CN102674591A - 煤井水制取饮用水的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及废水处理方法和装置，公开了煤井水制取饮用水的方法和装置。该方法依次包括以下步骤：a.煤井水的原水流经加有CaCl₂的澄清池；b.澄清池的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器；c.锰砂过滤器的出水，再进行超滤处理；d.超滤后的淡水，再进行纳滤处理。该装置包括管路，管路自进水端至出水端依次设置：澄清池、斜管沉淀池、原水水箱、增压泵、锰砂过滤器、活性炭过滤器、精密过滤器、超滤器、高压泵、纳滤器、饮用水水箱、紫外线杀菌灯和微孔过滤器，所述超滤器和纳滤器的浓水出水端分别设有与澄清池相连的回流管路。本发明能显著去除超标的铁、锰等金属盐以及氟化物、硫酸盐等，最大化的提高淡水回收率。

Description

煤井水制取饮用水的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种废水处理方法和装置，尤其涉及一种煤井水制取饮用水的方法和装置。

背景技术

煤井水是指在煤矿开采过程中，从各种来源流入矿井的水，或流经矿井排水系统的水。现阶段饮用水资源缺乏是世界性问题，对煤矿矿区而言，一方面矿井下大量排放造成水资源的浪费及环境污染，另一方面，矿区的生活饮用水因水质污染及缺水而存在严重危机。我国大多数煤矿矿区都属于严重缺水地区，对煤井水进行深度处理后作为生活饮用水，不仅可大大缓解煤井水的环境污染问题，而且可为煤矿矿区开辟新的水源，大大缓解矿区用水紧缺的矛盾。

我国矿井水净化处理技术始于20世纪70年代末。目前用于处理地表、江河、湖泊水的净化处理的构筑物，在煤矿矿井水处理工艺中大部分被采用过，如预沉调节池、反应沉淀池（或澄清池）、过滤池等。矿井水净化处理后可作为工业用水、生活用水或饮用水。已投入使用的饮用水净化处理技术主要有：絮凝沉淀过滤、离子交换树脂、电渗析、超滤、纳滤、反渗透等。

目前，国内大多是采用反渗透高压膜（RO）制水，或是离子交换树脂、电渗析、混床、超滤、纳滤、反渗透等的结合使用，这些方法不能很好的按照原水的水质条件有选择的选择不同的滤膜进行制水。采用絮凝+超滤或是纳滤制水，可针对较简单的水质，但不适合盐分过多的复杂水质；采用反渗透高压膜（RO）制水不仅会去除和破坏水中微量元素的天然性不利于人体健康外，而且还会大量消耗水和电能，淡水的回收率很低，大量的浓水排放出去。

现有技术中，名称为“一种用于矿井水深度净化的方法及装置”，授权公告日为“2008年9月3日”，授权公告号为“100415658C”的中国发明专利，公开了一种用于将矿井水深度净化的方法及装置。该方法主要包括两部分：絮凝-微滤拦截（CMF）及纳滤，相应的装置主要包括：CMF反应器及NF膜过滤器。主要的工艺条件特征为：在CMF反应器中投加（5—30）mg/L的絮凝剂，在一定的空气搅拌反应，在CMF反应器中同时放置过滤直径为（0.1—10）微米的微滤膜，在负压（0.05-0.2）MPa的抽吸下获得净化水。需进一步深度脱盐的净化水则可进入纳滤膜过滤器，纳滤膜对MgSO₄的截留效率为（95.0-99.0）%,操作压力为（0.4—1.0）MPa。

该专利称其方法简单、占地面积小、可实现自动化控制及移动式处理，适于不同类型的矿井水的深度净化处理。但是，煤井水的原水水质复杂，常含有粒度小、比重轻的悬浮物，浓度较高的铁、锰、镁、钙等金属离子，硫酸盐、氟化物等盐分。絮凝—微滤拦截（CMF）及纳滤的工艺在絮凝—微滤拦截阶段，因煤井水中大量悬浮物难以高效去除，会将部分金属离子带出。同时影响到絮凝效果，对煤井水中硫酸盐、氟化物去除率低。后续阶段的超滤系统，纳滤系统进水负荷增加，出水效果变差。对于系统的浓水，没有好的处理措施，淡水回收率不是很高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供了一种煤井水制取饮用水的方法和装置。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

煤井水制取饮用水的方法，依次包括以下步骤：

a.煤井水的原水流经加有CaCl₂的澄清池，原水中的氟化物和硫酸盐与澄清池中的Ca²⁺发生化学反应，沉淀出CaF₂和CaSO₄；

b.澄清池的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器，水中Fe²⁺和Mn²⁺在锰砂的催化作用下，沉淀出Fe³⁺和Mn⁴⁺；

c.锰砂过滤器的出水，再进行超滤处理，去除细菌和病毒；

d.超滤后的淡水，再进行纳滤处理，进一步去除Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，及F^-和Cl^-。

步骤a中，所述澄清池加有CaCl₂。煤井水原水中的氟化物、硫酸盐，会在澄清池中与Ca²⁺生成CaF₂和CaSO₄的沉淀，从而被去除掉。

步骤b中，所述锰砂过滤器是滤料为锰砂的机械过滤器。铁锰含量过高的水在催化剂锰砂的作用下将溶解状态的Fe²⁺和Mn²⁺分别氧化成不溶解的Fe³⁺和Mn⁴⁺的化合物，利用锰砂过滤器的反冲洗功能达到去除净化的目的。澄清池的出水由增压泵打入锰砂过滤器中，能很好的去除煤井水中高含量的铁、锰离子。所述混凝剂是原水净化过程中加入的一类化学药剂，能够加速水中胶体微粒凝聚和絮凝成大颗粒。常用的混凝剂有无机盐类、无机盐聚合物、有机类化合物。混凝剂一般用的是聚合氯化铝（PAC）,也有用聚丙烯酰胺（PAM）的，但这样会引入有机物，使系统负荷增加。

步骤a澄清法和步骤b砂滤的组合工艺，能有效的去除水中的氟化物、硫酸盐和铁、锰等金属离子。

步骤c中，所述超滤是在压力差的驱动下，用可以阻挡不同大小分子的滤板或滤膜将液体过滤的方法，是常用的分离方法。超滤膜的孔径较小，可以直接实现对水中细菌、病毒的去除。

步骤d中，所述纳滤是以压力差为推动力，介于反渗透和超滤之间的截留水中粒径为纳米级颗粒物的一种膜分离技术。所述淡水是指，透过纳滤膜后的含有部分未被截留离子的水。纳滤处理能去除大部分铁、锰、钙、镁离子等高价金属离子，及氯、氟、钾离子等低价离子。纳滤处理后，金属离子、氟离子等矿物质元素的含量符合国家饮用水标准要求，即控制在对人体有益的范围内。

作为优选，b步骤中，澄清池的出水先经预沉调节池，沉淀出煤渣和悬浮物，再连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器。煤井水原水水质较复杂，设预沉调节池，对原水中的煤渣、悬浮物等做预沉淀。

作为优选，所述预沉调节池为斜管沉淀池，斜管沉淀池的出水汇集至原水水箱进行再沉淀，原水水箱的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器。所述斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池。在沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道分割成一系列浅层沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。斜管沉淀池的沉淀效果好，占地面积小。原水水箱可使斜管沉淀池的出水进一步沉淀，也易于控制下一步骤的进水量。

作为优选，将超滤处理后的浓水全部回流，纳滤处理后的浓水部分回流至澄清池进行再处理。所述浓水是指被超滤、纳滤膜截留下来的悬浮物、细菌、高价离子等存在的部分未透过膜组件的水。对超滤和纳滤系统设置回流管道，回流部分浓水至澄清池，以提高淡水回收率。此外，对超滤系统、纳滤系统浓水设置管路回流至澄清池，增大了膜表面冲洗流速，减少了污堵。所述部分回流的量，根据浓水的浓度确定，若浓度较高，又为提高淡水回收率，可小部分回流，大部分排放。

作为优选，所述超滤后的淡水通过高压泵泵入纳滤处理系统中。纳滤系统中纳滤膜的孔径较小，经过加压，提高了处理的效率和效果。

作为优选，纳滤处理后的淡水再经紫外线杀菌处理。紫外线主要是通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。紫外线消毒是一种物理方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用。

煤井水制取饮用水的装置，包括管路，所述管路自进水端至出水端依次设置：澄清池、斜管沉淀池、原水水箱、增压泵、锰砂过滤器、超滤器、纳滤器和饮用水水箱。

作为优选，所述超滤器和纳滤器的浓水出水端分别设有与澄清池相连的回流管路。回流管路可回流部分浓水至澄清池，以提高淡水回收率。此外，还增大了超滤器和纳滤器的膜表面冲洗流速，减少了污堵。

作为优选，所述超滤器和纳滤器之间的管路上还设有高压泵。

作为优选，在锰砂过滤器和超滤器之间的管路上还设有活性炭过滤器和精密过滤器，所述精密过滤器的过滤精度为不小于5μm；所述饮用水水箱的出水端的管路上还设有紫外线杀菌灯和微孔过滤器，所述微孔过滤器的过滤精度为不小于1μm。所述活性炭过滤器，内部填充活性炭，可用来过滤水中的游离物、微生物、部分重金属离子，并能有效降低水的色度。所述精密过滤器，过滤精度为不小于5μm，可防止颗粒进入超滤膜组件，划伤膜表面。所述紫外线杀菌灯是一种物理消毒方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用。此处的紫外线杀菌灯，直接安装在管路上，不需另设水池。所述微孔过滤器的过滤精度为不小于1μm，将彻底截留可能存在的细菌尸体及其他管路杂质，进一步提高产品水的品质。

按照本发明的技术方案，能显著去除超标的铁、锰等金属盐以及氟化物、硫酸盐等，并保留部分对人体有益的矿物质元素；同时能很好的降低纳滤系统的进水负荷，最大化的提高淡水回收率。本发明提供了符合国家饮用水标准的健康饮用水，为解决矿区生活用水开辟了新的道路。

附图说明

图1为本发明实施例中煤井水制取饮用水的装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1

煤井水制取饮用水的方法，依次包括以下步骤：

a.煤井水的原水流经加有CaCl₂的澄清池，原水中的氟化物和硫酸盐与澄清池中的Ca²⁺发生化学反应，沉淀出CaF₂和CaSO₄；

b.澄清池的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器，水中Fe²⁺和Mn²⁺在锰砂的催化作用下，沉淀出Fe³⁺和Mn⁴⁺；

c.锰砂过滤器的出水，再进行超滤处理，去除细菌和病毒；

d.超滤后的淡水，再进行纳滤处理，进一步去除Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，及F^-和Cl^-。

高矿化度煤井水经上述方法处理，铁、锰等金属盐以及氟化物、硫酸盐等物质有显著的降低，达到饮用水的国家标准要求。处理前后的水质情况见表1。

表中，总硬度是指水中Ca²⁺、Mg²⁺的总量，反应水中的钙、镁离子的浓度；溶解性总固体指水中溶解组分的总量。

表1

实施例2

煤井水制取饮用水的方法，依次包括以下步骤：

a.煤井水的原水流经加有CaCl₂的澄清池，原水中的氟化物和硫酸盐与澄清池中的Ca²⁺发生化学反应，沉淀出CaF₂和CaSO₄

b.澄清池的出水流经斜管沉淀池，沉淀出煤渣和悬浮物；

c.斜管沉淀池的出水汇集至原水水箱，进行再沉淀；

d.原水水箱的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器，水中Fe²⁺和Mn²⁺在锰砂的催化作用下，沉淀出Fe³⁺和Mn⁴⁺；

e.锰砂过滤器的出水，再进行超滤处理，去除细菌和病毒；

f.超滤后的淡水，再进行纳滤处理，进一步去除Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，及F^-和Cl^-；

g.将超滤处理后的浓水全部回流，纳滤处理后的浓水部分回流至澄清池进行再处理；

h.纳滤处理后的淡水再经紫外线杀菌处理。

高悬浮物煤井水经上述方法处理，铁、锰等金属盐以及氟化物、硫酸盐等物质有显著的降低，达到饮用水的国家标准要求。处理前后的水质情况见表2。

表2

实施例3

煤井水制取饮用水的装置，包括管路，所述管路自进水端至出水端依次设置：澄清池1、斜管沉淀池2、原水水箱3、增压泵4、锰砂过滤器5、活性炭过滤器6、精密过滤器7、超滤器8、高压泵9、纳滤器10、饮用水水箱11、紫外线杀菌灯12和微孔过滤器13，所述超滤器8和纳滤器10的浓水出水端分别设有与澄清池1相连的回流管路14。所述精密过滤器7的过滤精度为5μm；所述微孔过滤器13的过滤精度为1μm。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：依次包括以下步骤：

a.煤井水的原水流经加有CaCl₂的澄清池，原水中的氟化物和硫酸盐与澄清池中的Ca²⁺发生化学反应，沉淀出CaF₂和CaSO₄；

b.澄清池的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器，水中Fe²⁺和Mn²⁺在锰砂的催化作用下，沉淀出Fe³⁺和Mn⁴⁺；

c.锰砂过滤器的出水，再进行超滤处理，去除细菌和病毒；

d.超滤后的淡水，再进行纳滤处理，进一步去除Fe²⁺、Mn²⁺、Ca²⁺和Mg²⁺，及F^-和Cl^-。

2.根据权利要求1所述的煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：b步骤中，澄清池的出水先经预沉调节池，沉淀出煤渣和悬浮物，再连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器。

3.根据权利要求2所述的煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：所述预沉调节池为斜管沉淀池,斜管沉淀池的出水汇集至原水水箱进行再沉淀，原水水箱的出水连同混凝剂一同泵入锰砂过滤器。

4.根据权利要求1或2或3所述的煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：将超滤处理后的浓水全部回流，纳滤处理后的浓水部分回流至澄清池进行再处理。

5.根据权利要求4所述的煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：所述超滤后的淡水通过高压泵泵入纳滤处理系统中。

6.根据权利要求4所述的煤井水制取饮用水的方法，其特征在于：纳滤处理后的淡水再经紫外线杀菌处理。

7.煤井水制取饮用水的装置，包括管路，其特征在于：所述管路自进水端至出水端依次设置：澄清池、斜管沉淀池、原水水箱、增压泵、锰砂过滤器、超滤器、纳滤器和饮用水水箱。

8.根据权利要求6或7所述的煤井水制取饮用水的装置，其特征在于：所述超滤器和纳滤器的浓水出水端分别设有与澄清池相连的回流管路。

9.根据权利要求8所述的煤井水制取饮用水的装置，其特征在于：所述超滤器和纳滤器之间的管路上还设有高压泵。

10.根据权利要求8所述的煤井水制取饮用水的装置，其特征在于：在锰砂过滤器和超滤器之间的管路上还设有活性炭过滤器和精密过滤器，所述精密过滤器的过滤精度为不小于5μm；所述饮用水水箱的出水端的管路上还设有紫外线杀菌灯和微孔过滤器，所述微孔过滤器的过滤精度为不小于1μm。

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