权利要求
1.一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置，其特征在于，包括：
混合预处理单元，入口端连接酸性矿山废水源和二沉池，用于混合酸性矿山废水和城市污泥;
能源再生单元，包括消化器，用于对混合预处理后的污泥消化处理产生沼气;
能源利用单元，一端与所述能源再生单元连接，另一端与混合预处理单元和城市
污水处理系统中的主流处理单元、侧流处理单元连接，用于将所述能源再生单元产生的沼气转化成电力能源及热力能源，并为所述混合预处理单元和所述主流处理单元、所述侧流处理单元供能;
废液回用单元，包括沉淀池，用于深度处理所述混合预处理单元和所述能源再生单元产生的废液，并分类回收有用资源。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述混合预处理单元包括：顺序连接的酸化池、热水解器;
所述酸化池的入口与酸性矿山废水源连接，还通过管路与所述主流处理单元中的二沉池的出口连通;所述酸化池的出口、所述热水解器的出口均与所述沉淀池的第一入口连接;所述热水解器的出口还与所述消化器的入口连接。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述能源利用单元包括：甲烷储罐和热电联产装置;
所述甲烷储罐的入口端与所述消化器连接，所述甲烷储罐的出口端与所述热电联产装置连接，所述热电联产装置还与所述热水解器和所述主流处理单元、所述侧流处理单元连接。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沉淀池的第二入口连接消化器;所述沉淀池的第三入口连接硫化钠储罐;所述沉淀池的出口连接所述侧流处理单元中的厌氧氨氧化反应器和干燥器;所述厌氧氨氧化反应器的出口端连接干燥器。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述酸化池中安装有第一水质测定仪，所述第一水质测定仪用于测量所述酸化池中的磷浓度和pH值。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述热水解器和所述消化器内均安装温度控制器;所述热水解器内还安装压强控制器。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述消化器内还安装有酸碱调节装置。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述沉淀池中安装有第二水质测定仪，所述第二水质测定仪用于测量所述沉淀池中的氨氮浓度、硫酸盐浓度和pH值。
9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述厌氧氨氧化反应器中安装第三水质测定仪，所述第三水质测定仪用于测量所述厌氧氨氧化反应器中的pH值、ORP值、温度值以及氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、硫酸盐浓度。
10.一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理系统，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置。
说明书
技术领域
[0001]本申请涉及污染物净化技术领域，尤其是涉及一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统。
背景技术
[0002]酸性矿山废水具有低pH值、高浓度硫酸盐、可溶性重金属离子等特征，直接排放将对水体产生严重污染，破坏生态环境，危害周围居民健康。
[0003]目前国内外处理酸性矿山废水的方法有：中和沉淀法、硫化沉淀法、氧化还原法、湿地法、微生物处理法。但化学沉淀法会产生大量废弃物，容易造成二次污染，湿地法占地面积大，且处理效率和微生物处理法一样受环境影响很大，因此，导致这几种方法在应用上受到限制。此外，污水处理厂产生大量剩余污泥，现阶段其处理处置费用已经达到水厂总体运营成本的50%-60%，如何对其进行妥善处理与处置已成为环境领域关注的热点问题。
实用新型内容
[0004]有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统。
[0005]第一方面，本实用新型实施例提供了一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置，包括：
[0006]混合预处理单元，入口端连接酸性矿山废水源和二沉池，用于混合酸性矿山废水和城市污泥;
[0007]能源再生单元，包括消化器，用于对混合预处理后的污泥消化处理产生沼气;
[0008]能源利用单元，一端与能源再生单元连接，另一端与混合预处理单元和城市污水处理系统中的主流处理单元、侧流处理单元连接，用于将能源再生单元产生的沼气转化成电力能源及热力能源，并为混合预处理单元和主流处理单元、侧流处理单元供能;
[0009]废液回用单元，包括沉淀池，用于深度处理混合预处理单元和能源再生单元产生的废液，并分类回收有用资源。
[0010]结合第一方面，混合预处理单元包括：顺序连接的酸化池、热水解器;酸化池的入口与酸性矿山废水源连接，还通过管路与主流处理单元中的二沉池的出口连通;酸化池的出口、热水解器的出口均与沉淀池的第一入口连接;热水解器的出口还与消化器的入口连接。
[0011]结合第一方面，能源利用单元包括：甲烷储罐和热电联产装置;
[0012]甲烷储罐的入口端与消化器连接，甲烷储罐的出口端与热电联产装置连接，热电联产装置还与热水解器和主流处理单元、侧流处理单元连接。
[0013]结合第一方面，沉淀池的第二入口连接消化器;沉淀池的第三入口连接硫化钠储罐;沉淀池的出口连接侧流处理单元中的厌氧氨氧化反应器和干燥器;厌氧氨氧化反应器的出口端连接干燥器。
[0014]结合第一方面，酸化池中安装有第一水质测定仪，第一水质测定仪用于测量酸化池中的磷浓度和pH值。
[0015]结合第一方面，热水解器和消化器内均安装温度控制器;热水解器内还安装压强控制器。
[0016]结合第一方面，消化器内还安装有酸碱调节装置。
[0017]结合第一方面，沉淀池中安装有第二水质测定仪，第二水质测定仪用于测量沉淀池中的氨氮浓度、硫酸盐浓度和pH值。
[0018]结合第一方面，厌氧氨氧化反应器中安装第三水质测定仪，第三水质测定仪用于测量厌氧氨氧化反应器中的pH值、ORP值、温度值以及氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、硫酸盐浓度。
[0019]第二方面，本申请提供一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理系统，包括如上述的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置。
[0020]本实用新型实施例带来了以下有益效果：本申请提供的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统，通过将废弃的酸性矿山废水与城市污泥混合预处理后再进行污水处理和污泥消化，不仅能从酸性矿山废水中回收有用资源、提高其可生化性，而且更易产生沼气，实现城市污泥的废物利用、能源再生，随后以沼气为原料进行能源利用，将其转化为本系统更易利用的电力能源及热力能源，从而实现联动酸性矿山废水和剩余污泥的协同治理，助力实现“双碳”、“无废城市”目标，切实践行绿色、环保、高效的生态理念。
[0021]本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
[0022]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0023]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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。
[0024]图1为本申请实施例提供的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置结构原理图。
[0025]附图标记如下：
[0026]1-酸化池、2-热水解器、3-沉淀池、4-硫化钠储罐、5-厌氧氨氧化反应器、6-消化器、7-干燥器、8-储藏间、9-甲烷储罐、10-热电联产装置。
具体实施方式
[0027]为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0028]为便于对本实施例进行理解，下面先对本申请涉及的技术进行简单介绍。
[0029]酸性矿山废水主要是由还原性的硫化矿物在开采、运输、选矿及废石排放和
尾矿贮存等过程中经空气、降水和微生物的氧化作用形成的。矿山酸性废水水量较大、pH值较低、含高浓度的硫酸盐和可溶性重金属离子。
[0030]在介绍了本申请涉及的技术用语后，接下来，对本申请实施例的应用场景和设计思想进行简单介绍。
[0031]现有技术中酸性矿山废水治理与城市污水处理产生的剩余城市污泥治理相互独立，处理成本高。
[0032]基于此本申请实施例提供一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统。
[0033]实施例1
[0034]本申请提供一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置包括：混合预处理单元、能源再生单元、能源利用单元和废液回用单元。
[0035]混合预处理单元，入口端连接酸性矿山废水源和二沉池，用于混合酸性矿山废水和城市污泥。
[0036]能源再生单元，包括消化器，用于对混合预处理后的污泥消化处理产生沼气。
[0037]能源利用单元，一端与能源再生单元连接，另一端与混合预处理单元和城市污水处理系统中的主流处理单元、侧流处理单元连接，用于将能源再生单元产生的沼气转化成电力能源及热力能源，并为混合预处理单元和主流处理单元、侧流处理单元供能。
[0038]废液回用单元，包括沉淀池，用于深度处理混合预处理单元和能源再生单元产生的废液，并分类回收有用资源。
[0039]本申请提供的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统，通过将废弃的酸性矿山废水与城市污泥混合预处理后再进行污水处理和污泥消化，不仅能从酸性矿山废水中回收有用资源、提高其可生化性，而且更易产生沼气，随后以沼气为原料进行能源利用，将其转化为本系统更易利用的电力能源及热力能源，从而实现联动酸性矿山废水和剩余污泥的协同治理，助力实现“双碳”、“无废城市”目标，切实践行绿色、环保、高效的生态理念。
[0040]结合第一方面，混合预处理单元包括：顺序连接的酸化池1、热水解器2;结合图1所示，酸化池1的入口与酸性矿山废水源连接，还通过管路与二沉池的出口连通;酸化池1的出口、热水解器2的出口均与沉淀池3的第一入口连接;热水解器2的出口还与消化器6的入口连接。
[0041]在本实施例中，将酸性矿山废水和城市污泥输送至酸化池1中混合，通过酸性矿山废水酸化城市污泥，以释放城市污泥中的重金属和磷素，当释放磷的速率曲线出现拐点时，大部分的磷酸盐和铁可以被释放，磷酸盐的释放率可达到90%，铁的释放率可达95%，此时，将酸化后的污泥脱水至含水率80%-85%后输送至热水解器，产生的脱水液则送至沉淀池3，其中脱水液的主要成分为亚铁、硫酸盐、重金属、磷等。
[0042]将酸化处理污泥在热水解器2中热水解，反应温度控制在150-170℃、反应压强控制在0.5-0.8Mpa，反应时间控制在30min，热水解液送至沉淀池3，热水解污泥经稀释和冷却、达到含水率90%-95%和温度50-55℃左右，送至消化器6;
[0043]高温热水解的对象为高含固的脱水污泥(含固率15%～20%)，高温热水解可进一步释放有机磷，提高污泥厌氧消化池的容积利用率、厌氧消化的有机物降解率和产气量，同时能通过高温高压预处理，改善污泥的卫生性能及沼渣的脱水性能、进一步降低沼渣的含水率，有利于厌氧消化后沼渣的资源化利用。
[0044]在本申请中，通过PLC控制硫化钠储罐4和消化器6分别向沉淀池3中定量、定速地添加Na2S和消化液，以批次沉淀去除重金属、磷以及亚铁。之后，将沉淀池3尾水送至城市污水净化装置中侧流工艺的厌氧氨氧化反应器5。
[0045]在上述批次沉淀去除步骤中，首先向沉淀池3中添加Na2S至沉淀物析出不增加，排出沉淀物;向沉淀池3中添加消化液至pH=3，随后添加Na2S至沉淀物析出不增加，排出沉淀物;向沉淀池3中添加消化液至pH=5-5.5，随后添加Na2S至沉淀物析出不增加，排出沉淀物，至此，重金属基本都以硫化物的形式沉淀析出;向沉淀池3中添加消化液至pH=6-8，至沉淀物析出不增加，排出沉淀物，此时，FeP基本沉淀析出，回收率可达到95%;向沉淀池中添加消化液至pH=8.5-10，至沉淀物析出不增加，排出沉淀物，此时，氢氧化亚铁基本沉淀析出。上述沉淀物均在干燥器7内于30℃下干燥，送至储藏间8保存;沉淀池3尾水主要成分为氨氮和硫酸盐。
[0046]替代方案，重金属的去除也可以通过升高pH、以氢氧化物的形式去处;剩余的铁也可以直接返回STP用于磷酸盐沉淀。
[0047]之后，沉淀池3产生的尾水输送至厌氧氨氧化反应器5中，在厌氧氨氧化反应器5中发生硫酸盐型厌氧氨氧化反应，污泥经旋流分离器分离后，厌氧氨氧化颗粒污泥返回厌氧氨氧化反应器5，而硫单质在干燥器7内于30℃下干燥后送至储藏间8保存。
[0048]其中，硫酸盐型厌氧氨氧化反应的条件为：pH控制在7.0-8.5，氨氮和硫酸盐的摩尔比控制在2，温度控制在25-37℃，ORP控制在-150mV>ORP>-300mV。
[0049]结合第一方面，能源利用单元包括：甲烷储罐9和热电联产装置10。
[0050]甲烷储罐9的入口端与消化器6连接，甲烷储罐9的出口端与热电联产装置10连接，热电联产装置10还与热水解器2和主流处理单元、侧流处理单元连接。
[0051]热水解处理污泥在消化器6进行厌氧消化，消化气体收集至甲烷储罐9，消化污泥经板框脱水系统脱水至含水率40%-60%并送至周边农田，消化液则送至沉淀池3，其特征为高氨氮、高pH、少量COD。其中，厌氧消化条件为：在35-40℃中温条件下，pH维持在6.8～7.5，消化时间15-18d左右，污泥投配率在5%-12%;甲烷储罐9前端设置活性炭净化装置(图中未示出)，消化气体经过净化处理后甲烷含量为60%-70%;通常，污泥消化产生的沼气中H2S含量较高，后续沼气脱硫运行费用较高。然而，由于酸性矿山废水酸化会导致污泥中混入铁离子，而铁离子可有效抑制H2S从沼气溢出。因此，本工艺无需在热交换车间设置铁盐投加系统，即可减少沼气中H2S含量。
[0052]之后，以甲烷为原料，将其转化成电能和热能，产能效率为40%-60%，可用于向城市生活污水主流工艺、侧流工艺及热水解工艺提供热能和电能，实现能源再生。
[0053]结合第一方面，沉淀池3的第二入口连接消化器6;沉淀池3的第三入口连接硫化钠储罐4;沉淀池3的出口连接侧流处理单元中的厌氧氨氧化反应器5和干燥器7;厌氧氨氧化反应器5的出口端连接干燥器7。
[0054]干燥器7将沉淀物及厌氧氨氧化反应的生成物干燥处理，以便于存储;干燥器7可以设置于储藏间8内，还可以与储藏间8相互独立、设置于储藏间8的前端。
[0055]结合第一方面，酸化池1中安装有第一水质测定仪，第一水质测定仪用于测量酸化池1中的磷浓度和pH值。
[0056]通过第一水质测定仪，实时监测酸性矿山废水与城市污泥混合后的磷浓度和pH值。经多次实验发现，在pH的范围为3-4时，释磷速率迅速提升，混合物中的磷浓度快速提升，在pH为2时，释磷量达到峰值、释磷速率出现拐点。由于酸性矿山废水具有强酸性，因此，可以利用酸性矿山废水对城市污泥进行酸化，以实现以废治废，相较于传统的独立治理酸性矿山废水及城市污泥的方式而言，可以减小治理成本。
[0057]结合第一方面，热水解器和消化器内均安装温度控制器。
[0058]通过温度控制器以控制热水解器内反应温度在150-170℃、消化器内反应温度在35-40℃。
[0059]结合第一方面，热水解器内还安装压强控制器。
[0060]通过压强控制器以控制热水解器内反应压强在0.5-0.8Mpa。
[0061]结合第一方面，消化器内还安装有酸碱调节装置。
[0062]通过酸碱调节装置以控制消化器内pH维持在6.8～7.5。
[0063]结合第一方面，沉淀池3中安装有第二水质测定仪，第二水质测定仪用于测量沉淀池3中的氨氮浓度、硫酸盐浓度和pH值。
[0064]结合第一方面，厌氧氨氧化反应器5中安装第三水质测定仪，第三水质测定仪用于测量厌氧氨氧化反应器5中的pH值、ORP值、温度值以及氨氮浓度、亚硝态氮浓度、硝态氮浓度、硫酸盐浓度。
[0065]第二方面，本申请提供一种酸性矿山废水与城市污泥联合处理系统，包括如上述的酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置。
[0066]所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0067]另外，在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0068]所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0069]在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0070]最后应说明的是：以上实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
说明书附图(1)
声明：
“酸性矿山废水与城市污泥联合处理装置及系统” 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：中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司
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2026年08月06日 ~ 08日 
