CN105060398B - 一种煤矿矿井水井下净化处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开煤矿矿井水井下净化处理方法，包括在井下对矿井水进行固液分离的沉淀处理和油水分离处理，去除矿井水中的悬浮物和油污。矿井水经进水管进入水池底部，从布水区均匀排出，经除泥‑除油装置固液分离、油水分离后，悬浮物沉淀后进入排泥装置、油污经集油管排出，净化后的矿井水通过出水管排出。本发明方法使用的设备结构简单，成本低廉，布置在井下，避免了地面处理占地大、污染环境等缺陷，而且本发明方法克服了现有矿井水净化处理无除油措施的技术问题，矿井水中悬浮物和油污的去除效率高，除油效果显著，净化后的水达到回用或饮用的标准。

Description

一种煤矿矿井水井下净化处理方法

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，具体涉及一种矿井水的井下净化处理装置，属于环境保护技术领域。

背景技术

煤矿井下矿井水废水主要是由巷道揭露和采空区塌陷波及地下水源所致，其来源主要是大气降水、地表水、断层水、含水层水、采空区水等。煤矿井下矿井水由于冲刷煤层、并受井下采煤设备的液压油、润滑油泄露等的影响而产生含油矿井废水。因此，矿井水的水质特点是：悬浮物含量高，浊度高；悬浮物粒度小、密度小、沉降性能较差；混凝效果差，混凝过程中难以形成矾花，一般需要投加混凝剂和助凝剂来改善废水的沉降性能；含有较高的乳化油、溶解油类物质。

现有的煤矿矿井水处理工艺流程一般为:矿井水--调节池--提升泵--混凝沉淀反应沉淀池--过滤--消毒--达标排放，其中所述的达标是指达到国家污水综合排放标准。若需要使矿井水达到回用或饮用水用途，还需要对矿井水进行进一步脱除有机污染物、除盐等深度处理。目前常用的深度处理工艺包括超滤、纳滤和反渗透等技术。

目前，对于煤矿矿井水处理的主要问题是矿井水的预处理部分，主要是在混凝沉淀反应单元，一般采用斜板(或斜管)沉淀池的形式。但由于矿井水中的悬浮物浓度较高，斜板(或斜管)填料经常出现被积聚的悬浮物压垮的情况，严重影响深度处理系统的运行效果和处理效率。另外，煤矿矿井水中一般含有较高的乳化油、溶解油类物质。而现有矿井水处理技术的除油效果极其有限。甚至现有矿井水处理系统无除油措施；而且现有斜板沉淀池填料易被堆积的悬浮物压垮，提升费用较高、占地面积较大等问题。煤矿矿井水的处理与利用的常规方法往往是将井下矿井水提升至地面进行处理后，部分在地面利用或外排，部分再返回到井下利用，存在的主要问题除提升费用较高，需要较大的占地面积，还存在施工难度和工程量大、相应管路铺设费用高等缺点。

针对矿井水处理的上述问题，中国矿业大学(北京)何绪文、张先等发明了一种矿井水井下处理系统(发明名称：矿井水井下处理系统；授权公告号：CN101177324B)，该矿井水井下处理系统布置在井下，包括沉淀系统、过滤系统、阻垢系统、供水系统，矿井水首先经过沉淀系统沉淀，再经过滤系统过滤，后经阻垢系统阻垢后，得到可以回用的清水。所述沉淀系统包括沉淀池，沉淀池包括平流区和斜板区，矿井水依次过平流区和斜板区进行沉淀。所述过滤系统包括初级过滤器、精过滤器，精过滤器为双滤料精过滤器，其内部设有果壳滤料和陶粒滤料两种滤料。阻垢系统的阻垢仪为电子型或永磁型的阻垢装置。还包括反冲洗装置，用于对过滤系统进行清洗。虽然该处理系统适用于煤矿矿井水的井下处理，但是该处理系统仅适用于对煤矿高悬浮物、含铁锰矿井水的处理效果明显，对于通常的悬浮物含量高并且乳化油、溶解油类物质含量高的矿井水的仍然存在没有除油措施的处理缺陷，而且该系统还存在流程冗长、一次性投资费用高等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有含油、含悬浮物浓度高的煤矿矿井水的净化处理中存在的技术问题，提供一种煤矿矿井水井下净化处理的装置和处理方法。本发明的净化处理装置，结构简单、成本低，布置在井下避免了地面处理时占地面积大、污染环境、需要铺设长距离管路等缺陷；而且本发明方法在井下净化矿井水不仅对矿井水中的悬浮物进行脱出还对矿井水中的油污进行脱出，净化处理效果显著，除油降浊效率高，油污和悬浮物的去除率高。

为了实现本发明的目的，本发明一方面提供一种煤矿矿井水井下净化处理方法，包括对矿井水在井下进行油水分离处理，去除矿井水中油污。

其中，采用除油填料对矿井水在井下进水所述的油水分离处理。

特别是，所述除油填料是由多个除油单元彼此连接而成除油填料亚层，然后由至少2层除油填料亚层竖向依次叠合排列而成，相邻两个除油填料亚层之间的间距为3-7cm，优选为5cm。

尤其是，所述除油填料的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm。

特别是，所述除油填料的材质选择聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FRP)或PC/ABS合成塑料，优选为PC/ABS合成塑料。

本发明另一方面提供一种矿井水井下净化处理方法，采用矿井水井下净化处理设备依次对矿井水进行沉淀处理，使矿井水中的悬浮物与水流发生固液分离，去除悬浮物；对矿井水进行除油处理，使矿井水中的油污与水流发生油水分离，去除油污。

其中，所述沉淀处理、除油处理过程中矿井水的流速为0.8-1.5m/s，优选为1m/s。

特别是，所述矿井水井下净化处理设备包括水池、进水管、除泥-除油装置、出水管和排泥装置，其中，水池内设置两块竖向隔板，将水池分割成进水区、除泥-除油区、出水区，所述除泥-除油装置设置在除泥-除油区内。

其中，进水区与水池的容积之比为0.05-0.2：1；除泥-除油区与水池的容积之比为0.6-0.9：1；出水区与水池的容积之比为0.05-0.2：1，即进水区的容积：除泥-除油区的容积：出水区的容积为0.05-0.2：0.6-0.9：0.05-0.2。

特别是，所述水池为长方体型或正方体型。

尤其是，所述水池的深度≥150cm。

特别是，所述除泥-除油区用于矿井水的固液分离、油水分离；所述出水区用于储存或暂时存放净化后的矿井水。

其中，所述位于进水区与除泥-除油区之间的第一隔板的顶部与水池的上沿平齐，下端距离水池底部一定距离。

特别是，所述第一隔板的下端距离水池底部的高度为30-50cm，优选为40cm。

尤其是，所述第一隔板的上部开设有水流通道，使得进水区与除泥-除油区在上部相互连通。

特别是，所述水流通道的孔径为1-3cm，优选为2cm。

其中，所述位于出水区与除泥-除油区之间的第二隔板的顶部低于水池的上沿，其下部延伸至水池底部，将除泥-除油区与出水区的下部分割成两个相对独立的部分。

特别是，所述第二隔板的上端距离水池顶部的高度为10-30cm，优选为20cm。

尤其是，所述第二隔板的上部上开设有水流通道，使得出水区与除泥-除油区在上部相互连通。

特别是，所述水流通道的孔径为1-3cm，优选为2cm。

特别是，所述第一隔板、第二隔板分别与水池的内壁固定连接。

其中，所述除泥-除油装置包括自下而上排列的沉降悬浮物的斜板沉淀填料层、油水分离的除油填料层、收集油污的集油管，所述斜板沉淀填料层形成斜板沉淀区，除油填料层形成除油区，所述集油管设置在水池的上部。

特别是，斜板沉淀填料层的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm；斜板沉淀填料层的倾斜角度为45-65°，优选为60°；除油填料层的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm。

尤其是，所述斜板沉淀填料、除油填料的材质选择聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FRP)或PC/ABS合成塑料，优选为PC/ABS合成塑料。

其中，所述斜板沉淀填料层与所述除油填料层彼此分离，间隔30-50cm，优选为40cm。

特别是，所述斜板沉淀填料层与所述除油填料层之间的间隔距离与水池的深度之比为1：4-6，优选为1：5。

其中，所述斜板沉淀填料层设置在距离水池底部30-50cm处，优选为40cm，即斜板沉淀填料层距离水池底部的高度为30-50cm，优选为40cm。

特别是，所述斜板沉淀填料层距离水池底部的高度与水池深度之比为1：4-6，优选为1：5。

特别是，所述第一隔板的下端与所述斜板沉淀填料层的底部相齐平或者延伸至所述斜板沉淀填料层的底部以下。

尤其是，所述第一隔板的下端距离水池底部的高度为30-50cm，优选为40cm。

特别是，所述第一隔板上部与所述除油填料层相对应的位置设有水流通道，使得进水区与除泥-除油区在上部相互连通。

其中，所述除油填料层距离水池顶部的高度≥10-30cm，优选为≥20cm，即除油填料层距离水池顶部的高度至少为10-30cm。

特别是，第二隔板的顶端高于所述除油填料层顶部的高度为20-40cm，优选为30cm。

其中，所述除油填料层由至少2个除油填料亚层竖向依次叠合排列而成，相邻两个除油填料亚层之间的间距为3-7cm，优选为5cm。

特别是，所述除油填料亚层由多个除油单元彼此连接而成，其中所述除油单元为圆台型或正棱台型，且其下底面为开放式，上底面上开设有供液流通过的通孔。

尤其是，所述正棱台型除油单元的下底面的底边彼此连接成一体，四方连续，形成所述的除油填料亚层。

尤其是，所述圆台型除油单元的下底面的外圆周具有向外侧平行伸出的整体呈正多边形的边沿，其中成正多边形的边沿的底边彼此连接成一体，四方连续，形成所述的除油填料亚层。

特别是，相邻两层除油填料亚层的相互竖向叠合的呈圆台型或正棱台型除油单元的上底面之间的间距(h)为3-7cm，优选为5cm；或者下底面之间的间距为3-7cm，优选为5cm。

其中，所述棱台型除油单元的下底面面积与上底面面积之比为1.78-64:1，优选为4-16：1，进一步优选为9：1；棱台的高为2-5cm，优选为2-4cm，进一步优选为3cm。

特别是，所述除油单元的下底面的面积为16-64cm²，优选为25-64cm²，进一步优选为36cm²；上底面的面积为1-9cm²，优选为4cm²。

特别是，所述除油单元上底面上开设的通孔的面积与上底面面积之比为0.50-0.95：1，优选为0.785：1。

尤其是，所述通孔的面积为0.785-7.065cm²，优选为3.14cm²。

特别是，所述通孔的形状为圆形、正方形、或其他任何形状，本发明优选为圆形通孔。

尤其上，所述圆形通孔的半径为0.5-1.5cm，优选为1cm。

特别是，所述除油单元为正四棱台型时，下底面的边长为4-8cm，优选为1-3cm；棱台的高度为2-5cm。

其中，所述圆台型除油单元的下底面面积与上底面面积之比为4-16：1，进一步优选为9：1；棱台的高为2-5cm，优选为2-4cm，进一步优选为3cm。

特别是，所述除油单元的下底面的面积为16-64cm²，优选为25-64cm²，进一步优选为36cm²；上底面的面积为1-9cm²，优选为4cm²。

特别是，所述除油单元上底面上开设的通孔的面积与上底面面积之比为0.50-0.95：1，优选为0.785：1。

尤其是，所述通孔的面积为0.785-7.065cm²，优选为3.14cm²。

特别是，所述通孔选择圆形通孔时，通孔的半径为0.5-1.5cm，优选为1cm。

特别是，所述除油填料层、斜板沉淀填料层分别与第一隔板、第二隔板固定连接。

尤其是，所述第二隔板的上部与除油填料层相连接的位置上开设有水流通道，使得出水区与除泥-除油区在上部相互连通。

特别是，位于出水区与除泥-除油区之间的第二隔板的顶端高于除油填料层；或者所述第二隔板的顶端与所述除油填料层的顶端相齐平；位于进水区与除泥-除油区之间的第一隔板的底端与斜板沉淀填料层的底部平齐或者低于所述斜板沉淀填料层的底部。

其中，所述的集油管设置在水池靠近出水区的一侧。

特别是，所述集油管设置在第二隔板的顶部。水流由除泥-除油区向出水区流动，集油管设在隔离除泥-除油区与出水区的第二隔板的顶部，在水流作用以及集油管的截留作用将上浮的油滴撇留后收集、排出水池；处理后出水溢流至出水区。

本发明选用的集油管采用涡轮杆传动，通过操作杆的转动，使集油管顺时针、逆时针转动各40度以内，集油管长度根据水池宽度确定。

本领域中现有的任何已知的适用于水处理工程的隔油池液面的浮油和平流沉淀池或浮选池等液面的浮渣、泡沫等漂浮物的撇除的集油管均适用于本发明。一般与刮油机、刮渣机、刮油刮泥机配合使用。

其中，所述出水管设置在水池的出水区一侧的池壁上。

其中，所述排泥装置包括收集污泥的呈漏斗形的污泥斗和排泥管道，所述排泥管道与污泥斗的下部固定连接。

特别是，所述污泥斗的上底面与水池底部固定连接。

尤其是，所述排泥装置设置在与除泥-除油区相对应的水池底部的下方，与水池底部固定连接。

特别是，还包括设置在水池底部放空管，用于检修时将水池种的残留的水放空。

尤其是，所述放空管的一端伸入到除泥、除油区的底部，另一端从水池底部的侧壁伸出(通常设置在靠近出水区的一侧)，将水池内部的污泥、污水等排出净化设备。

放空管的作用是在本发明设备停止进水后，将水池内的水排空，然后进行设备检修。

为保障本发明净化处理设备的自动运行，高效除油沉淀一体化处理装置设有电自控系统。电自控系统的电气元件设有防尘、防湿和防爆装置，能安全用于煤矿井下。自动控制子系统控制整个系统安全正常的运行。

本发明又一方面提供一种利用矿井水井下净化设备净化矿井水的方法，包括如下顺序进行的步骤：

1)进水、布水处理

矿井水通过矿井水井下净化处理设备的进水管流入，在净化设备水池底部的布水区均匀分布后流入除泥-除油装置；

2)固液分离处理

矿井水由下向上浮动过程中，在斜板沉淀材料的作用下，发生固液分离，沉淀悬浮物，形成污泥下沉，获得固液分离矿井水；

3)油水分离处理

固液分离矿井水首先流入缓冲区，缓解水力冲击负荷和沉淀悬浮物；然后流入除油区，在除油材料的作用下进行油水分离；

4)污泥处理

步骤2)、3)沉淀的污泥在重力作用下下沉，收集于设置在净化设备水池底部排泥装置中，定期排出。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明的矿井水井下净化方法采用斜板沉淀区对矿井水进行固液分离，将矿井水中的悬浮固体(SS)首先去除，然后采用呈圆台型或棱台形的除油单元形成的除油填料层对矿井水进行油水分离，去除效率高，悬浮物的去除率达到91.5％以上，油污的去除率达到85％以上。

2、本发明方法的净化设备采用PC/ABS合成塑料作为斜板沉淀区、除油区的材质，PC/ABS材料结合了两种材料的优异特性，具有优越的成型性、机械性、耐冲击强度和耐温等性质，使得除泥-除油装置的强度高，耐冲击能力强，不易压垮，特别适合对含有高悬浮固体(SS)物质的矿井水进行处理。

3、与现有传统波纹板聚结油水分离器相比，本发明方法的净化设备中的除油填料层竖向叠合，除油填料单元呈圆台型或棱台形，矿井水从除油单元的底部进入，从顶部流出，矿井水在流动过程中水流呈扩散、收缩的交替紊流状态，使矿井水中的油滴之间增大了碰撞几率，从而使小油珠逐渐变大，加快了油滴的上浮速率和聚集，可去除20μm以上的油滴，提供除油效率。

4、经本发明方法净化后的矿井水可回用于井下液压支架冷却液用水、井下降尘用水和井下消防用水等多种用途。

5、本发明方法在矿井井下环境下使用，所用电气元器件均采用隔爆安全型，保证井下工作条件下的安全使用。

6、本发明方法的净化设备直接布置在煤矿矿井下，矿井水经处理后直接用于井下回用，极大地节省了废水处理的投资和运行费用。

附图说明

图1矿井水井下处理设备示意图，其在实线箭头表示水流的流向，虚线箭头表示污泥的流向；

图2矿井水井下处理设备俯视图；

图3为图1中A部分的放大示意图；

图4为本发明呈棱台型除油单元形成的单层除油亚层的放大示意图；

图5为本发明呈棱台型除油单元形成的单层除油填料亚层的俯视局部放大示意图；

图6为本发明成圆台型除油单元的放大示意图；

图7为本发明成圆台型除油单元形成的除油填料亚层的俯视示意图；

图8为第二隔板的正面放大示意图；

图9为本发明净化处理设备反洗流程图。

附图标记说明

1、水池；11、第一隔板；12、第二隔板；13、进水区；14、除泥-除油区；15、出水区；2、进水管；3、除泥-除油装置；31、斜板沉淀填料层；32、除油填料层；33、集油管；34、布水区；35、缓冲区；36、油污汇集区；4、出水管；5、排泥装置；51、污泥斗；52、排泥管；6、放空管；7、除油填料亚层；8、除油单元；81、下底面；82、上底面；83、通孔；84、底部边沿；9、水流通道。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

如图1-5所示，本发明的矿井水井下处理设备包括水池1、进水管2、除泥-除油装置3、出水管4和排泥装置5，其中，水池为长方形或正方形，水池内设置竖向隔板11、12，将水池分割成进水区13、除泥-除油区14、出水区15，所述除泥-除油装置3设置在除泥-除油区内。进水区与水池的容积之比为0.05-0.2：1；除泥-除油区与水池的容积之比为0.6-0.9：1；出水区与水池的容积之比为0.05-0.2：1，即进水区的容积：除泥-除油区的容积：出水区的容积为0.05-0.2：0.6-0.9：0.05-0.2。

本发明实施例中以长方体型水池为例进行说明，水池深度≥150cm。

隔离进水区与除泥-除油区的第一隔板11的顶部与水池的上沿平齐，下端距离水池底部一定距离，即与水池的底部留有空隙，使得矿井水从除泥-除油区的底部流入除泥-除油区。第一隔板11的下端距离水池底部的高度为30-50cm。

将出水区与除泥-除油区相隔离的第二隔板12的顶部低于水池的上沿，其顶部距离水池上沿的高度为10-30cm，其下部延伸至水池底部，将除泥-除油区与出水区的下部分割成两个相对独立的部分。而第二隔板12的上部与除泥-除油区的上部通过水流通道相互连通(参见附图8)，使得除泥-除油后的矿井水顺利流入出水区，然后排出矿井水井下净化设备。

第一隔板11、第二隔板12与水池内壁固定连接，本发明实施例中采用焊接方式连接成一体，其他任何现有已知的固定连接方式均适用本发明的隔板与水池内壁的固体连接。

进水管2设置在水池的进水区一侧的池壁上，将矿井水导入水池，进水管的位于水池内部的一端伸入到水池的底部，使得水流在除泥-除油区始终是由下向上的浮动；进水管位于水池外部的另一端可以设置在水池的上部也可以设置在水池的下部。

除泥-除油装置3包括自下而上排列的沉降悬浮物的斜板沉淀填料层31、油水分离的除油填料层32、收集油污的集油管33，斜板沉淀填料层形成斜板沉淀区，除油填料层形成除油区。所述斜板沉淀填料层与所述除油填料层彼此分离，间隔30-50cm(优选为40cm)。

集油管设置在水池靠近出水区的一侧，位于第二隔板的顶部，水流由除泥-除油区向出水区流动，集油管设在隔离除泥-除油区与出水区的第二隔板的顶部，在水流作用以及集油管的截留作用将上浮水池上部的油污撇留后收集、排出水池；处理后出水溢流至出水区。

斜板沉淀填料层的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm；斜板沉淀填料层的倾斜角度为45-65°，优选为60°。除油填料层的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm。

斜板沉淀填料层由PC/ABS合成塑料制成的斜板填料组成。在斜板沉淀填料层内，矿井水中的悬浮物(SS)经斜板碰撞后聚集增大，下沉，在重力作用下沉入排泥装置后排出。

本发明采用PC/ABS合成塑料作为斜板填料可有效避免由于矿井水中悬浮物质(SS)浓度高，常规斜板填料容易压垮的缺点。在斜板沉淀区，废水中的悬浮固体基本上全部被截留去除。矿井水经斜板沉淀区实现固液分离。

本发明的斜板填料的材质选择聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FRP)或PC/ABS合成塑料，优选为PC/ABS合成塑料。PC/ABS合成塑料购自上海拜耳塑料有限公司，产品型号：FR3002。本领域已知任何斜板沉淀材料均适用于本发明。

如图1，除油填料层的顶端低于第二隔板的顶端，第二隔板的顶端高于除油填料层顶部的高度为20-40cm，优选为30cm。

如图1、3、4、5，本发明的除油填料层32由至少2个除油填料亚层7竖向依次叠合排列而成，相邻两个除油填料亚层之间的间距为3-7cm，优选为5cm，除油填料层的高度为30-100cm。

除油填料亚层由多个除油单元8彼此连接成片，除油单元四方连接成片，形成除油填料亚层。相邻两层除油填料亚层的除油单元彼此上下竖向叠合，相邻两个除油单元之间的间距h为3-7cm。

每个除油单元为圆台型或正棱台型，且其下底面为开放式，上底面和侧面由除油材料围成，形成除油单元。除油单元的上底面上开设有供液流通过的通孔(本发明中称为液孔)83(通孔可以是圆孔，也可以是其他任何形状的孔洞，只要水流可以通过即可)，以便从下底面流入除油填料层的污水从除油单元上底面的圆孔中流出，形成矿井水收缩流入类似于喇叭口内，过水断面不断变化，过水断面由宽变窄，水流由扩散到收缩，再扩散，再收缩反复变化的状态。多层除油填料亚层叠合后形成除油填料层，进入除油区的水流在除油填料层中由扩散到收缩，再扩散再收缩的交替紊流状态，增大矿井水中油滴之间碰撞几率，使小油珠逐渐变大，加快了油滴的上浮速率和聚集。

相邻两个正棱台型除油单元的下底面的一条边彼此连接在一起，四方连续，如图2、3、5，形成除油填料亚层，多层除油填料亚层竖向依次叠合，形成除油填料。相邻两层除油填料亚层间的间距为3-7cm，优选为5cm，即相互叠合的两层除油填料亚层的相互叠合的除油单元的上底面之间的距离为3-7cm，优选为5cm。

除油单元为圆台型时，其下底面的外圆周具有向外侧平行伸出的整体呈正多边形的边沿，如图6所示。相邻两个圆台型除油单元的下底面的呈正多边形的边沿的一条边彼此连接在一起，四方连续，如图7，形成除油填料亚层，多层除油填料亚层竖向依次叠合，形成除油填料。相邻两层除油填料亚层间的间距为3-7cm，优选为5cm，即相互叠合的两层除油填料亚层的相互叠合的除油单元的上底面之间的距离为3-7cm，优选为5cm。

除油单元的下底面面积与上底面面积之比为4-16：1，优选为9：1；棱台的高为2-5cm，优选为2-4cm，进一步优选为3cm；下底面的面积为16-64cm²，优选为25-64cm²，进一步优选为36cm²；上底面的面积1-9cm²，优选为4cm²；上底面上的通孔的面积为0.785-7.065cm²，优选为3.14cm²。上底面上开设的通孔为圆形，其半径为0.5-1.5cm，优选为1cm。

竖向叠合排列的相邻两层除油填料亚层之间固定连接，除油填料层的两侧与池壁固定连接。竖向叠合排列的相邻两层除油填料亚层之间通过可拆卸螺栓固定连接，除油填料层的四周分别与第一、第二隔板11、12、水池的内壁焊接在一起。

除油填料层由PC/ABS合成塑料制成。本发明的除油填料的材质选择聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FRP)或PC/ABS合成塑料，优选为PC/ABS合成塑料。PC/ABS合成塑料购自上海某塑料有限公司。

本发明实施例中除油单元以正四棱台型为例进行说明，其下底面完全开放，水流从下底面流入类似于喇叭口内，水流由扩散到收缩，然后从上底面的圆孔中流出，进入叠合在其上部的另一个除油单元内，水流重复由扩散到收缩的交替紊流状态。

本发明实施例中每个除油单元为正四棱台型，下底面的边长为4-8cm，上底面的边长为1-3cm；棱台的高度为2-5cm。其下底面为开放式，矿井水从下底面进入除油填料层；上底面和侧面由除油材料围成，且上底面上开设圆形通孔，以供矿井水从上底面流出，进入另一层除油填料亚层，圆形通孔的孔径为0.5-1.5mm。相邻两个正四棱台型的除油单元的下底面的一条边彼此连接在一起，四方连续，形成除油填料亚层，多层除油填料亚层竖向依次叠合，形成除油填料，如图3、4。除油填料亚层的剖视图显示每个除油单元连续成梯形结构连接。相邻两层除油填料亚层间的间距为3-7cm，优选为5cm，即相互叠合的两层除油填料亚层的相互叠合的除油单元的上底面之间的距离为3-7cm，优选为5cm。

斜板沉淀填料层、除油填料层与第一隔板11、第二隔板12和水池内壁固定连接。本发明实施例中采用焊接方式连接成一体，其他任何现有已知的固定连接方式均适用本发明的隔板与水池内壁的固体连接。

斜板沉淀填料层设置在距离水池底部30-50cm处，即斜板沉淀填料层的底部距离水池底部的高度为30-50cm。斜板沉淀填料层底部与水池底部之间的空间形成矿井水进入斜板沉淀填料层的布水区34，也就是说布水区的高度为30-50cm。

斜板沉淀填料层31与油水分离的除油填料层32彼此间隔一段距离，彼此不接触，在斜板沉淀填料层与除油填料层之间的空间形成水流缓冲层35，即斜板沉淀填料层31的上表面与油水分离的除油填料层32的下表面相隔一定距离，在斜板沉淀填料层31的上表面与油水分离的除油填料层32的下表面之间形成缓冲层。斜板沉淀填料层的顶部与油水分离的除油填料层的底部之间的距离为30～50cm(优选为40cm)，形成的缓冲层的高度为30～50cm。

除油填料层设置在距离水池顶部至少30cm处，即除油填料层的顶部低于水池的上沿，距离水池上沿的高度至少为30cm。除油填料层顶部与水池上沿之间的空间形成矿井水油水分离后油污上浮汇集区36，也就是说油污汇集区的高度至少为30cm。

如图1，除油填料层的顶端低于第二隔板的顶端，第二隔板的顶端高于除油填料层顶部的高度为20-40cm，优选为30cm。

斜板沉淀填料层由采用PC/ABS合成塑料制成的斜板填料组成。斜板沉淀填料层的高度为30-100cm，优选为30-60cm，进一步优选为50cm。在斜板沉淀填料层内，矿井水中的悬浮物(SS)经斜板碰撞后聚集增大，下沉，在重力作用下沉入排泥系统的排泥区。

本发明采用PC/ABS合成塑料作为斜板填料可有效避免由于矿井水中悬浮物质(SS)浓度高，常规斜板填料容易压垮的缺点。在斜板沉淀区，废水中的悬浮固体基本上全部被截留去除。矿井水经斜板沉淀区实现固液分离。

本发明的斜板填料的材质选择聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、玻璃钢(FRP)或PC/ABS合成塑料，优选为PC/ABS合成塑料。

在斜板沉淀区实现固液分离后的矿井水流继续向上流动进入缓冲区，沉淀的SS物质在重力作用沉入排泥区。

在除泥-除油装置内的斜板沉淀填料层和除油填料层之间的缓冲区，对矿井水中的微小SS进行进一步的固液分离，并起到缓解水力冲击负荷的作用。缓冲区的高度与水池的深度之比为1：4-6，优选为1：5。

缓冲区的高度为30～50cm，矿井水在缓冲层中的流速为0.12～0.20m/s。在此区域内，矿井水从斜板沉淀区流入缓冲区时，液体分子成紊流状态，流体分子间会相互发生布朗碰撞运动，更加有利于微小SS的聚积，聚积后的SS由重力作用得以下沉，对矿井水中的悬浮物进行进一步的固液分离，同时缓冲层还能调节水力负荷冲击，使矿井水均匀进入除油区。因此，缓冲层的作用是进一步对矿井水中的微小SS进行固液分离后能进一步起到缓解水力冲击负荷的作用，尤其是减少水力冲击除油材料的负荷。

矿井水水流流经缓冲区后继续向上流动，自下而上进入除油填料层，在除油填料的作用下，进行油水分离、固液分离。矿井水从圆台型或棱台型除油单元的下底面流入后，过水断面是不断变化，有宽变窄，再由窄变宽，水流呈扩散、收缩的交替紊流状态，使得矿井水中的油滴之间增大了碰撞几率，从而使小油珠逐渐变大，加快了油滴的上浮速率和聚集。而且在除油填料层顶部，更加有利于聚结油滴的上浮和SS的下沉，聚集后上浮的油滴经除油填料顶部的圆孔上浮至除泥-除油装置顶部的油污回集区。

在除油填料板顶部，由于容积急剧减小，增大了油滴之间的碰撞几率，促使小油滴迅速变大，加快油滴的上浮速度，油污快速向上浮动到达油污汇集区，达到加快油水分离的目的；同样由于梯形填料板顶部容积急剧减小，也极大地加快了水中SS的碰撞、聚积速率，使SS迅速聚积、变大，加快下沉速度，沉积于除油填料亚层的上表面，达到固液分离的目的；。

油水分离、固液分离后的矿井水水流通过第二隔板12上部的水流通道9流入出水区，然后经过出水管排出净化设备。

除泥-除油装置3的除泥沉淀填料层31、除油填料层32分别与第一隔板11、第二隔板12固定连接，而且隔板11、12与除油填料层相连接的部分开设有水流通道9，使得除油区与出水区、除油区与进水区彼此连通，在净化处理过程中使得除泥-除油后的矿井水顺利流入出水区，然后排出矿井水井下净化设备，在反洗除油填料层的过程中，反冲洗水从出水区进入除油填充层，将沉积在除油填料层上表面的污泥冲洗后，流入进水区、布水区，然后流入排泥装置排除；第一隔板11、第二隔板12与缓冲区、斜板沉淀填料层相对应的部分封闭，缓冲区、斜板沉淀填料区与出水区、进水区彼此隔离，相对独立。

第一隔板11的底端可以与斜板沉淀填料层的底部相齐平，也可以低于斜板沉淀填料层的底部，只要第一隔板11的底部与水池的底部有一定距离即可。本发明实施例中以第一隔板11的底端与斜板沉淀填料层的底部相齐平为例进行说明(如图1)。

出水管4设置在水池的出水区一侧的池壁上，将净化后的矿井水导出水池。

排泥装置5设置在与除泥-除油区向对应的水池底部的下方，包括收集污泥的呈漏斗形的污泥斗51和排泥管道52。污泥斗的上底面与水池的底部固定连接，便于尽可能多地收集沉降的污泥，由于污泥斗上底面大，下底面小，呈漏斗形，收集后的污泥在重力作用下，具有一定压缩作用，便于进一步降低沉淀的污泥的含水量，为后续污泥的处理和回收。污泥斗的下底面与排泥管道固定连接，将收集并压缩后的污泥，定期排出净化处理设备。

为解决现有斜板填料强度差、以压垮的缺点，以及提高除油填料油水分离性能的目的，本发明中斜板沉淀区和除油区的填料的材质采用PC/ABS合成塑料。PC/ABS是聚碳酸酯(PC)和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的混合物，是由PC和ABS合成而成的热可塑性塑胶。ABS材料具有韧、硬、刚均衡的力学性能，但其力学性能稍差，制约了其应用。PC材料具有很好的力学性能，耐化学溶剂性和热稳定性。但PC也有其自身的缺点，尤其是耐冲击性能差。PC/ABS材料结合了两种材料的优异特性，具有优越的成型性、机械性、耐冲击强度和耐温等性质。本发明中使用的PC/ABS材料采购自上海某塑料制品厂，PC/ABS的理化性质如下：密度：1.11kg/m³；成型收缩率：0.5-0.7％；拉伸强度：52MPa；弯曲强度：65MPa；弯曲模量：2000MPa；冲击强度：52KJ/m²。

下面描述采用本发明净化设备对矿井水井下净化处理的工艺过程：

井下矿井水首先经进水管2进入水池1的进水区，从水池底部流入除泥-除油区的布水区，矿井水均匀地从斜板沉淀填料层的底部流入斜板沉淀区。在斜板沉淀填料层的作用下，矿井水中的SS物质经斜板碰撞后聚集增大，在重力作用下下沉，实现矿井水的固液分离，下沉的污泥进入排泥装置，收集于污泥斗中并在下沉过程中被压缩，最后通过排泥管排出；在斜板沉淀填料层实现固液分离后的液体水流继续上浮，穿过斜板沉淀区后进入缓冲区，矿井水在缓冲区内上浮的过程中，微小的SS进一步聚集、沉淀，进一步实现矿井水的固液分离，同时水流流入缓冲区后，缓解水力冲击负荷后向上流入除油填料层，在本发明的呈圆台型或棱台形的除油单元的作用下进行油水分离，由于油污的比重小于水的比重，油污在过水断面不断变化的流动过程中，快速向上浮动，与水发生分离，油滴在快速上浮的过程中汇集增大，聚集后的油滴从除油单元的顶部圆孔中流出，进入油污汇集区。所述集油管设置在第二隔板的顶部。水流由左至右，集油管设在顶部最右端，靠水流作用以及集油管的截留作用将油滴撇留后经过集油管33排出。在除油填料层进行油水分离的矿井水从相邻两层除油填料亚层的缝隙中通过第二隔板12上部的与出水区连通的出水孔流向出水区，得到净化后的矿井水，然后通过出水管排出。

本发明为了便于检修，在本发明的矿井水井下净化设备的底部，设有放空管(附图中未标出)。放空管的一端伸入到除泥-除油区的底部，另一端从水池底部的侧壁伸出(通常设置在靠近出水区的一侧)，将水池内部的污泥、污水等排出净化设备。

除油区的下沉的悬浮物(SS)聚集后沉积在每一层除油填料亚层的外壁上，需要定期对沉积的SS进行反洗。首先停止进水，对净化处理设备进行反洗的反洗水由出水管通入反洗水，反洗水通入第二隔板上部的水流通道流入除油填料层，通过水流的作用，将沉积在除油填料亚层上表面的SS冲下，经过第一隔板上部的水流通道流入进水区，流入布水区，然后在自身重力的作用下沉入污泥斗，排出。

反洗过程如图9所示。对于除油填料上沉淀下来的SS的反洗流程示意图。

实施例1

采用本发明的净化设备处理中国神华神东某矿井的井下矿井水，矿井水的性能指标参数如下：

水量： 10t/d(10吨/天)

悬浮物(SS)： 65.8-316.5mg/L

含油量(石油类)： 5.5-14.2mg/L

1、进水、布水

井下矿井水通过进水管2流入本发明的净化设备的呈长方体型的水池的进水区13中，从水池底部的流入除泥-除油区14的布水区34，其中：水流的流速为1.0-1.5m/s，水池的体积为25m³；水池深度为250cm；进水区的体积为2.5m³；除泥-除油区的体积为20m³；布水区的高度为50cm；第二隔板的顶部距离水池上沿的高度为20cm；除油填料层的上部距离第二隔板的顶部的距离为40cm；

2、固液分离

矿井水水流从斜板沉淀填料层的底部向上流入斜板沉淀填料区，矿井水中的悬浮物在流动过程中相互碰撞、聚集增大、下沉，实现固液分离，其中，斜板沉淀填料层采用PC/ABS合成塑料制成，其高度为50cm；斜板沉淀填料层的底部距离水池底部的高度为50cm；水流的流速为1.0-1.5m/s；斜板沉淀填料层的倾斜角度为60°(45-65°均适用于本发明)；

斜板填料2采用PC/ABS合成塑料，可有效避免由于矿井水中悬浮物质(SS)浓度高，常规斜板填料容易压垮的缺点。在斜板沉淀区，废水中的悬浮固体基本上全部被截留去除。

3、油水分离

固液分离后的矿井水流出斜板沉淀填料层的上部，继续上浮至缓冲区35，缓冲区的高度为40cm；水流的流速为1.0m/s；

水流从除油填料层的底部流入除油填料区，在除油填料层进行油水分离，油污快速上浮并穿过除油填料层上部，进入油污汇集区，经集油管排出；净化后的水流从第二隔板12上部的水流通道9流入出水区，然后经出水管排出，其中，水流的流速为1.0m/s；除油填料层采用PC/ABS合成塑料制成，其高度为50cm；相邻两层除油填料亚层之间的距离为5cm；正棱台型除油单元的下底面的边长为6cm；上底面的边长为2cm；棱台的高度为3cm；上底面上的圆孔的孔径为1cm；

4、污泥处理

步骤2中固液分离后的污泥在重力作用下下沉，收集于设置在水池底部的污泥斗中，在污泥沉积过程中发生压缩后，定期由排泥管排出。

净化后的矿井水的水质性能指标参数如表1所示。

表1井下矿井水就地处理前后水质情况一览表

实施例2

步骤1中除了水流速度为0.8-1.0m/s；水池深度为180cm；布水区高度为30cm；第二隔板的顶部距离水池上沿的高度为30cm；除油填料层的上部距离第二隔板的顶部的距离为30cm之外，其余与实施例1相同；

步骤2中除了斜板沉淀填料层高度为30cm，斜板沉淀填料层的底部距离水池底部的高度为60cm，水流速度为0.8-1.0m/s之外，其余与实施例1相同；

步骤3中除了缓冲区的高度为30cm，水流速度为0.8-1.0m/s，除油填料层的高度为30cm，相邻两层除油填料亚层之间的距离为7cm，正棱台型除油单元的下底面的边长为5cm，上底面的边长为1cm；棱台的高度为2cm；上底面上的圆孔的孔径为0.8mm之外，其余与实施例1相同；

净化后的矿井水的水质性能指标参数如表2所示。

表2井下矿井水就地处理前后水质情况一览表

实施例3

步骤1中除了水流速度为1.0-1.3m/s；水池深度为250cm，布水区高度为40cm第二隔板的顶部距离水池上沿的高度为10cm；除油填料层的上部距离第二隔板的顶部的距离为30cm；之外，其余与实施例1相同；

步骤2中除了斜板沉淀填料层高度为60cm，斜板沉淀填料层的底部距离水池底部的高度为50cm之外，其余与实施例1相同；

步骤3中除了缓冲区的高度为50cm，水流速度为1.0-1.3m/s，除油填料层的高度为60cm，相邻两层除油填料亚层之间的距离为3cm，正棱台型除油单元的下底面的边长为8cm，上底面的边长为3cm；棱台的高度为4cm；上底面上的圆孔的孔径为1.5mm之外，其余与实施例1相同；

净化后的矿井水的水质性能指标参数如表3所示。

表3井下矿井水就地处理前后水质情况一览表

检测结果表明：采用本发明矿井水井下净化处理设备净化处理的矿井水达到国家排放标准，采用本发明方法在井下处理矿井水的处理效率高，SS的去除率达到91.5％～94.7％；油含量(石油类)的去除率达到85.8-89.4％；矿井水处理设备的处理能力大，出水污水排放标准。

Claims (6)

1.一种煤矿矿井水井下净化处理方法，其特征是，采用矿井水井下净化处理设备依次对矿井水进行沉淀处理，使矿井水中的悬浮物与水流发生固液分离，去除悬浮物；对矿井水进行除油处理，使矿井水中的油污与水流发生油水分离，去除油污；其中，所述矿井水井下净化处理设备包括水池(1)、进水管(2)、除泥-除油装置(3)、出水管(4)和排泥装置(5)，并且水池内设置两块竖向隔板(11、12)将水池分割成进水区(13)、除泥-除油区(14)、出水区(15)，其中设置在除泥-除油区内的所述除泥-除油装置包括自下而上排列的沉降悬浮物的斜板沉淀填料层(31)、油水分离的除油填料层(32)、收集油污的集油管(33)，所述斜板沉淀填料层形成斜板沉淀区，除油填料层形成除油区，所述集油管设置在水池的上部；其中，所述除油填料层(32)由至少2个除油填料亚层(7)竖向依次叠合排列而成，除油填料亚层由多个除油单元彼此连接而成，其中所述除油单元为圆台型或正棱台型，且其下底面为开放式，上底面上开设有供液流通过的通孔，相邻两个除油填料亚层之间的间距为3-7cm。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是所述沉淀处理、除油处理过程中矿井水的流速为0.8-1.5m/s。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述进水区的容积：除泥-除油区的容积：出水区的容积为0.05-0.2：0.6-0.9：0.05-0.2。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述除泥-除油装置的斜板沉淀填料层与除油填料层彼此分离，间隔30-50cm。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，所述斜板沉淀填料层的高度为30-100cm；所述除油填料层的高度为30-100cm。

6.一种利用矿井水井下净化设备净化煤矿矿井水的方法，其特征是，所述矿井水井下净化设备包括水池(1)、进水管(2)、除泥-除油装置(3)、出水管(4)和排泥装置(5)，并且水池内设置两块竖向隔板(11、12)将水池分割成进水区(13)、除泥-除油区(14)、出水区(15)，其中设置在除泥-除油区内的所述除泥-除油装置包括自下而上排列的沉降悬浮物的斜板沉淀填料层(31)、油水分离的除油填料层(32)、收集油污的集油管(33)，所述斜板沉淀填料层形成斜板沉淀区，除油填料层形成除油区，所述集油管设置在水池的上部；其中，所述除油填料层(32)由至少2个除油填料亚层(7)竖向依次叠合排列而成，除油填料亚层由多个除油单元彼此连接而成，其中所述除油单元为圆台型或正棱台型，且其下底面为开放式，上底面上开设有供液流通过的通孔，相邻两个除油填料亚层之间的间距为3-7cm，所述净化方法包括如下顺序进行的步骤：

1)进水、布水处理

矿井水通过矿井水井下净化处理设备的进水管流入，在净化设备水池底部的布水区均匀分布后流入除泥-除油装置；

2)固液分离处理

矿井水由下向上浮动过程中，在斜板沉淀材料的作用下，发生固液分离，沉淀悬浮物，形成污泥下沉，获得固液分离矿井水；

3)油水分离处理

固液分离矿井水首先流入缓冲区，缓解水力冲击负荷和沉淀悬浮物；然后流入除油区，矿井水从除油单元的底部进入，从顶部流出，矿井水在流动过程中呈扩散、收缩的交替紊流状态，在除油材料的作用下进行油水分离；

4)污泥处理

步骤2)、3)沉淀的污泥在重力作用下下沉，收集于设置在净化设备水池底部排泥装置中，定期排出。