CN102336484A

CN102336484A - 煤矿矿井水井下净化处理装置及方法

Info

Publication number: CN102336484A
Application number: CN2011102454908A
Authority: CN
Inventors: 周如禄; 郭中权; 龚梦锡
Original assignee: HANGZHOU ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE COAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE
Current assignee: HANGZHOU ENVIRONMENTAL PROTECTION RESEARCH INSTITUTE COAL SCIENCE RESEARCH INSTITUTE
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-02-01

Abstract

本发明公开了一种煤矿矿井水井下净化处理装置及方法，煤矿矿井水井下净化处理装置包括通过管路顺次连接的提升单元、混凝沉淀单元和超滤单元，在所述混凝沉淀单元前还设置有药剂投加单元。本发明结构简单、紧凑；处理方法科学、合理，克服了现有技术的诸多缺点，实现了设备简单，便于使用和维护；不需要设置消毒设备，动力设备少，占地小，适用于煤矿井下狭小环境中使用；具有净化效果佳，出水水质好的优点。

Description

煤矿矿井水井下净化处理装置及方法

技术领域

本发明涉及废水净化处理技术，尤其涉及一种煤矿矿井水井下净化处理装置及方法。

背景技术

煤矿矿井水是由开采过程中产生的地下涌水、地表渗透水及采掘生产中防尘、设备冷却和注浆等排水汇集而成，由于矿井水在汇集过程中受到腐烂坑木和粪便等的污染，使得矿井水中除含有以煤粉为主的悬浮物外，还含有一定数量的有机物和大肠菌群，是具有典型行业特点的煤矿生产废水。矿井水经净化处理后，一般可作为井下生产用水，是解决矿区缺水问题的最有效途径之一，符合国家环境保护、节能减排的方针政策。

我国煤矿企业主要分布在北部和西北部，以井工开采为主。现有矿井水净化处理通常做法为：矿井水在井下巷道内通过管、沟(渠)汇集后进入水仓，然后由排水泵提升到地面进入矿井水处理厂(站)，处理后的清水再通过管路系统回到井下作为生产用水。

地面矿井水处理厂(站)的矿井水净化处理工艺通常为：混凝沉淀(或澄清)-过滤-消毒工艺，占地面积大、系统复杂，不适合在煤矿井下狭小环境中使用。中国专利“一种用于矿井水深度净化的方法及装置”(ZL200510002687.3)公布了“絮凝-微滤拦截(CMF)及纳滤(NF)”净化的方法及装置，这种方法和装置只能净化处理含悬浮物很低的矿井水，一般要求悬浮物含量小于50mg/L，甚至更低。而我国80％以上煤矿矿井水中的悬浮物含量超过50mg/L，为上百甚至上千mg/L，该矿井水投加混凝剂和助凝剂后，形成大量的絮体(矾花)，必须经过沉淀过程进行去除。若絮凝后直接采用砂滤或微滤，势必造成过滤期周期非常短，很快就需要反冲洗，过滤后的清水大部分又用在反冲洗上，效率很低，在工程实践中基本上无可操作性。专利“矿井水井下处理系统”(ZL200610114466.X)公布的处理系统，工艺复杂、动力设备多，操作管理麻烦，而且出水水质大肠菌群指标无法满足煤矿井下消防、洒水水质标准。

发明内容

本发明提供一种煤矿矿井水井下净化处理装置，用以解决现有技术中的缺陷，实现结构简单，占地面积小、净化效果佳，适用于煤矿井下狭小环境中使用。

煤矿矿井水井下净化处理装置，包括通过管路顺次连接的提升单元(加压单元)、混凝沉淀单元和超滤单元，所述提升单元与混凝沉淀单元间的管路上和/或所述提升单元入水口还设置有药剂投加单元。水流方向为提升单元→混凝沉淀单元→超滤单元。所述提升单元的提升水泵可选用干式水泵或潜水泵，用于将煤矿矿井水从集水池(井)/水仓中提升加压至煤矿矿井水井下净化处理装置所需要的压力。所述混凝沉淀单元主要去除煤矿矿井水中的悬浮物和胶体物质；所述超滤单元主要进一步去除煤矿矿井水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，所述药剂投加单元用于投加混凝剂和/或助凝剂。

进一步地，所述混凝沉淀单元包括通过管路顺次连接的管道混合器、絮凝反应区和沉淀区。所述沉淀区为斜板沉淀区或斜管沉淀区。在混凝沉淀单元的絮凝反应区，矿井水中的悬浮物、胶体物质和混凝剂、助凝剂通过压缩双电层、电性中和、吸附架桥、网捕或卷扫作用，使矿井水中的悬浮物和胶体物质脱稳，并逐渐形成尺寸较大的絮体。由于矿井水中的悬浮物以煤粉为主，絮凝后形成的絮体，不同于地表水以泥砂为主的悬浮物絮凝形成的絮体，具有比重轻、结构松散等特点，斜板沉淀区或斜管沉淀区表面负荷取3.6～7.2m³/(m²·h)，使在絮凝反应区形成的絮体，尽可能地在斜板沉淀区或斜管沉淀区去除，以减轻后续超滤的负荷，斜板沉淀区或斜管沉淀区出水浊度＜10NTU。

进一步地，所述超滤单元采用的超滤膜孔径为0.1～0.01μm，超滤膜材料为无机膜、有机膜和无机/有机复合膜中的一种，超滤膜的组件形式为管式膜、中空纤维膜、平板膜和卷式膜中的一种或多种。超滤单元是以超滤膜两侧压力差为驱动力，可以通过正压0.01～0.2Mpa或负压0.01～0.05Mpa实现，由于超滤膜的孔径较小，混凝沉淀单元中没有去除的悬浮物、胶体、大肠菌群等污染物可进一步有效地去除。

进一步地。所述药剂投加单元可采用实用新型专利“加药系统及装置”(ZL201020623574.1)的技术方案，用于投加混凝剂聚合氯化铝(PAC)20～260mg/L和聚丙烯酰胺(PAM)0.1～2.0mg/L，可选的为混凝剂聚合氯化铝(PAC)30～50mg/L和聚丙烯酰胺(PAM)0.15～0.30mg/L，通过管道混合器内部特殊构造，使混凝剂和矿井水完成快速混合，该加药系统及装置不用外接电源，且控制方法简单，特别适合煤矿井下工作环境。

进一步地，所述超滤单元的出水口连接有蓄水单元，用于存储经过过滤的净化水。

本发明的另一个目的是还提供了一种煤矿矿井水井下净化处理方法，实现工艺流程短，无需消毒，动力设备少和出水水质合格率高的优点。

煤矿矿井水井下净化处理方法，包括以下步骤：

将煤矿矿井水提升后，向其中加入混凝剂和助凝剂，优选的加入顺序为先加入混凝剂后加入助凝剂，絮凝反应时间5～20min，去除矿井水中的悬浮物和胶体物质；将沉淀区上层清液进行超滤得到净化水，进一步去除矿井水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，净化水可作为煤矿井下生产用水。

进一步地，所述混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合铝铁和聚合铝硅中的一种或多种，所述混凝剂优选的为聚合氯化铝(PAC)，添加量为20-260mg/L，优选的为30～50mg/L；所述助凝剂为活化硅酸、聚丙烯酰胺、黏土、海藻酸钠和骨胶中的一种或多种，所述混凝剂优选的为聚丙烯酰胺(PAM)，添加量为0.1-2.0mg/L，优选的为0.15～0.30mg/L；所述絮凝反应采用斜板沉淀或斜管沉淀，所述斜板沉淀或斜管沉淀表面负荷3.6～7.2m³/(m²·h)。

进一步地，所述超滤(UF)采用的孔径为0.1～0.01μm超滤膜；所述超滤膜材料为无机膜、有机膜和无机/有机复合膜中的一种；所述超滤膜的组件形式为管式膜、中空纤维膜、平板膜和卷式膜中的一种或多种。

经过上述煤矿矿井水井下净化处理方法得到的净化水pH6.5～8.5，浊度＜1NTU，总大肠菌群0CFU/100mL，水质优于《煤矿井下消防、洒水水质标准》GB35038-2006中一般设备用水标准：悬浮物含量不超过30mg/L，悬浮物粒度不大于0.3mm，pH6～9，大肠菌群不超过3个/L。

本发明煤矿矿井水井下净化处理装置结构简单、紧凑；处理方法科学、合理，与现有技术相比较主要具有以下几方面优点；

(1)设备简单，便于安装和维护；占地小，适用于煤矿井下狭小环境中使用；

(2)无需消毒设备。《煤矿井下消防、洒水水质标准》GB35038-2006规定大肠菌群＜3个/L，由于矿井水在井下汇流过程中受到腐烂坑木和粪便等的污染，因此矿井水在井下净化处理后必须使大肠菌群指标达到标准要求。现有地面矿井水处理设施通过消毒来实现，通常采用二氧化氯或次氯酸钠消毒设备。由于煤矿井下考虑到安全方面的要求，二氧化氯和次氯酸钠设备均不适合在井下使用。本发明通过超滤单元实现进一步去除矿井水中的悬浮物和胶体物质的同时，同步去除矿井水中的大肠菌群，省去了消毒设备；

(3)净化效果佳，出水水质好，合格率接近100％。出水浊度＜1NTU，pH6.5～8.5，总大肠菌群0CFU/100mL；

(4)动力设备少，特别适合于煤矿井下工作环境，易于实现自动控制，操作管理方便。

本发明提供的方法简单，工艺流程短，不需要设置消毒设备，动力设备少，出水水质合格率接近100％，特别适合煤矿井下固定或移动式工作环境。煤矿矿井水井下净化处理后作为生产用水，在减少管路投资的同时，还节省了排水费用。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明煤矿矿井水井下净化处理装置的结构示意图；

图2为本发明煤矿矿井水井下净化处理方法的流程图。

结合附图，本发明实施例中附图标记如下：

1-原水池； 2-提升单元； 3-管道混合器；

4-絮凝反应区； 5-斜管沉淀区； 6-超滤单元；

7-蓄水单元； 8-反洗水泵； 9-PAC投加管；

10-PAM投加管； 11-沉淀区排泥阀； 12-反洗排水排气阀；

13-进气阀； 14-超滤单元排泥阀； 15-反洗进水阀；

16-超滤单元出水阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例公开了一种煤矿矿井水井下净化处理装置，包括通过管路顺次连接的提升单元(提升水泵)、混凝沉淀单元和超滤单元，在提升单元入水口还设置有药剂投加单元。提升装置用于将煤矿矿井水从集水井中提升加压至煤矿矿井水井下净化处理装置所需要的压力。混凝沉淀单元主要去除煤矿矿井水中的悬浮物和胶体物质；超滤单元主要进一步去除煤矿矿井水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，药剂投加单元用于投加混凝剂和助凝剂。煤矿矿井水井下净化处理装置每小时可处理50吨的井水。

采用本实施例处理煤矿矿井水处理前后的指标如表1所示，可见煤矿矿井水井下净化处理装置可有效的降低煤矿矿井井水中的悬浮物和总大肠菌群含量，同时有效降低井水的浊度，出水符合《煤矿井下消防、洒水水质标准》GB35038-2006规定。净化后的井水用作生产用水，可取得良好的经济效益和社会效益。

表1某煤矿矿井水井下净化处理前后水质

实施例2

图1为本发明煤矿矿井水井下处理装置的结构示意图。

本实施例所公开的煤矿矿井水井下净化处理装置如图1所示，包括：煤矿矿井水井下净化处理装置，包括通过管路顺次连接的原水池1、提升单元2、混凝沉淀单元、超滤单元6和蓄水单元7，在原水池1与提升单元2之间的管路上还设置有混凝剂PAC投加管9。在提升单元2与混凝沉淀电源之间的管路上还设置有助凝剂PAM投加管10。提升单元2采用提升泵，用于将煤矿矿井水从水仓提升加压至煤矿矿井水井下净化处理装置所需的压力。混凝沉淀单元主要去除煤矿矿井水中的悬浮物和胶体物质；超滤单元6主要进一步去除煤矿矿井水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群，蓄水单元7用于存储经过过滤的净化水。

混凝沉淀单元包括通过管路顺次连接的管道混合器3、絮凝反应区4和斜管沉淀区5。在斜管沉淀区5布置六角形蜂窝斜管，管径Φ35mm，斜长1000m。由于矿井水中的悬浮物以煤粉为主，絮凝后形成的絮体，不同于地表水以泥砂为主的悬浮物絮凝形成的絮体，具有比重轻、结构松散等特点，斜管沉淀区5表面负荷为5.4m³/(m²·h)，

本实施例混凝沉淀单元采用压力出水进入超滤单元6，超滤单元6采用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜，具有高强度和高抗污染的能力，膜孔径为0.1～0.01μm，由于超滤膜的孔径较小，混凝沉淀单元中没有去除的悬浮物、胶体、大肠菌群等污染物可进一步有效地去除。

上述煤矿矿井水井下净化处理装置工作原理：

某煤矿矿井水井下净化处理前后水质如表2所示。

原水池1中矿井水经提升单元2提升后进入混凝沉淀单元的絮凝反应区4，在絮凝反应区4和提升单元2之间设置管道混合器3，在提升单元2的吸水管路上设置PAC投加管9投加混凝剂聚合氯化铝(PAC)40mg/L，在提升单元2与管道混合器3之间的出水管路上设置PAM投加管10投加助凝剂聚丙烯酰胺(PAM)0.25mg/L，依靠提升泵高速转动的叶轮将聚合氯化铝(PAC)和矿井水快速混合，依据管道混合器3将聚丙烯酰胺(PAM)与矿井水快速混合。

本实施例中混凝沉淀单元的絮凝反应区4和斜管沉淀区5，为压力式进出水。在絮凝反应区4，矿井水中的悬浮物、胶体物质和混凝剂、助凝剂通过压缩双电层、电性中和、吸附架桥、网捕或卷扫作用，使悬浮物和胶体物质脱稳，并逐渐形成尺寸较在的絮体(矾花)，絮凝反应时间为8min。

在絮凝反应区4形成的絮体，绝大部分在斜管沉淀区5去除，斜管沉淀区5出水浊度为3～7NTU。斜管沉淀区5的沉泥定期通过沉淀区排泥阀11排出混凝沉淀单元。

通过正压0.01～0.2Mpa使中空纤维超滤膜两侧产生压力差，实现进一步去除矿井水中的悬浮物、胶体、大肠菌群等。超滤单元6出水依靠余压自流进入蓄水单元7，出水水质如表1所示。

本实施例超滤单元6的反洗设备为反洗水泵8，反洗周期为30min，反洗时间60s。反洗过程为：超滤单元6停止进水，关闭超滤单元出水阀16，开启反洗排水排气阀12，再开启进气阀13，气冲洗时间为30s，然后关闭进气阀并开启反洗进水阀15，再启动反洗泵，水反冲洗时间为30s。气、水冲洗完成后关闭反洗进水阀15，开启超滤单元出水阀，恢复正常运行。

根据超滤单元截留悬浮物的数量，3～4h开启超滤单元排泥阀14，以排除超滤单元内截留的悬浮物、胶体等。

表2某煤矿矿井水井下净化处理前后水质

实施例3

图2为本发明煤矿矿井水井下处理方法的流程图。

本实施例公开了一种煤矿矿井水井下净化处理方法，如图2所示，

将煤矿矿井水提升后，向其中依次加入混凝剂和助凝剂，其中；混凝剂为聚合氯化铝(PAC)，其添加量为45mg/L；助凝剂为聚丙烯酰胺(PAM)，其添加量为0.20mg/L；絮凝反应13min，斜板沉淀表面负荷5m³/(m²·h)，去除矿井水中的悬浮物和胶体物质；将上层清液进行超滤得到净化水，进一步去除矿井水中的悬浮物、胶体物质和大肠菌群；将净化水存储在蓄水单元中，净化水可作为煤矿井下生产用水。采用本方法处理煤矿矿井水处理前后的指标如表3所示，可见经过本实施例处理的井水符合《煤矿井下消防、洒水水质标准》GB35038-2006规定。净化后的井水用作生产用水，可取得良好的经济效益和社会效益。

表3某煤矿矿井水井下净化处理前后水质

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种煤矿矿井水井下净化处理装置，其特征在于，包括通过管路顺次连接的提升单元、混凝沉淀单元和超滤单元，所述提升单元与混凝沉淀单元间的管路上和/或所述提升单元入水口还设置有药剂投加单元。

2.根据权利要求1所述的煤矿矿井水井下净化处理装置，其特征在于，所述混凝沉淀单元包括通过管路顺次连接的管道混合器、絮凝反应区和沉淀区。

3.根据权利要求2所述的煤矿矿井水井下净化处理装置，其特征在于，所述沉淀区为斜板沉淀区或斜管沉淀区。

4.根据权利要求1所述的煤矿矿井水井下净化处理装置，其特征在于，所述超滤单元的出水口连接有蓄水单元。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的煤矿矿井水井下净化处理装置，其特征在于，所述超滤单元采用的超滤膜孔径为0.1～0.01μm；所述超滤膜材料为无机膜、有机膜和无机/有机复合膜中的一种；所述超滤膜的组件形式为管式膜、中空纤维膜、平板膜和卷式膜中的一种或多种。

6.权利要求1-5任意一项所述煤矿矿井水井下净化处理装置的煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

将煤矿矿井水提升后，向其中加入混凝剂和助凝剂，絮凝反应时间5～20min；将沉淀区上层清液进行超滤得到净化水。

7.根据权利要求6所述的煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征在于，所述混凝剂为硫酸铝、聚合氯化铝、三氯化铁、硫酸亚铁、聚合硫酸铁、聚合铝铁和聚合铝硅中的一种或多种；所述助凝剂为活化硅酸、聚丙烯酰胺、黏土、海藻酸钠和骨胶中的一种或多种。

8.根据权利要求6或7所述的煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征在于，所述混凝剂为聚合氯化铝，添加量为20-260mg/L。

9.根据权利要求6或7所述的煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征在于，所述助凝剂为聚丙烯酰胺，添加量为0.1-2.0mg/L。

10.根据权利要求6所述的煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征在于，所述絮凝反应采用斜板沉淀或斜管沉淀，所述斜板沉淀或斜管沉淀表面负荷3.6～7.2m³/(m²·h)。