，水生生物为鲢鱼、鳙鱼和螺中的一种或多种。

本实施例还提供一种因地制宜处理稀土尾水的生态修复方法，包括以下步骤：

s1：使用排水泵将污水抽入一级处理单元内，使得污水停留3-5h，其内的香根草生长的过程中在消耗污水中部分氨氮的同时富集污水中的重金属；

s2：将一级处理单元内污水通入二级处理单元内，使得污水停留3-5h，其内的香根草生长的过程中在消耗污水中部分氨氮的同时富集污水中的重金属；

s3：将二级处理单元内的污水通入第二处理单元内，使得污水停留4-6h，；

s4：将第二处理单元内的污水通入第三处理单元内，使得污水停留6-10h，得到合格的净水。

污水指的是高氨氮尾水，在稀土开采过程中，用硫酸铵溶液作为浸矿剂，将土壤中的稀土浸提出来，后通过除杂池去除杂质，沉淀池收集稀土，硫酸铵溶液再循环回去原位浸矿，直至矿体中所有稀土元素浸提干净，闭矿后所残留的高氨氮稀土尾水。

步骤3)中，第一单元一级处理单元和二级处理单元主体为蓄水池，池内铺满防水帆布，防止高氨氮尾水随地下径流进入土壤和地下水，池深2.5-3.5m，面积根据稀土尾水量确定；填料一级处理分两层布置，上层为碎石，厚度1-1.5m，下层为陶粒，深度1-1.5m；二级处理分三层布置，上层为沙子，厚度为0.7-1.1m，中层为碎石，厚度为0.7-1.1m，下层为陶粒厚度为0.7-1.1m；二级处理池进水口与一级处理池出水口相连接，一级和二级处理池进水口位置均在距离蓄水池池口15-30cm处，出水口位置均在距离蓄水池池底5-15cm处，出水后前端隔出防护空间，防止陶粒阻塞出水口。

为进一步优化，填料中种植香根草，香根草种植簇间距30-50cm，行间距40-60cm，每簇6-8株；种植深度30-50cm(根部须全部埋在填料层内)。利用香根草的根系发达、生物量大，耐酸碱，生态适应性强的特性，另因香根草为富集植物，所以香根草生长的过程中在消耗部分氨氮的同时富集稀土尾水中的重金属，一级处理池填料上层为碎石，下层为陶粒；二级处理池上层沙子，中层为碎石，下层为陶粒。利用分层使植物和微生物在上层制造有氧环境，有利于进行硝化反应，下层为陶粒，制造缺氧环境，有利于进行反硝化反应，且陶粒有空隙和比表面积较大，在香根草根系未生长至蓄水池底部时，有利于微生物附着，进一步提高香根草对污水中氨氮和重金属的处理能力。

步骤4)中，第二单元采用碎石+挺水植物组合技术，蓄水池前端进水口连接第一单元二级处理池出水口，池深1.5-2m，池内铺满防水帆布，帆布内池底填充碎石，厚度0.6-0.8m，填料内种植禾木科挺水植物，根须须全埋在填料层内。进水口位置在距离蓄水池池口10-15cm处，出水口位置均在距离蓄水池池底5-10cm处，出水后前端隔出防护空间，防止陶粒阻塞出水口。水力停留时间4-6h，其出水含少量的氨氮，进入第三单元清水池处理；如附图4所示。

为进一步优化，挺水植物宜选用耐污性和生态适应性强的具有经济价值的作物，以茭白为例，种植密度0.7～0.8m2/穴为宜，且根须全部埋入填料层内。

步骤5)中，第三单元处理池采用混合基质+沉水植物+水生生物组合技术，池深1.5-2m，四周布设防水设施，池底采用透水砖建造，前端进水口连接第二单元处理池出水口，进水口位置在距离蓄水池池口10-15cm处，出水口位置在距离蓄水池池底5-10cm处，出水后前端隔出防护空间，防止陶粒阻塞出水口，水力停留时间6-10h。混合基质为碎石+沙子组合，比例为5:1，置于处理池底部，厚度为40-60cm；种植沉水植物，根须全部埋入混合填料内，如附图5所示。

为进一步优化，在第三处理单元中，净化第二处理单元出水中含有的少量氨氮，并在进行深度处理的同时美化环境，增加经济性。选用具有净化作用的沉水植物，如苦草(种植密度为40-60株/m2)、轮叶黑藻(种植密度为10-15芽/丛，9-12丛/m2)等；并可选择养殖少量金鱼等具有观赏价值的水生动物，或鲢(鳙)鱼+螺等有食用价值的水生动物。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。