一种适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱

摘要

本发明提供一种适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱，属于环境工程领域。该拦截箱包括三级箱体，每级之间用铁丝网分隔开，第一级箱中填充生物质材料，第二级箱中填充矿物材料，第三级箱中填充甲壳质与微生物。拦截箱的箱壁材料为粉煤灰透水砖，正面箱壁设置有多个孔径为3～5cm的小孔，侧面箱壁上设置有2个孔径为12～16cm的小孔，箱底由防渗砖制成。整个箱体的2/5左右放置在地面以下，多个箱体并列放置形成整个拦截系统。本发明的单个拦截箱体积小、便于移动和安装，填充的吸附材料成本低、吸附效果显著，拦截工艺简单、操作方便、运行管理难度低，能够实现矿山重金属污染区地表径流中多种重金属的三级拦截、重金属消减效果显著。

说明书

技术领域

本发明涉及环境工程领域，特别是指适用于矿山重金属污染区地表径流的 拦截箱。

背景技术

近几十年来重金属污染负荷的与日俱增和危害性引起了世界各国环境学 者的关注，重金属对环境的危害性突出表现为：不能生物降解，倾向于在活的 机体中富集，导致各种疾病和机能紊乱。矿区周边土壤常年受到各种重金属的 侵蚀，尤其是在暴雨时节，严重的水土流失导致污染物的进一步扩散，这不仅 影响了周边河流的水质质量，更加对周边居民的饮水安全造成了危害。

目前，含重金属离子废水的处理方法主要有化学沉淀、离子交换、膜分离 以及吸附法等。吸附法是利用多孔性固体吸附剂处理重金属离子，目前使用的 吸附剂主要有活性炭、天然有机吸附剂、天然无机吸附剂和合成吸附剂，其中 活性炭再生的设备较少，且再生费用较贵，限制了活性炭的广泛使用；天然有 机吸附剂包括木纤维、玉米秆、稻草、木屑、树皮、花生皮等；天然无机吸附 剂包括黏土、珍珠岩、蛭石、膨胀页岩和天然沸石等；合成吸附剂包括聚氨酯、 聚丙烯和有大量网眼的树脂等。

目前污染物拦截系统的构建多用于处理工业废水，比如应用于电镀印染行 业；对于拦截土壤渗漏液与地表径流，主要针对的是对农田生产区外排水中的 氮磷和有机物超标问题，而应用于去除重金属方面的甚少，且目前的拦截系统 复杂、不可移动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种适用于矿山重金属污染区地表径流 的可移动式拦截箱，该拦截箱主要通过拦截箱及其内部多级填充材料净化处理 矿山重金属污染区地表径流。

该拦截箱包括正面箱壁、侧面箱壁、箱底和箱盖，拦截箱内部设置拦截箱 第一级、拦截箱第二级和拦截箱第三级；拦截箱第一级、拦截箱第二级和拦截 箱第三级的体积比为1:1:1；拦截箱第一级和拦截箱第二级之间通过铁丝网隔 开，拦截箱第二级和拦截箱第三级之间通过铁丝网隔开。

拦截箱箱体长度为45～55cm，宽度为30～40cm，高度为45～55cm，箱体部 分埋在地下，其中，地下部分的箱子高度为15～25cm，地上部分的箱子高度为 20～40cm，使用中多个箱体并列放置形成整个拦截系统。

正面箱壁为拦截箱的前后两面，由粉煤灰透水砖制成，厚度为2～3cm，正 面箱壁上设置有多个孔径为3～5cm的小孔，孔与孔之间的横向距离为8～10cm， 孔与孔之间的纵向距离为8～10cm，在保证箱壁强度的基础上增强箱壁的地表 径流渗透性。

侧面箱壁为拦截箱的左右两面，由粉煤灰透水砖制成，厚度为2～3cm，侧 面箱壁上设置有两个孔径为12～16cm的小孔，小孔排成一列，孔与孔之间的 纵向距离为1～4cm。此处箱壁上设置的小孔有利于地表径流在箱与箱之间交汇 流通。

箱底和箱盖由防渗砖制成，厚度为2～3cm，防渗砖为混凝土结构，箱盖活 动安装在箱体上。

拦截箱第一级中填充第一级填充材料，第一级填充材料为生物质材料咖啡 渣和稻壳，咖啡渣和稻壳的填充体积比为1:1～3:1，拦截箱第二级中填充第二 级填充材料，第二级填充材料为矿物材料天然斜发沸石和粘土，天然斜发沸石 和粘土的填充体积比为1:1～2:1，拦截箱第三级中填充第三级填充材料，第三 级填充材料为甲壳质与微生物，甲壳质与微生物的填充体积比为1:1～1:4；所 述生物质材料咖啡渣和稻壳、矿物材料天然斜发沸石和粘土和甲壳质与微生物 通过纱布网袋包裹后分别放入拦截箱第一级、拦截箱第二级和拦截箱第三级 中。这可以多级处理地表径流中重金属、实现重金属的有效消减，同时有助于 控制填充材料的投加量，方便取出已饱和的旧料、更换新的填充材料，该方法 操作简单、便捷。

其中，拦截箱第一级对含有重金属的地表径流，先用咖啡渣和稻壳进行吸 附。咖啡渣的主要组成成分是纤维素、半纤维素、木质素，含有羟基、羧基、 酚基、磷酸基、氨基等能够结合重金属离子的极性官能团。作为水稻商业性收 割的副产品，稻壳丰富的纤维素和木质素有利于吸收重金属。咖啡渣和稻壳对 重金属Cd、Cr、Pb具有较强的吸附效果，且咖啡渣和稻壳均为工农业废弃生 物质，来源广泛、价格低廉。作为拦截箱第一级填充材料具有对重金属吸附容 量高、处理成本低的双重优势。

经过拦截箱第一级中吸附材料对重金属的吸附后，进入拦截箱第二级的地 表径流中重金属含量已有所下降，拦截箱第二级中添加天然斜发沸石和粘土作 为填充材料。斜发沸石是40多种天然沸石中储量最丰富的一种，这种矿物廉 价、易获得，吸附特性主要源于其离子交换能力。沸石的三维结构使之具有很 大的空隙，由于四面体中Al³⁺取代Si⁴⁺而局部带负电荷，Na、Ca、K和其它带 正电荷的可交换的离子占据了结构中的空隙，并可被重金属替代。粘土对重金 属的吸附能力归因于细粒的硅酸盐矿物的净负电荷结构性能，这种负电荷由于 带正电荷的物质的吸附而被中和，使得粘土具备了吸引并容纳阳离子如重金属 离子的能力。粘土的表面积很大，同样有利于增强其吸附能力。天然沸石对 As、Pb、Hg的吸收效果明显，粘土对Pb、V的吸收效果明显。

在拦截箱第三级中添加甲壳质和工业发酵过程中产生的废弃菌丝体的混 合物作为填充材料。甲壳质不但廉价，数量丰富，对重金属的吸附能力也很强， 甲壳质与树皮、活性污泥、氨基苯乙烯相比，对重金属有异常的吸附能力，尤 其对Pb、As的吸收效果明显。工业发酵过程中产生的废弃菌丝体，其来源丰 富、价廉、吸附能力强且便于回收重金属，废弃菌丝体对Cd、Cr的吸附效果 明显。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

(1)拦截箱的分级可以对地表径流中多种重金属起到多级消减作用，不 同材质的填充材料可针对重金属的复合污染起到有效的削减作用；

(2)正面箱壁所用的粉煤灰透水砖及三级填充吸附材料成本低，且咖啡 渣、稻壳、菌丝材料均属于废物再利用，达到了以废治废的目的；

(3)拦截箱体积小，便于移动、运输、安装和管理，大大增强了其应用 范围，而且吸附材料更换方便，可随时根据污染情况调整吸附材料的填充量和 填充比例；

(4)拦截箱放置在地下一部分既有利于拦截地表径流，又有利于延长地 表径流与吸附材料的接触时间，提高对多种重金属的削减效果。

附图说明

图1为本发明适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱的结构示意图；

图2为本发明适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱的主视图；

图3为本发明适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱的左视图；

图4为本发明适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱的截面图；

图5为多个拦截箱组成的拦截系统平面图。

其中：1-拦截箱第一级；2-拦截箱第二级；3-拦截箱第三级；4-铁丝网； 5-正面箱壁；6-侧面箱壁；7-箱底；8-第一级填充材料；9-第二级填充材料； 10-第三级填充材料；11-箱盖。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附 图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种适用于矿山重金属污染区地表径流的拦截箱。

如图1所示为拦截箱的结构示意图，图2、图3和图4为拦截箱的主视图、 左视图和俯视图，该拦截箱由正面箱壁5、侧面箱壁6、箱底7和箱盖11组成， 其内部设置拦截箱第一级1、拦截箱第二级2和拦截箱第三级3，拦截箱第一 级1、拦截箱第二级2和拦截箱第三级3的体积比为1:1:1；拦截箱第一级1 和拦截箱第二级2之间通过铁丝网4隔开，拦截箱第二级2和拦截箱第三级3 之间通过铁丝网4隔开。

在使用过程中，制作长度为50cm，宽度为35cm，高度为50cm的拦截箱， 箱体下部20cm埋在地下，正面箱壁5用厚度为2cm的粉煤灰透水砖制成，在 正面箱壁5上均匀设置孔径为4cm的小孔，孔与孔之间的横向距离为8cm， 纵向距离为8cm；用厚度为2cm的粉煤灰透水砖制成侧面箱壁6，侧面箱壁6 上设置两个孔径为13cm的小孔，两个小孔竖直布置，纵向距离为2cm；箱底 7和箱盖11由厚度为2cm的防渗砖制成，防渗砖为混凝土结构，箱盖11能够 根据需要取下后安装。

拦截箱第一级1中填充第一级填充材料8，第一级填充材料8为生物质材 料咖啡渣和稻壳，咖啡渣和稻壳的填充体积比为1:1；拦截箱第二级2中填充 第二级填充材料9，第二级填充材料9为矿物材料天然斜发沸石和粘土，天然 斜发沸石和粘土的填充体积比为1:1；拦截箱第三级3中填充第三级填充材料 10，第三级填充材料10为甲壳质与微生物，甲壳质与微生物的填充体积比为 1:1；所述生物质材料咖啡渣和稻壳、矿物材料天然斜发沸石和粘土和甲壳质 与微生物通过纱布网袋包裹后分别放入拦截箱第一级1、拦截箱第二级2和拦 截箱第三级3中。其中微生物为工业发酵过程中产生的废弃菌丝体。

如图5所示，为在实际使用过程中，采用多个拦截箱组合使用的效果示意 图。该拦截箱既简化处理工艺及操作步骤，又能降低材料成本，增强了对于污 染治理的灵活性。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。