CN106242107B - 一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法，由车载系统，角铁支撑架，登高检修爬梯，移动万向刹车轮，矿井水净化中心，中央控制器组成。所述车载系统车厢上部表面设有角铁支撑架，所述角铁支撑架底部设有移动万向刹车轮，所述角铁支撑架内部包围有矿井水净化中心，所述矿井水净化中心一侧设有登高检修爬梯，所述中央控制器位于角铁支撑架表面；所述移动万向刹车轮可在车载系统车厢上表面任意移动并固定。本发明所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法结构新颖合理，铁锰离子去除效率高效，适用范围广阔。

Description

一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法
技术领域
本发明属于矿井水净化装置和净化方法领域，具体涉及一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法。
背景技术
我国许多地区的矿井水源，尤其是东北地区、华南地区、中南地区和西南地区的主要城市和地区的矿井水源中存在铁、锰超标现象，对矿区居民的身心健康、日常生活、矿区供水管网和工业生产等均造成不利影响。早在建国初期我国就确立了“地下水除铁除锰”，其理论及应用先后经历了自然氧化法、接触氧化法、生物法三个发展阶段。但至今为止，如何实现铁、锰的快速高效去除仍是常规水处理工艺流程所面临与需要解决的常见问题之一。为此，本专利针对铁、锰的去除提出创新技术，这一具有重要社会效益及经济效益。
随着我国经济的快速发展，人类活动所导致的地下水污染已从点状污染逐渐扩展到面状污染。地下水尤其是矿井水源污染超标项目中铁、锰是造成水质污染的最常见因素。铁和锰超标有自然产生和人为造成两种途径。自然产生的主要为原生环境引起的污染，与地质构造有很大的关系，其污染普遍。而人为造成的主要是含铁含锰废水的肆意排放。
铁、锰是人体必需的生理微量元素，但人体摄取过多铁、锰也会导致慢性中毒。其中铁中毒的症状为肝、脾有大量铁沉积，并出现肝硬化、骨质疏松、软骨钙化、皮肤棕黑色、腺体纤维化、胰岛素分泌减少等，进而导致碳水化合物代谢紊乱和糖尿病。锰的生理毒性比铁更严重，人体过量摄取锰会使脑中神经递质合成减少，严重的将损坏神经，水中含铁、锰量高时，会有色、臭、味。而且会污染卫生设备、家用器具，使其出现锈斑或棕褐色。洗涤衣物时也会留下斑渍。从而影响人们生活。
对于矿区供水系统，当原水中铁没有被充分去除就直接供给用户，会产生黄褐色、红褐色的浑浊自来水。当锰含量高时会出现黑褐色自来水。矿区供水系统在投氯消毒后，水中残留的锰被氯氧化生成水合二氧化锰的黑色沉淀，沉淀物沉积到净水设施和输、配水管网的内壁上。随着沉积物渐多，将缩小过水断面，降低输水能力。当水中含有溶解氧时，含铁含锰水为铁细菌和锰细菌大量繁殖提供了条件，铁锰细菌和硫酸盐还原菌共生，加速了金属管道的腐蚀。
水中过量铁、锰对工业生产也会产生极大危害。作为洗涤用水或生产原料时会降低产品光泽颜色等质量，如纺织、印染、针织、造纸等行业影响尤为突出。水中的铁、锰能固着于纤维上，在纺织品上产生锈色斑点。染色时，铁、锰能与染料结合，使色调不鲜艳。
铁、锰还对漂白剂的分解有催化作用，使漂白作业发生困难。在造纸工业中，水中的铁、锰能选择性的吸附于纤维素之间，使纸浆颜色变黄，并使漂白和染色效果降低。在酿造用水中，铁、锰有异味，并能与某些有机物生成带色的化合物，使产品色和味的质量降低。在食品工业中，水中过量的铁、锰能影响产品的色泽。在锅炉用水中，铁、锰是生成水垢和罐泥的成分之一。在冷却用水中，铁能附着于加热管壁上，降低管壁的传热系数，当水中含铁量高时，甚至能堵塞冷却水管。在油田的油层注水中，铁、锰能堵塞地层孔隙，减少注水量，降低注水效果。
综上所述，水中过量的铁、锰不仅对人们生活、供水系统、工业生产有影响，对人类健康也是百害而无一利。因此各国的饮用水水质指标中都对铁、锰的含量做了严格的限制。我国在《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中对作为集中式生活饮用水地表水源地补充项目的铁、锰指标进行限制：Fe<0.3mg/L，Mn<0.1mg/L，在《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)中也作了相同规定。
除铁、锰的现有技术是：
1.自然氧化法
自然氧化法包括曝气、氧化反应、沉淀、过滤等一系列工序。其中曝气可根据需要充氧或投加氯气。该方法对铁的去处效果较好。含铁地下水经曝气充氧或投加氯气后，水中的Fe2+被氧化为Fe(OH)3颗粒，因其溶解度小而沉淀析出，经过滤等固液分离净化工序而去除。空气氧化除铁法无论从运转费用或对铁的氧化性能上看都是很有价值的方法，但Fe2+被氧化生成的Fe(OH)3颗粒难以絮凝，总会有部分胶体粒子穿透滤层而影响出水水质。此外，水中溶解性硅酸还会影响Fe(OH)3的絮凝，当硅酸浓度大于40-50mg/L时，硅酸会与铁反应生成某种高分子物质而影响铁的氧化。
自然氧化法除铁、锰反应过程中，氧化和沉淀两过程要求水在反应沉淀池中停留相当长的时间。该工艺系统复杂，设备庞大，投资多，且除铁、锰效果不甚理想。实践表明，这种方法是不适合我国供水设施建设基金有限的现实国情。
接触氧化法
接触氧化法是李圭白院士等于20世纪60年代实验成功的一套方法。该工艺流程主要是曝气后直接过滤。水中的铁、锰在滤池中被氧化为高价铁、锰的氢氧化物，并逐渐附着在滤料的表面上，形成“活性滤膜”。50年代初日本和我国学者通过多次实验证实，滤料表面形成的“活性滤膜’，具有接触催化作用，能大大加快氧化速度。接触氧化法已被应用于我国地下水除铁、锰的很多实际工程，实践表明，该法对于易氧化的铁的去除非常有效。
在接触氧化除锰方面发现一些问题。一方面，地下水一般为铁、锰共存，铁的氧化电位比锰低，铁比锰容易被氧化，水中铁的存在对锰的氧化有干扰作用。为排除铁快速氧化对锰氧化的干扰，接触氧化法采用一级曝气过滤除铁，二级曝气过滤除锰的分级方法。分级曝气过滤工艺流程复杂，运行费用高；另一方面，锰难以在滤层中快速氧化为MnO2而附着于滤料上形成“锰质活性滤膜”，除锰能力形成周期比较长，而且由于经常性反冲洗等外界因素的干扰，“锰质活性滤膜”较难形成，除锰效果呈现很不稳定的状态。
生物氧化法
20世纪90年代，张杰院士等通过在沈阳李官卜、鞍山大赵台、抚顺开发区水厂等地进行除铁除锰的现场试验研究，发现了生物氧化现象。通过大量微生物学试验，证明了滤池中铁细菌的高效除锰作用，最终确立了“生物固锰除锰”理论。该理论认为，在生物除锰滤层中，滤料表面生成了一个复杂的微生物生态系统，在该系统中存在着大量具有铁、锰氧化能力的细菌，除锰滤层的活性就来自于滤料表面所固着的铁、锰氧化细菌的氧化活性。在pH中性域范围内，除铁除锰滤层中Mn2+的氧化是以铁、锰氧化细菌为主的生物氧化。
生物法除铁除锰的研究已经持续多年，但工程实践相对较少，目前尚未构建起完善的工程设计理论及参数确定方法，例如因生物除锰动力学模式尚未确立而使除锰滤层厚度难以通过理论计算，只能通过不精确的经验方法或繁琐的试验方法确定；同时在工程实践方面尚缺乏一套规范化的运行调试方法，例如铁细菌在初期接入滤层时优势地位的确立与稳固过程，可能对滤层生物相造成较大扰动与破坏的外界运行参数如滤速、反冲洗强度及时间等，目前尚无确切的控制标准。
药剂氧化法
药剂氧化法除铁、锰是利用氧化剂的强氧化性将水中溶解性的铁、锰氧化，生成高价的铁、锰化合物固体，再通过各种沉淀、过滤方式将这些铁、锰化合物从水中去除。可选用的氧化剂有臭氧、氯气、二氧化氯和高锰酸钾等。
臭氧是一种很强的氧化剂，不仅能迅速氧化水中的二价铁，并且在比较低的pH值和无催化剂的条件下，能将二价锰完全氧化。其反应式为：
2Fe2++O3+5H2O--2Fe(OH)3+4H++O2
Mn2++O3+2H2O--Mn(OH)2+2H++O2
但臭氧发生装置价格昂贵，成本高，臭氧投量难以控制，一般要与活性炭等后处理联用，使工艺流程复杂。臭氧氧化一般多用于饮用水的深度处理。
在现有技术条件下，除铁、锰处理的建设成本和运行成本的增加将成为必然。目前没有除铁、锰处理一体化装置，现有的传统工艺，处理方法具有工艺流程长，控制复杂，占地大，处理成本高等缺点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备，包括：车载系统1，角铁支撑架2，登高检修爬梯3，移动万向刹车轮4，矿井水净化中心5，中央控制器6；所述车载系统1车厢上部表面设有角铁支撑架2，所述角铁支撑架2底部设有移动万向刹车轮4，所述角铁支撑架2内部包围有矿井水净化中心5，所述矿井水净化中心5一侧设有登高检修爬梯3，所述中央控制器6位于角铁支撑架2表面；
所述移动万向刹车轮4可在车载系统1车厢上表面任意移动并固定。
进一步的，所述矿井水净化中心5包括：多介质过滤装置5-1，活性颗粒过滤装置5-2，铁离子过滤装置5-3，锰离子过滤装置5-4，串联管5-5，初过滤出水管5-6，中间存水罐5-7，高压泵5-8，混凝液进液管5-9，混凝剂存储罐5-10，混凝剂输送装置5-11，反渗透膜过滤罐5-12，排污管5-13，清水出水管5-14；所述多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3、锰离子过滤装置5-4依次按顺序放置在水平面上，多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3、锰离子过滤装置5-4之间通过串联管5-5相贯通；所述初过滤出水管5-6一端连通锰离子过滤装置5-4上端口，初过滤出水管5-6另一端连通混凝液进液管5-9，初过滤出水管5-6上依次串联有中间存水罐5-7及高压泵5-8；所述混凝液进液管5-9与反渗透膜过滤罐5-12相连通，所述反渗透膜过滤罐5-12垂直均匀排布，反渗透膜过滤罐5-12数量在4～6组之间，相邻两反渗透膜过滤罐5-12间距6cm～12cm；所述反渗透膜过滤罐5-12上方设有混凝剂存储罐5-10，所述混凝剂存储罐5-10与反渗透膜过滤罐5-12之间通过混凝剂输送装置5-11相连通，所述混凝剂输送装置5-11上的电控阀、流量计、压力泵分别与中央控制器6导线控制连接；所述排污管5-13及清水出水管5-14位于反渗透膜过滤罐5-12另一端，排污管5-13及清水出水管5-14上的电控阀分别与中央控制器6导线控制连接；
混凝剂按重量份数计，由以下成分组成：
N，N′-二甲基二硫代氨基甲酸镍34份，二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐34份，二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐29份，二(N,N-二戊基二硫代氨基甲酸)锌93份，N,N-二烷基二硫代氨基甲酸49份，N,N-二乙基二硫代氨基甲酸12份，N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸铁18份，N,N'-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯(BDC)31份，双(N,N-二乙基二硫代甲氨酰)乙酸33份，三-N-二甲基二硫代氨基甲酸胂19份，N-二甲基二硫代氨基甲酸钾21份。
进一步的，所述反渗透膜过滤罐5-12包括：反渗透膜过滤罐外壳5-12-1，反渗透滤膜5-12-2，过滤能力传感器5-12-3；所述反渗透膜过滤罐外壳5-12-1外形呈“骨”状结构，反渗透膜过滤罐外壳5-12-1由防腐材料组成；所述反渗透滤膜5-12-2位于反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内部，反渗透滤膜5-12-2形状与反渗透膜过滤罐外壳5-12-1相同，反渗透滤膜5-12-2距反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内壁2cm～5cm，反渗透滤膜5-12-2表面聚集大量的微孔，微孔直径大小在100nm～300nm之间；所述过滤能力传感器5-12-3位于反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内部，过滤能力传感器5-12-3中央控制器6导线控制连接。
进一步的，所述反渗透滤膜5-12-2由高分子材料压模成型，反渗透滤膜5-12-2的组成成分和制造过程如下：
一、反渗透滤膜5-12-2组成成分：
按重量份数计，二硫代氨基甲酸盐(DTC)61～141份，[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐81～141份，二乙基二硫代氨基甲酸铜盐131～251份，二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐81～191份，甲基二硫代氨基甲酸单钠盐71～151份，二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐121～241份，浓度为51ppm～91ppm的N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺81～131份，β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇71～131份，对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺71～181份，交联剂91～161份，二甲基甲酰胺二甲缩醛51～131份，N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺91～171份，4-(N,N-二乙氨基)水杨醛41～81份，3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨51～131份；
所述交联剂为N,N'-双(2-水杨醛缩氨基苯基)1,3-丙二酸二酰胺、N-乙基-N-氯乙基-4-氨基-2-甲基苯甲醛、邻甲基(N-乙基N-氯乙基)氨基丁苯甲醛中的任意一种；
二、反渗透滤膜5-12-2的制造过程，包含以下步骤：
第1步：在反应釜中加入电导率为0.41μS/cm～0.71μS/cm的超纯水531～1201份，启动反应釜内搅拌器，转速为91rpm～231rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至61℃～81℃；依次加入二硫代氨基甲酸盐(DTC)、[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐、二乙基二硫代氨基甲酸铜盐，搅拌至完全溶解，调节pH值为2.1～7.1，将搅拌器转速调至121rpm～251rpm，温度为91℃～161℃，酯化反应21～31小时；
第2步：取二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐、甲基二硫代氨基甲酸单钠盐进行粉碎，粉末粒径为211～531目；加二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为28mm～58mm，采用剂量为2.1kGy～8.1kGy、能量为4.1MeV～11MeV的α射线辐照51～131分钟，以及同等剂量的β射线辐照71～161分钟；
第3步：经第2步处理的混合粉末溶于N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺中，加入反应釜，搅拌器转速为81rpm～181rpm，温度为91℃～141℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.41MPa～-0.81MPa，保持此状态反应21～51小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.31MPa～0.71MPa，保温静置21～31小时；搅拌器转速提升至111rpm～251rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇、对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺完全溶解后，加入交联剂搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为4.1～7.1，保温静置21～31小时；
第4步：在搅拌器转速为131rpm～261rpm时，依次加入二甲基甲酰胺二甲缩醛、N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺、4-(N,N-二乙氨基)水杨醛、3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨，提升反应釜压力，使其达到0.81MPa～1.61MPa，温度为131℃～271℃，聚合反应21～41小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至31℃～41℃，出料，入压模机即可制得反渗透滤膜5-12-2。
本发明还公开了一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备的处理方法，该方法包括以下几个步骤：
第1步：将矿井水净化中心5通过移动万向刹车轮4固定在车载系统1车厢上表面相应位置，中央控制器6启动输水装置将铁锰离子污水输送至矿井水净化中心5中，水体流量计将进水流量控制在17.5m3/h～32.5m3/h之间；
第2步：铁锰离子污水依次流经多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3及锰离子过滤装置5-4，分别将铁锰离子污水中的悬浮胶状物、异味臭味、铁离子及锰离子去除干净；
第3步：中央控制器6开启初过滤出水管5-6上的电控阀将初过滤后的混浊液输送至中间存水罐5-7内，与此同时，中央控制器6启动混凝剂输送装置5-11将混凝剂存储罐5-10中的混凝剂输送至中间存水罐5-7中，混凝剂与初过滤后的混浊液在中间存水罐5-7中混合均匀；第4步：中央控制器6启动高压泵5-8将中间存水罐5-7内的混合液通过混凝液进液管5-9以高压形式输送至反渗透膜过滤罐5-12内，经反渗透滤膜5-12-2过滤后的污垢经排污管5-13排出，清水经清水出水管5-14排出；
第5步：过滤能力传感器5-12-3实时监控反渗透滤膜5-12-2的过滤能力，当过滤能力传感器5-12-3检测到过滤能力低于45％～60％时，过滤能力传感器5-12-3向中央控制器6发送反馈信号并报警25s，提示工作人员加大高压泵5-8的输送压力或更换反渗透滤膜5-12-2。
本发明专利公开的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法，其优点在于：
(1)该装置采用多级净化层，净水效果更佳；
(2)该装置结构设计合理紧凑，集成度高；
(3)该装置反渗透滤膜采用高分子材料制备，过滤能力保持率提升显著。
本发明所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法结构新颖合理，铁锰离子去除效率高效，适用范围广阔。
附图说明
图1是本发明中所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备示意图。
图2是本发明中所述的矿井水净化中心结构示意图。
图3是本发明中所述的反渗透膜过滤罐结构示意图。
图4是本发明所述的反渗透滤膜材料与过滤能力保持率关系图。
以上图1～图3中，车载系统1，角铁支撑架2，登高检修爬梯3，移动万向刹车轮4，矿井水净化中心5，多介质过滤装置5-1，活性颗粒过滤装置5-2，铁离子过滤装置5-3，锰离子过滤装置5-4，串联管5-5，初过滤出水管5-6，中间存水罐5-7，高压泵5-8，混凝液进液管5-9，混凝剂存储罐5-10，混凝剂输送装置5-11，反渗透膜过滤罐5-12，反渗透膜过滤罐外壳5-12-1，反渗透滤膜5-12-2，过滤能力传感器5-12-3，排污管5-13，清水出水管5-14，中央控制器6。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明提供的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备进行进一步说明。
如图1所示，是本发明中所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备的示意图。图中看出，包括：车载系统1，角铁支撑架2，登高检修爬梯3，移动万向刹车轮4，矿井水净化中心5，中央控制器6；所述车载系统1车厢上部表面设有角铁支撑架2，所述角铁支撑架2底部设有移动万向刹车轮4，所述角铁支撑架2内部包围有矿井水净化中心5，所述矿井水净化中心5一侧设有登高检修爬梯3，所述中央控制器6位于角铁支撑架2表面；所述移动万向刹车轮4可在车载系统1车厢上表面任意移动并固定。
如图2所示，是本发明中所述的矿井水净化中心结构示意图。从图2或图1中看出，所述矿井水净化中心5包括：多介质过滤装置5-1，活性颗粒过滤装置5-2，铁离子过滤装置5-3，锰离子过滤装置5-4，串联管5-5，初过滤出水管5-6，中间存水罐5-7，高压泵5-8，混凝液进液管5-9，混凝剂存储罐5-10，混凝剂输送装置5-11，反渗透膜过滤罐5-12，排污管5-13，清水出水管5-14；所述多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3、锰离子过滤装置5-4依次按顺序放置在水平面上，多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3、锰离子过滤装置5-4之间通过串联管5-5相贯通；所述初过滤出水管5-6一端连通锰离子过滤装置5-4上端口，初过滤出水管5-6另一端连通混凝液进液管5-9，初过滤出水管5-6上依次串联有中间存水罐5-7及高压泵5-8；所述混凝液进液管5-9与反渗透膜过滤罐5-12相连通，所述反渗透膜过滤罐5-12垂直均匀排布，反渗透膜过滤罐5-12数量在4～6组之间，相邻两反渗透膜过滤罐5-12间距6cm～12cm；所述反渗透膜过滤罐5-12上方设有混凝剂存储罐5-10，所述混凝剂存储罐5-10与反渗透膜过滤罐5-12之间通过混凝剂输送装置5-11相连通，所述混凝剂输送装置5-11上的电控阀、流量计、压力泵分别与中央控制器6导线控制连接；所述排污管5-13及清水出水管5-14位于反渗透膜过滤罐5-12另一端，排污管5-13及清水出水管5-14上的电控阀分别与中央控制器6导线控制连接；
混凝剂按重量份数计，由以下成分组成：
N，N′-二甲基二硫代氨基甲酸镍34份，二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐34份，二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐29份，二(N,N-二戊基二硫代氨基甲酸)锌93份，N,N-二烷基二硫代氨基甲酸49份，N,N-二乙基二硫代氨基甲酸12份，N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸铁18份，N,N'-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯(BDC)31份，双(N,N-二乙基二硫代甲氨酰)乙酸33份，三-N-二甲基二硫代氨基甲酸胂19份，N-二甲基二硫代氨基甲酸钾21份。
如图3所示，是本发明中所述的反渗透膜过滤罐结构示意图。从图3或图1中看出，所述反渗透膜过滤罐5-12包括：反渗透膜过滤罐外壳5-12-1，反渗透滤膜5-12-2，过滤能力传感器5-12-3；所述反渗透膜过滤罐外壳5-12-1外形呈“骨”状结构，反渗透膜过滤罐外壳5-12-1由防腐材料组成；所述反渗透滤膜5-12-2位于反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内部，反渗透滤膜5-12-2形状与反渗透膜过滤罐外壳5-12-1相同，反渗透滤膜5-12-2距反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内壁2cm～5cm，反渗透滤膜5-12-2表面聚集大量的微孔，微孔直径大小在100nm～300nm之间；所述过滤能力传感器5-12-3位于反渗透膜过滤罐外壳5-12-1内部，过滤能力传感器5-12-3中央控制器6导线控制连接。
本发明所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备的工作过程是：
第1步：将矿井水净化中心5通过移动万向刹车轮4固定在车载系统1车厢上表面相应位置，中央控制器6启动输水装置将铁锰离子污水输送至矿井水净化中心5中，水体流量计将进水流量控制在17.5m3/h～32.5m3/h之间；
第2步：铁锰离子污水依次流经多介质过滤装置5-1、活性颗粒过滤装置5-2、铁离子过滤装置5-3及锰离子过滤装置5-4，分别将铁锰离子污水中的悬浮胶状物、异味臭味、铁离子及锰离子去除干净；
第3步：中央控制器6开启初过滤出水管5-6上的电控阀将初过滤后的混浊液输送至中间存水罐5-7内，与此同时，中央控制器6启动混凝剂输送装置5-11将混凝剂存储罐5-10中的混凝剂输送至中间存水罐5-7中，混凝剂与初过滤后的混浊液在中间存水罐5-7中混合均匀；第4步：中央控制器6启动高压泵5-8将中间存水罐5-7内的混合液通过混凝液进液管5-9以高压形式输送至反渗透膜过滤罐5-12内，经反渗透滤膜5-12-2过滤后的污垢经排污管5-13排出，清水经清水出水管5-14排出；
第5步：过滤能力传感器5-12-3实时监控反渗透滤膜5-12-2的过滤能力，当过滤能力传感器5-12-3检测到过滤能力低于45％～60％时，过滤能力传感器5-12-3向中央控制器6发送反馈信号并报警25s，提示工作人员加大高压泵5-8的输送压力或更换反渗透滤膜5-12-2。
本发明所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备及其处理方法结构新颖合理，铁锰离子去除效率高效，适用范围广阔。
以下是本发明所述反渗透滤膜5-12-2的制造过程的实施例，实施例是为了进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明精神和实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。
若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
按照以下步骤制造本发明所述反渗透滤膜5-12-2，并按重量分数计：
第1步：在反应釜中加入电导率为0.41μS/cm的超纯水531份，启动反应釜内搅拌器，转速为91rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至61℃；依次加入二硫代氨基甲酸盐(DTC)61份、[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐份、二乙基二硫代氨基甲酸铜盐131份，搅拌至完全溶解，调节pH值为2.1，将搅拌器转速调至121rpm，温度为91℃，酯化反应21小时；
第2步：取二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐81份、甲基二硫代氨基甲酸单钠盐71份进行粉碎，粉末粒径为211目；加二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐121份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为28mm，采用剂量为2.1kGy、能量为4.1MeV的α射线辐照51分钟，以及同等剂量的β射线辐照71分钟；
第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为51ppm的N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺81份中，加入反应釜，搅拌器转速为81rpm，温度为91℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.41MPa，保持此状态反应21小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.31MPa，保温静置21小时；搅拌器转速提升至111rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇71份、对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺71份完全溶解后，加入交联剂91份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为4.1，保温静置21小时；
第4步：在搅拌器转速为131rpm时，依次加入二甲基甲酰胺二甲缩醛51份、N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺91份、4-(N,N-二乙氨基)水杨醛41份、3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨51份，提升反应釜压力，使其达到0.81MPa，温度为131℃，聚合反应21小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至31℃，出料，入压模机即可制得反渗透滤膜5-12-2；
所述交联剂为N,N'-双(2-水杨醛缩氨基苯基)1,3-丙二酸二酰胺。
实施例2
按照以下步骤制造本发明所述反渗透滤膜5-12-2，并按重量分数计：
第1步：在反应釜中加入电导率为0.71μS/cm的超纯水1201份，启动反应釜内搅拌器，转速为231rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至81℃；依次加入二硫代氨基甲酸盐(DTC)141份、[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐141份、二乙基二硫代氨基甲酸铜盐251份，搅拌至完全溶解，调节pH值为7.1，将搅拌器转速调至251rpm，温度为161℃，酯化反应31小时；
第2步：取二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐191份、甲基二硫代氨基甲酸单钠盐151份进行粉碎，粉末粒径为531目；加二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐241份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为58mm，采用剂量为8.1kGy、能量为11MeV的α射线辐照131分钟，以及同等剂量的β射线辐照161分钟；
第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为91ppm的N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺131份中，加入反应釜，搅拌器转速为181rpm，温度为141℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.81MPa，保持此状态反应51小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.71MPa，保温静置31小时；搅拌器转速提升至251rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇131份、对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺181份完全溶解后，加入交联剂161份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为7.1，保温静置31小时；第4步：在搅拌器转速为261rpm时，依次加入二甲基甲酰胺二甲缩醛131份、N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺171份、4-(N,N-二乙氨基)水杨醛81份、3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨131份，提升反应釜压力，使其达到1.61MPa，温度为271℃，聚合反应41小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至41℃，出料，入压模机即可制得反渗透滤膜5-12-2；
所述交联剂为邻甲基(N-乙基N-氯乙基)氨基丁苯甲醛。
实施例3
按照以下步骤制造本发明所述反渗透滤膜5-12-2，并按重量分数计：
第1步：在反应釜中加入电导率为0.61μS/cm的超纯水901份，启动反应釜内搅拌器，转速为131rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至71℃；依次加入二硫代氨基甲酸盐(DTC)111份、[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐121份、二乙基二硫代氨基甲酸铜盐181份，搅拌至完全溶解，调节pH值为6.1，将搅拌器转速调至151rpm，温度为121℃，酯化反应28小时；
第2步：取二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐111份、甲基二硫代氨基甲酸单钠盐121份进行粉碎，粉末粒径为331目；加二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐141份混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为38mm，采用剂量为6.1kGy、能量为8.1MeV的α射线辐照101分钟，以及同等剂量的β射线辐照111分钟；
第3步：经第2步处理的混合粉末溶于浓度为61ppm的N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺101份中，加入反应釜，搅拌器转速为121rpm，温度为131℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.61MPa，保持此状态反应31小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.61MPa，保温静置26小时；搅拌器转速提升至151rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇101份、对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺161份完全溶解后，加入交联剂121份搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为6.1，保温静置26小时；第4步：在搅拌器转速为161rpm时，依次加入二甲基甲酰胺二甲缩醛81份、N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺121份、4-(N,N-二乙氨基)水杨醛61份、3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨101份，提升反应釜压力，使其达到1.31MPa，温度为171℃，聚合反应31小时；反应完成后将反应釜内压力降至0MPa，降温至36℃，出料，入压模机即可制得反渗透滤膜5-12-2；
所述交联剂为N-乙基-N-氯乙基-4-氨基-2-甲基苯甲醛。
对照例
对照例为市售某品牌的反渗透滤膜用于矿井水的处理过程。
实施例4
将实施例1～3制备获得的反渗透滤膜5-12-2和对照例所述的反渗透滤膜用于矿井水的处理过程的使用情况进行对比，并以净化聚合度、使用时长、防腐率、净化强度提升率为技术指标进行统计，结果如表1所示：
表1为实施例1～3和对照例所述的反渗透滤膜用于矿井水处理过程中的各项参数的对比结果，从表1可见，本发明所述的反渗透滤膜5-12-2，其净化聚合度、使用时长、防腐率、净化强度提升率均高于现有技术生产的产品。
此外，如图4所示，是本发明所述的反渗透滤膜材料与过滤能力保持率关系图。图中看出，实施例1～3所用反渗透滤膜5-12-2，可长时间保持高效的过滤能力，图中显示本发明所述的反渗透滤膜5-12-2，其过滤能力保持率大幅优于现有产品。

Claims (2)

1.一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备，包括：车载系统（1），角铁支撑架（2），登高检修爬梯（3），移动万向刹车轮（4），矿井水净化中心（5），中央控制器（6）；其特征在于，所述车载系统（1）车厢上部表面设有角铁支撑架（2），所述角铁支撑架（2）底部设有移动万向刹车轮（4），所述角铁支撑架（2）内部包围有矿井水净化中心（5），所述矿井水净化中心（5）一侧设有登高检修爬梯（3），所述中央控制器（6）位于角铁支撑架（2）表面；
所述移动万向刹车轮（4）可在车载系统（1）车厢上表面任意移动并固定；
所述矿井水净化中心（5）包括：多介质过滤装置（5-1），活性颗粒过滤装置（5-2），铁离子过滤装置（5-3），锰离子过滤装置（5-4），串联管（5-5），初过滤出水管（5-6），中间存水罐（5-7），高压泵（5-8），混凝液进液管（5-9），混凝剂存储罐（5-10），混凝剂输送装置（5-11），反渗透膜过滤罐（5-12），排污管（5-13），清水出水管（5-14）；所述多介质过滤装置（5-1）、活性颗粒过滤装置（5-2）、铁离子过滤装置（5-3）、锰离子过滤装置（5-4）依次按顺序放置在水平面上，多介质过滤装置（5-1）、活性颗粒过滤装置（5-2）、铁离子过滤装置（5-3）、锰离子过滤装置（5-4）之间通过串联管（5-5）相贯通；所述初过滤出水管（5-6）一端连通锰离子过滤装置（5-4）上端口，初过滤出水管（5-6）另一端连通混凝液进液管（5-9），初过滤出水管（5-6）上依次串联有中间存水罐（5-7）及高压泵（5-8）；所述混凝液进液管（5-9）与反渗透膜过滤罐（5-12）相连通，所述反渗透膜过滤罐（5-12）垂直均匀排布，反渗透膜过滤罐（5-12）数量在4～6组之间，相邻两反渗透膜过滤罐（5-12）间距6 cm～12 cm；所述反渗透膜过滤罐（5-12）上方设有混凝剂存储罐（5-10），所述混凝剂存储罐（5-10）与反渗透膜过滤罐（5-12）之间通过混凝剂输送装置（5-11）相连通，所述混凝剂输送装置（5-11）上的电控阀、流量计、压力泵分别与中央控制器（6）导线控制连接；所述排污管（5-13）及清水出水管（5-14）位于反渗透膜过滤罐（5-12）另一端，排污管（5-13）及清水出水管（5-14）上的电控阀分别与中央控制器（6）导线控制连接；
混凝剂按重量份数计，由以下成分组成：
N，N′-二甲基二硫代氨基甲酸镍34份，二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐34份，二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐29份，二(N,N-二戊基二硫代氨基甲酸)锌93份，N,N-二烷基二硫代氨基甲酸49份，N,N-二乙基二硫代氨基甲酸12份，N,N-二正丁基二硫代氨基甲酸铁18份，N,N'-二乙基二硫代氨基甲酸苄酯(BDC)31份，双(N,N-二乙基二硫代甲氨酰)乙酸33份，三-N-二甲基二硫代氨基甲酸胂19份，N-二甲基二硫代氨基甲酸钾21份；
所述反渗透膜过滤罐（5-12）包括：反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1），反渗透滤膜（5-12-2），过滤能力传感器（5-12-3）；所述反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）外形呈“骨”状结构，反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）由防腐材料组成；所述反渗透滤膜（5-12-2）位于反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）内部，反渗透滤膜（5-12-2）形状与反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）相同，反渗透滤膜（5-12-2）距反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）内壁2 cm～5 cm，反渗透滤膜（5-12-2）表面聚集大量的微孔，微孔直径大小在100 nm～300 nm之间；所述过滤能力传感器（5-12-3）位于反渗透膜过滤罐外壳（5-12-1）内部，过滤能力传感器（5-12-3）中央控制器（6）导线控制连接；
所述反渗透滤膜（5-12-2）由高分子材料压模成型，反渗透滤膜（5-12-2）的组成成分和制造过程如下：
一、反渗透滤膜（5-12-2）组成成分：
按重量份数计，二硫代氨基甲酸盐(DTC)61～141份，[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐81～141份，二乙基二硫代氨基甲酸铜盐131～251份，二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐81～191份，甲基二硫代氨基甲酸单钠盐71～151份，二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐121～241份，浓度为51 ppm～91 ppm的N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺81～131份，β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇71～131份，对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺71～181份，交联剂91～161份，二甲基甲酰胺二甲缩醛51～131份，N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺91～171份，4-(N,N-二乙氨基)水杨醛41～81份，3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨51～131份；
所述交联剂为N,N'-双(2-水杨醛缩氨基苯基)1,3-丙二酸二酰胺、N-乙基-N-氯乙基-4-氨基-2-甲基苯甲醛、邻甲基(N-乙基N-氯乙基)氨基丁苯甲醛中的任意一种；
二、反渗透滤膜（5-12-2）的制造过程，包含以下步骤：
第1步：在反应釜中加入电导率为0.41 μS/cm～0.71 μS/cm的超纯水531～1201份，启动反应釜内搅拌器，转速为91 rpm～231 rpm，启动加热泵，使反应釜内温度上升至61 ℃～81 ℃；依次加入二硫代氨基甲酸盐(DTC)、[1,2-亚乙基-双(二硫代氨基甲酸)]锰锌盐、二乙基二硫代氨基甲酸铜盐，搅拌至完全溶解，调节pH值为2.1～7.1，将搅拌器转速调至121rpm～251 rpm，温度为91 ℃～161 ℃，酯化反应21～31小时；
第2步：取二[N,N-二苄基二硫代氨基甲酸]锌盐、甲基二硫代氨基甲酸单钠盐进行粉碎，粉末粒径为211～531目；加二乙胺-N,N-二乙基二硫代氨基甲酸盐混合均匀，平铺于托盘内，平铺厚度为28 mm～58 mm，采用剂量为2.1 kGy～8.1 kGy、能量为4.1 MeV～11 MeV的α射线辐照51～131分钟，以及同等剂量的β射线辐照71～161分钟；
第3步：经第2步处理的混合粉末溶于N-(呋喃-2-基甲氧基)邻苯二甲酰亚胺中，加入反应釜，搅拌器转速为81 rpm～181 rpm，温度为91 ℃～141 ℃，启动真空泵使反应釜的真空度达到-0.41 MPa～-0.81 MPa，保持此状态反应21～51小时；泄压并通入氮气，使反应釜内压力为0.31 MPa～0.71 MPa，保温静置21～31小时；搅拌器转速提升至111 rpm～251 rpm，同时反应釜泄压至0MPa；依次加入β-邻苯二甲酰亚胺基丙醛缩乙二醇、对二甲氨基苯甲醛缩丙二胺完全溶解后，加入交联剂搅拌混合，使得反应釜溶液的亲水亲油平衡值为4.1～7.1，保温静置21～31小时；
第4步：在搅拌器转速为131 rpm～261 rpm时，依次加入二甲基甲酰胺二甲缩醛、N-(对二甲氨基苯基)水杨醛亚胺、4-(N,N-二乙氨基)水杨醛、3-乙氧基水杨醛缩N,N-双(3-胺基丙烷)-甲基氨，提升反应釜压力，使其达到0.81 MPa～1.61 MPa，温度为131 ℃～271 ℃，聚合反应21～41小时；反应完成后将反应釜内压力降至0 MPa，降温至31 ℃～41 ℃，出料，入压模机即可制得反渗透滤膜（5-12-2）。
2.根据权利要求1所述的一种车载式处理矿井水中铁锰离子的成套设备，其特征在于，该设备的处理方法包括以下几个步骤：
第1步：将矿井水净化中心（5）通过移动万向刹车轮（4）固定在车载系统（1）车厢上表面相应位置，中央控制器（6）启动输水装置将铁锰离子污水输送至矿井水净化中心（5）中，水体流量计将进水流量控制在17.5 m3/h～32.5 m3/h之间；
第2步：铁锰离子污水依次流经多介质过滤装置（5-1）、活性颗粒过滤装置（5-2）、铁离子过滤装置（5-3）及锰离子过滤装置（5-4），分别将铁锰离子污水中的悬浮胶状物、异味臭味、铁离子及锰离子去除干净；
第3步：中央控制器（6）开启初过滤出水管（5-6）上的电控阀将初过滤后的混浊液输送至中间存水罐（5-7）内，与此同时，中央控制器（6）启动混凝剂输送装置（5-11）将混凝剂存储罐（5-10）中的混凝剂输送至中间存水罐（5-7）中，混凝剂与初过滤后的混浊液在中间存水罐（5-7）中混合均匀；
第4步：中央控制器（6）启动高压泵（5-8）将中间存水罐（5-7）内的混合液通过混凝液进液管（5-9）以高压形式输送至反渗透膜过滤罐（5-12）内，经反渗透滤膜（5-12-2）过滤后的污垢经排污管（5-13）排出，清水经清水出水管（5-14）排出；
第5步：过滤能力传感器（5-12-3）实时监控反渗透滤膜（5-12-2）的过滤能力，当过滤能力传感器（5-12-3）检测到过滤能力低于45 %～60 %时，过滤能力传感器（5-12-3）向中央控制器（6）发送反馈信号并报警25 s，提示工作人员加大高压泵（5-8）的输送压力或更换反渗透滤膜（5-12-2）。
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