CN103787528A - 一种煤矿井下移动式矿井水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，包括：位于煤矿井下的原水储水仓、净水仓、移动式管式膜处理机构和移动式污泥处理系统；所述原水储水仓通过原水进水管与移动式管式膜处理机构的入口连接；所述移动式管式膜处理机构的净水出口通过净水出水管与所述净水仓连接，其浓水出口通过浓缩泥水出水管与移动式污泥处理系统的入口连接。本发明的有益效果如下：可以避免将煤矿井下的矿井水提升到地面处理，降低电能的消耗，进一步降低煤矿矿井水处理成本；出水的水质稳定；节约药剂成本的同时，避免了对水质的二次污染；不占用地面的土地资源，节约建设投资成本。

Description

一种煤矿井下移动式矿井水处理系统

技术领域

本发明涉及煤矿井下矿井水处理技术领域，特别是指一种煤矿井下移动式矿井水处理系统。

背景技术

目前我国高浊度水，如煤矿矿井水的处理系统均建在地面上，其采用的主流处理工艺大都如下：将煤矿矿井水从井下的矿井水储水仓提升到地面上的调节池中，再从调节池中提升到混凝沉淀池中，在其输送管道上分别设置絮凝剂投加装置和助凝剂投加装置，分别向输送管道内的矿井水中投加絮凝剂和助凝剂；其中絮凝剂一般采用聚合氯化铝，助凝剂一般采用聚丙烯酰胺。

投入絮凝剂后水中的悬浮微粒失去稳定性，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体，絮凝体长大到一定体积后会在重力作用下脱离水相沉淀，从而去除水中的大量悬浮物。

另外，为了缩短水中悬浮微粒的沉淀时间，加入助凝剂，助凝剂将形成的絮凝体进一步聚合，形成更大的絮凝体，加快实现固液分离的速度。

经固液分离后的水进入中间水池，中间水池中的水进一步被泵入多介质过滤器，通过多介质的吸附与拦截进一步去除水中的悬浮物、颗粒和胶体。从过滤器流出的水被投加消毒剂后，进入净水池，净水池中的水大部分重新返回到煤矿井下再利用，小部分供给地面杂用。

混凝沉淀池中产生的污泥与过滤器中产生的反冲洗水一起进入污泥浓缩池，污泥浓缩池中的上清液回流到调节沉淀池，污泥定期集中处理。

上述煤矿矿井水处理工艺中存在如下几个方面的问题：

1、煤矿井水需要从煤矿井下提升到地面进行净化处理，平均需要提升的高度达200米，这个过程需要使用提升泵，消耗大量电能，提高水处理的成本，不利于环保。

2、上述的处理工艺中用到的多介质过滤器处理方式比较落后，多介质过滤器是依靠滤料的吸附与拦截去除水中固体颗粒的，过滤器初运行时，滤料颗粒中间的滤膜尚未形成，一些较小的颗粒就会通过过滤器进入清水池中，导致进入净水池中的水体中依然有浊度和肉眼可见颗粒物，出水水质不稳定。

3、上述煤矿矿井水处理过程中，需要使用大量的絮凝剂与助凝剂，絮凝剂一般采用聚合氯化铝，国家《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中明确规定水中的铝离子不能大于0.2毫克/升，人体过量摄入铝会引起多种疾病，例如老年痴呆症等。助凝剂一般采用聚丙烯酰胺，聚丙乙烯胺溶液有微毒性，对人体也会造成伤害。因此，采用絮凝剂和助凝剂处理过的水会被二次污染。

4、大量使用絮凝剂与助凝剂，导致矿井水处理运行成本极高：

水处理厂每处理一吨水需要消耗絮凝剂与助凝剂各50～100g，其中絮凝剂每克0.0018～0.0026元、助凝剂每克0.008～0.02元。取中间值计算吨水处理成本为0.0022×75+0.014×75=1.215元。

5、矿井水在地面上处理，并且处理工艺较复杂，导致矿井水处理厂占地面积大，浪费了大量的地上土地资源。

发明内容

本发明提出一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，解决了现有技术中煤矿井下矿井水处理过程消耗电能大、出水水质不稳定、水体容易被二次污染的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，包括：位于煤矿井下的原水储水仓、净水仓、移动式管式膜处理机构和移动式污泥处理系统；所述原水储水仓通过原水进水管与移动式管式膜处理机构的入口连接；所述移动式管式膜处理机构的净水出口通过净水出水管与所述净水仓连接，其浓水出口通过浓缩泥水出水管与移动式污泥处理系统的入口连接。

所述移动式管式膜处理机构包括管式膜组件、反洗机构和药洗机构；所述管式膜组件包括管式膜、管式膜壳、进口法兰和出口法兰；所述管式膜壳与所述净水出水管相连通；所述进口法兰与所述原水进水管连接；所述出口法兰与所述浓缩泥水出水管的入口连接。

所述管式膜的过滤孔的孔径小于1微米；所述管式膜为高分子材料或陶瓷材料制成的管式膜，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯。

所述管式膜壳为高分子材料或不锈钢材料制成的管式膜壳，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。

所述反洗机构包括反洗水泵和反洗水储水罐，所述反洗水储水罐与所述净水出水管之间通过反洗水进水管相连接；所述反洗水泵设置在所述反洗水进水管上；所述药洗机构包括药洗水泵和药洗水储水罐，所述药洗水储水罐与所述管式膜壳之间通过药洗水进水管相连接；所述药洗水泵设置在所述药洗水进水管上。

所述净水出水管上设有消毒装置。

所述移动式污泥处理系统包括分别设置在矿车上的叠螺式污泥脱水机和絮凝剂投加装置；所述叠螺式污泥脱水机包括脱水过滤主体、絮凝混合槽和脱水控制系统；所述脱水过滤主体的过滤水通过回流管与所述原水储水仓连接；所述浓缩泥水出水管的出口与所述絮凝混合槽的入口连接；所述脱水过滤主体内设有螺旋推进轴，所述螺旋推进轴与第一控制电机的输出端连接；所述絮凝混合槽内设有搅拌装置，所述搅拌装置与第二控制电机的输出端连接；所述第一控制电机和第二控制电机均受控于所述脱水控制系统。

所述絮凝剂投加装置包括储药桶，所述储药桶的出口通过输药管与所述絮凝混合槽连接；所述储药桶内设有药剂搅拌器，所述药剂搅拌器与第三控制电机的输出端连接；所述输药管上设有药剂输送泵；所述第一控制电机、第二控制电机和第三控制电机均为防爆电机。

所述原水储水仓内设有防爆潜水泵和防爆液位开关。

所述脱水控制系统为防爆PLC控制器系统，其型号为EB4D3A；所述防爆电机的型号为YBUD-90。

本发明的工作过程和工作原理如下：

原水储水仓内的煤矿矿井原水依次经过原水进水管、进口法兰进入管式膜内，管式膜内的大部分水通过管式膜上的过滤孔渗透到管式膜壳中，管式膜壳中收集到的水即为过滤之后的净水；管式膜壳内的净水通过净水出水管输送到同样位于煤矿井下的净水仓中。

经管式膜过滤之后的净水在进入净水仓之前，会经过净水出水管上设置的消毒装置，消毒装置对经过其的净水进行消毒，因此，最终进入到净水仓中的水是经过过滤并消毒之后的净水，保证净水的洁净。

管式膜内的小部分浓缩后的泥水依次通过出口法兰、浓缩泥水出水管流出到叠螺式污泥脱水机的絮凝混合槽内；与此同时，絮凝剂投加装置不断将储药桶内的絮凝剂通过输药管投入叠螺式污泥脱水机的絮凝混合槽内，这样进入到絮凝混合槽内的就是浓缩泥水和絮凝剂的混合物。

位于矿车上的絮凝剂投加装置内的第三控制电机不断控制药剂搅拌器对储药桶内的絮凝剂进行搅拌，防止絮凝剂沉淀，保证絮凝剂的正常使用浓度，确保其药效的充分发挥。

叠螺式污泥脱水机内的脱水控制系统控制第二控制电机启动，第二控制电机控制搅拌装置对絮凝混合槽内的污泥进行搅拌，污泥与絮凝药剂发生反应生成大于5mm以上的矾花。之后污泥从絮凝混合槽不断被输送到脱水过滤主体中。脱水过滤主体内污泥中的液体部分由定片和动片之间的滤缝快速流出，并通过回流管回流到原水储水仓内继续参与净化处理；固体污泥部分在螺旋转轴缓慢运转下形成泥饼，并被输送至脱水机的污泥出口，在脱水过程中，随着滤缝和螺距的变小，腔内的空间不断缩小，产生极大的内压，再加上压泥板的作用，达到简单又充分的脱水目的。

上述移动式管式膜处理机构中的反洗机构周期性地对管式膜进行反冲洗，去除管式膜内的大部分杂质物，保证管式膜上的过滤孔畅通无阻。药洗机构定期对管式膜进行药洗，确保管式膜内无污染物，将管式膜上被杂质物堵死的过滤孔打通，进一步保证管式膜上过滤孔的通透性和清洁。

本发明的有益效果为：

通过将煤矿井下的水仓分为原水仓和净水仓，并将移动式管式膜处理机构和污泥处理系统分别设置在煤矿井下的移动式矿车上，将所需的水泵、电机、控制系统等都设置成具有一级防爆等级的设备，可以避免将煤矿井下的矿井水提升到地面，降低电能的消耗，进一步降低煤矿井下的矿井水处理成本。

采用管式膜组件能够对高浊度的矿井水进行过滤净化处理，设备抗污染能力强、耐磨损、适用于粘度高、固体颗粒物含量高的矿井水的净化处理，管式膜过滤净水出水的水质稳定。

整个处理系统的水处理过程中不需要添加任何药剂，节约药剂成本的同时，避免了对水质的二次污染，使得净化后的水浊度小于1.5NTU。

由于系统设置在煤矿井下，不占用地面的土地资源，节约建设投资成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统的整体结构示意图；

图中：

1、原水储水仓，2、净水仓，3、脱水过滤主体，4、絮凝混合槽，5、脱水控制系统，6、第一控制电机，7、第二控制电机，8、储药桶，9、第三控制电机，10、原水进水管，11、管式膜，12、管式膜壳，13、进口法兰，14、出口法兰，15、净水出水管，16、反洗水进水管，17、反洗水泵，18、反洗水储水罐，19、消毒装置，20、药洗水进水管，21、药洗水泵，22、药洗水储水罐，23、浓缩泥水出水管，24、输药管，25、回流管。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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作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。

如图1所示的实施例可知，本发明所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，包括：位于煤矿井下的原水储水仓1、净水仓2、移动式管式膜处理机构和移动式污泥处理系统；所述原水储水仓1通过原水进水管10与移动式管式膜处理机构的入口连接；所述移动式管式膜处理机构的净水出口通过净水出水管15与所述净水仓2连接，其浓水出口通过浓缩泥水出水管23与移动式污泥处理系统的入口连接。

所述移动式管式膜处理机构包括管式膜组件、反洗机构和药洗机构；所述管式膜组件包括管式膜11、管式膜壳12、进口法兰13和出口法兰14；所述管式膜壳12与所述净水出水管15相连通；所述进口法兰13与所述原水进水管10连接；所述出口法兰14与所述浓缩泥水出水管23的入口连接。

所述管式膜11的过滤孔的孔径小于1微米；所述管式膜11为高分子材料或陶瓷材料制成的管式膜，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯。

所述管式膜壳12为高分子材料或不锈钢材料制成的管式膜壳，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。

所述反洗机构包括反洗水泵17和反洗水储水罐18，所述反洗水储水罐18与所述净水出水管15之间通过反洗水进水管16相连接；所述反洗水泵17设置在所述反洗水进水管16上；所述药洗机构包括药洗水泵21和药洗水储水罐22，所述药洗水储水罐22与所述管式膜壳12之间通过药洗水进水管20相连接；所述药洗水泵21设置在所述药洗水进水管20上。

所述净水出水管15上设有消毒装置19。

所述移动式污泥处理系统包括分别设置在矿车上的叠螺式污泥脱水机和絮凝剂投加装置；所述叠螺式污泥脱水机包括脱水过滤主体3、絮凝混合槽4和脱水控制系统5；所述脱水过滤主体3的过滤水通过回流管25与所述原水储水仓1连接；所述浓缩泥水出水管23的出口与所述絮凝混合槽4的入口连接；所述脱水过滤主体3内设有螺旋推进轴，所述螺旋推进轴与第一控制电机6的输出端连接；所述絮凝混合槽4内设有搅拌装置，所述搅拌装置与第二控制电机7的输出端连接；所述第一控制电机6和第二控制电机7均受控于所述脱水控制系统5。

所述絮凝剂投加装置包括储药桶8，所述储药桶8的出口通过输药管24与所述絮凝混合槽4连接；所述储药桶8内设有药剂搅拌器，所述药剂搅拌器与第三控制电机9的输出端连接；所述输药管上设有药剂输送泵；所述第一控制电机6、第二控制电机7和第三控制电机9均为防爆电机。

所述脱水控制系统5为防爆PLC控制器系统，其型号为EB4D3A；所述防爆电机的型号为YBUD-90。

所述原水储水仓1内设有防爆潜水泵和防爆液位开关。

上述矿井下移动式矿井水处理系统的工作过程如下：

原水储水仓1内的煤矿矿井矿井水原水依次经过原水进水管10、进口法兰13进入管式膜11内，管式膜11内的大部分水通过管式膜11上的过滤孔渗透到管式膜壳12中，管式膜壳12中收集到的水即为过滤之后的净水；管式膜壳12内的净水通过净水出水管15输送到同样位于煤矿井下的净水仓2中。

经管式膜11过滤之后的净水在进入净水仓2之前，会经过净水出水管15上设置的消毒装置19，消毒装置19对经过其的净水进行消毒，因此，最终进入到净水仓2中的水是经过过滤并消毒之后的净水，保证净水的洁净。

管式膜2内的小部分浓缩后的泥水依次通过出口法兰14、浓缩泥水出水管23流出到叠螺式污泥脱水机的絮凝混合槽4内；与此同时，絮凝剂投加装置不断将储药桶8内的絮凝剂通过输药管24投入叠螺式污泥脱水机的絮凝混合槽4内，这样进入到絮凝混合槽4内的就是浓缩泥水和絮凝剂的混合物。

位于矿车上的絮凝剂投加装置内的第三控制电机9不断控制药剂搅拌器对储药桶8内的絮凝剂进行搅拌，防止絮凝剂沉淀，保证絮凝剂的正常使用浓度，确保其药效的充分发挥。

叠螺式污泥脱水机内的脱水控制系统5控制第二控制电机7启动，第二控制电机7控制搅拌装置对絮凝混合槽4内的污泥进行搅拌，污泥与絮凝药剂发生反应生成大于5mm以上的矾花。之后污泥从絮凝混合槽4不断被输送到脱水过滤主体1中。脱水过滤主体1内污泥中的液体部分由定片和动片之间的滤缝快速流出，并通过回流管25回流到原水储水仓1内继续参与净化处理；固体污泥部分在螺旋转轴缓慢运转下形成泥饼，并被输送至脱水机的污泥出口，在脱水过程中，随着滤缝和螺距的变小，腔内的空间不断缩小，产生极大的内压，再加上压泥板的作用，达到简单又充分的脱水目的。

上述移动式管式膜处理机构中的反洗机构周期性地对管式膜11进行反冲洗，去除管式膜11内的大部分杂质物，保证管式膜11上的过滤孔畅通无阻。反洗过程如下：

反洗水储水罐18内的反洗水通过反洗水泵17被抽到反洗水进水管16内，反洗水进水管16内的反洗水进一步通过净水出水管15进入管式膜壳12和管式膜11内，最终从原水进水管10流出，完成对管式膜11的冲洗，将管式膜11上一些明显的物理杂质冲走。

药洗机构定期对管式膜11进行药洗，确保管式膜11内无污染物，将管式膜11上被杂质物堵死的过滤孔打通，进一步保证管式膜11上过滤孔的通透性和清洁。药洗过程如下：

药洗水储水罐22内的药洗水通过药洗水泵21被抽到药洗水进水管20内，药洗水进水管20内的药洗水进一步进入管式膜壳12内，然后从管式膜壳12进入管式膜11内，最终透过管式膜11部分的药洗水从原水进水管10流出到原水储水仓1中，未透过管式膜11部分的药洗水返回药洗水储水罐22内，完成对管式膜11的药洗，将管式膜11上被杂质堵死的过滤孔打通，彻底清洗管式膜11。

综上所述，本发明通过将煤矿井下的水仓分为原水储水仓和净水仓，并将移动式管式膜处理机构和污泥处理系统分别设置在煤矿井下的移动式矿车上，将所需的水泵、电机、控制系统等都设置成具有一级防爆等级的设备，可以避免将煤矿井下的矿井水提升到地面处理，降低电能的消耗，进一步降低煤矿矿井水处理成本。

采用管式膜组件能够对高浊度的矿井水进行过滤净化处理，设备抗污染能力强、耐磨损、适用于粘度高、固体颗粒物含量高的矿井水的净化处理，管式膜过滤后的水质稳定。

整个处理系统的水处理过程中不需要添加任何药剂，节约药剂成本的同时，避免了对水质的二次污染，使得净化后的水浊度小于1.5NTU。

由于系统设置在煤矿井下，不占用地面的土地资源，节约建设投资成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，包括：位于煤矿井下的原水储水仓（1）、净水仓（2）、移动式管式膜处理机构和移动式污泥处理系统；所述原水储水仓（1）通过原水进水管（10）与移动式管式膜处理机构的入口连接；所述移动式管式膜处理机构的净水出口通过净水出水管（15）与所述净水仓（2）连接，其浓水出口通过浓缩泥水出水管（23）与移动式污泥处理系统的入口连接。

2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述移动式管式膜处理机构包括管式膜组件、反洗机构和药洗机构；所述管式膜组件包括管式膜（11）、管式膜壳（12）、进口法兰（13）和出口法兰（14）；所述管式膜壳（12）与所述净水出水管（15）相连通；所述进口法兰（13）与所述原水进水管（10）连接；所述出口法兰（14）与所述浓缩泥水出水管（23）的入口连接。

3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述管式膜（11）的过滤孔的孔径小于1微米；所述管式膜（11）为高分子材料或陶瓷材料制成的管式膜，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚偏氟乙烯。

4.根据权利要求2所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述管式膜壳（12）为高分子材料或不锈钢材料制成的管式膜壳，所述高分子材料为聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。

5.根据权利要求2所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述反洗机构包括反洗水泵（17）和反洗水储水罐（18），所述反洗水储水罐（18）与所述净水出水管（15）之间通过反洗水进水管（16）相连接；所述反洗水泵（17）设置在所述反洗水进水管（16）上；所述药洗机构包括药洗水泵（21）和药洗水储水罐（22），所述药洗水储水罐（22）与所述管式膜壳（12）之间通过药洗水进水管（20）相连接；所述药洗水泵（21）设置在所述药洗水进水管（20）上。

6.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述净水出水管（15）上设有消毒装置（19）。

7.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述移动式污泥处理系统包括分别设置在矿车上的叠螺式污泥脱水机和絮凝剂投加装置；所述叠螺式污泥脱水机包括脱水过滤主体（3）、絮凝混合槽（4）和脱水控制系统（5）；所述脱水过滤主体（3）的过滤水通过回流管（25）与所述原水储水仓（1）连接；所述浓缩泥水出水管（23）的出口与所述絮凝混合槽（4）的入口连接；所述脱水过滤主体（3）内设有螺旋推进轴，所述螺旋推进轴与第一控制电机（6）的输出端连接；所述絮凝混合槽（4）内设有搅拌装置，所述搅拌装置与第二控制电机（7）的输出端连接；所述第一控制电机（6）和第二控制电机（7）均受控于所述脱水控制系统（5）。

8.根据权利要求7所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述絮凝剂投加装置包括储药桶（8），所述储药桶（8）的出口通过输药管（24）与所述絮凝混合槽（4）连接；所述储药桶（8）内设有药剂搅拌器，所述药剂搅拌器与第三控制电机（9）的输出端连接；所述输药管上设有药剂输送泵；所述第一控制电机（6）、第二控制电机（7）和第三控制电机（9）均为防爆电机。

9.根据权利要求1所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述原水储水仓（1）内设有防爆潜水泵和防爆液位开关。

10.根据权利要求8所述的一种煤矿井下移动式矿井水处理系统，其特征在于，所述脱水控制系统（5）为防爆PLC控制器系统，其型号为EB4D3A；所述防爆电机的型号为YBUD-90。

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