CN108049492B - 地下污水存储水库及地下污水存储水库系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种地下污水存储水库，包括顶板、底板、连接在顶板与底板之间的煤柱坝体和人工坝体；在人工坝体和煤柱坝体的内表面上分别设置有隔水层；在隔水层的内侧设置有能够透水，并用于吸附地下污水中的污染物的吸附层；在人工坝体上靠近顶板的端部设置有与蓄水区连通的水库进水管，在人工坝体上靠近底板的端部设置有与蓄水区连通的水库排水管。本发明还公开了一种地下污水存储水库系统。通过对人工坝体和煤柱坝体的内表面设置隔水层，并在隔水层的内侧设置吸附层，起到了避免渗透和沉淀污染物的作用，矿井水处理产生的地下污水或浓盐水就地利用采空区进行封存，解决了地下污水或浓盐水外排问题，保证了水处理过程连续性运行。
Description
技术领域
本发明涉及煤炭开采污水处理技术领域，尤其涉及一种地下污水存储水库及地下污水存储水库系统。
背景技术
水资源是人类生存和发展的基础，然而水资源的缺乏目前已经成为全球性的问题。我国是一个干旱缺水严重的国家，人均占有量仅为世界人均占有量的1/4，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一，因此合理开发利用水资源已成为我国社会、经济发展的重要问题。
矿井水是伴随煤炭开采产生的地下涌水，它本身是一种地下水资源。煤矿矿井水的水质受到水文地质条件、水动力学、地质化学、矿床地质构造条件和开采条件的影响。在采矿过程中，地下水与煤层、岩层接触，加上人类生产活动的影响，发生了一系列的物理、化学和生化反应，其水质与普通地表水的水质有明显的差异，具有显著的煤炭行业特征。按照污染物特征，可将矿井水分为含悬浮物矿井水、高矿化矿井水(又称矿井苦咸水)、酸性矿井水和特殊污染物矿井水4类。
矿井水处理目前主要是根据城市给水净化工艺、工业给水纯化工艺以及废水处理工艺进行。根据目前掌握的水处理技术对不同类型的矿井水进行混凝、沉淀、过滤、膜处理、消毒等处理过程，都可达到不同使用目的的水质标准和要求。然而现在西部集中产煤区的矿井水普遍矿化度都很高，在处理后会产生大量的地下污水，地下污水也称为浓盐水。
随着环保要求的提高，地下污水的排放完全被禁止。如何合理安全低成本的处理矿井水处理利用产生的地下污水，已经成为西部煤矿矿井水利用亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够有效存储地下污水的地下污水存储水库及地下污水存储水库系统。
本发明技术方案提供一种用于存储地下污水的地下污水存储水库，包括顶板、底板、连接在所述顶板与所述底板之间的煤柱坝体和人工坝体；
在所述顶板、所述底板、所述煤柱坝体和所述人工坝体之间形成有用于存储地下污水的蓄水区；
在所述人工坝体和所述煤柱坝体的内表面上分别设置有隔水层，所述隔水层的顶端与所述顶板密封连接，所述隔水层的底端与所述底板密封连接；
在所述隔水层的内侧设置有能够透水，并用于吸附地下污水中的污染物的吸附层，所述吸附层的顶端与所述顶板密封连接，所述吸附层的底端与所述底板密封连接；
在所述人工坝体上靠近所述顶板的端部设置有与所述蓄水区连通的水库进水管，在所述人工坝体上靠近所述底板的端部设置有与所述蓄水区连通的水库排水管。
进一步地，在所述人工坝体上靠近所述底板的端部还设置有应急排水管。
进一步地，在所述顶板和所述底板上设置有凹槽，所述隔水层的顶端和底端分别嵌入所述凹槽内；
在所述凹槽内还浇筑有用于密封所述隔水层的顶端和底端的防水混凝土层。
进一步地，在所述蓄水区中布置有多个用于监测水质的第一水质监测元件。
进一步地，在所述隔水层与所述吸附层之间形成有用于蓄水的蓄水空间；
在所述蓄水空间内设置有能够在水中漂浮的漂浮元件；
在所述人工坝体上靠近所述顶板的端部上设置有连通孔；
在所述连通孔中配置有用于将所述蓄水空间中的水排出的蓄水空间排水管，所述蓄水空间排水管能够在连通孔中滑动；
所述蓄水空间排水管的进水端固定在所述漂浮元件上。
进一步地，在所述蓄水空间内从上向下均布有用于监测水质的第二水质监测元件。
进一步地，在所述连通孔中设置有用于支撑所述蓄水空间排水管的多个滚轮；
多个所述滚轮沿着所述连通孔的长度方向相互间隔布置；
所述蓄水空间排水管与所述滚轮的外周面接触。
进一步地，每个所述滚轮的外周面上都设置有滑槽；
所述蓄水空间排水管位于所述滑槽内。
进一步地，所述隔水层为聚氯乙烯层。
进一步地，所述吸附层为粘土层。
进一步地，在水库排水管的进水口上设置有过滤网；
在所述水库排水管上还设置有抽水泵；
在所述水库排水管上还连通有冲洗管，在所述冲洗管上设置有冲洗水泵；
所述冲洗管连接在所述抽水泵与所述水库排水管的所述进水口之间。
本发明技术方案还提供一种地下污水存储水库系统，包括污水处理系统和至少两个如前述任一技术方案所述的地下污水存储水库；
其中，任意相邻的两个所述地下污水存储水库之间通过管道连通；
所述污水处理系统包括沉淀池和水净化系统；
所述水净化系统的污水出水口与至少一个所述地下污水存储水库的水库进水管连通；
所述沉淀池与至少一个所述地下污水存储水库的水库排水管连通。
进一步地，所述地下污水存储水库处于第一工作面上；
在低于所述第一工作面的第二工作面上设置有应急排污水库；
所述应急排污水库的进水口与所有的所述地下污水存储水库的应急排水管连通。
进一步地，每个所述地下污水存储水库中的冲洗管分别与所述沉淀池连通。
进一步地，还包括地面应急水池；
所述地面应急水池与每个所述地下污水存储水库中的冲洗管连通。
进一步地，所述地面应急水池与至少一个所述地下污水存储水库的所述水库进水管连通。
采用上述技术方案，具有如下有益效果：
通过对人工坝体和煤柱坝体的内表面设置隔水层，并在隔水层的内侧设置吸附层，起到了避免渗透和沉淀污染物的作用，矿井水处理产生的地下污水或浓盐水就地利用采空区进行封存，解决了地下污水或浓盐水外排问题，保证了水处理过程连续性运行。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的地下污水存储水库的俯视图；
图2为地下污水存储水库的纵向剖视图；
图3为在顶板和底板上设置凹槽的示意图；
图4为在隔水层与吸附层形成有蓄水空间的示意图；
图5为蓄水空间的放大示意图；
图6为滚轮表面上设置有滑槽的示意图；
图7为在水库排水管上连接有冲洗管的示意图；
图8为本发明一实施例提供的地下污水存储水库系统的示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1-3所示，本发明一实施例提供的一种用于存储地下污水的地下污水存储水库100，包括顶板1、底板2、连接在顶板1与底板2之间的煤柱坝体3和人工坝体4。
在顶板1、底板2、煤柱坝体3和人工坝体4之间形成有用于存储地下污水的蓄水区5。
在人工坝体4和煤柱坝体3的内表面上分别设置有隔水层6，隔水层6的顶端与顶板1密封连接，隔水层6的底端与底板2密封连接。
在隔水层6的内侧设置有能够透水，并用于吸附地下污水中的污染物的吸附层7，吸附层7的顶端与顶板1密封连接，吸附层7的底端与底板2密封连接。
在人工坝体4上靠近顶板1的端部设置有与蓄水区5连通的水库进水管41，在人工坝体4上靠近底板2的端部设置有与蓄水区5连通的水库排水管42。
在采空区的煤柱坝体3间隔区构筑人工坝体4，使采空区形成封闭系统。在人工坝体4的上部设置水库进水管41或浓盐水输入管路，在人工坝体4的下部设置水库排水管42。
经矿井水处理系统产生的地下污水或浓盐水，其主要成分为K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-等离子，离子总浓度高于3％，通过输水管路经人工坝体4上部的水库进水管41进入地下污水存储水库，在此过程中水库排水管42处于关闭状态。当地下污水存储水库中地下污水储量到达设计最大储量时，停止输入。
在浓盐水长期封存的过程中，需要定期对库中的地下污水进行取样分析。由于顶板1中会有水渗入蓄水区5内，如此会稀释库中的地下污水的浓度或盐度。如果监测到地下污水中的上述离子的浓度低于1％，就可以将蓄水区5中的水经水库排水管42重新输送到水处理系统，进行淡水回收利用，而在该过程中产生的地下污水或浓盐水重新经水库进水管41送入库中进行封存。
本发明还对人工坝体4和煤柱坝体3的内表面进行隔水密封，避免污水渗出库外污染环境。由此，在人工坝体4和煤柱坝体3的内表面上设置隔水层6，起到密封隔水的作用。隔水层6可以是涂抹在人工坝体4和煤柱坝体3的内表面上的防水涂料，也可以为设置在人工坝体4和煤柱坝体3的内表面上的防水建材。
本发明还对蓄水区5中地下污水进行沉降处理，以尽量降低地下污水的盐度，利于后续淡水利用。由此，在隔水层6的内侧设置吸附层7，该处所指的内侧为靠近水库中心的一侧。吸附层7可以将地下污水中的污染物进行沉淀，并可以在一定程度吸附上述离子，从而可以降低地下污水的污染程度，经过一段时间的吸附沉淀及顶板渗水的补入，可以加速地下污水重新利用的速度。
本发明提供的地下污水存储水库，可以将矿井水处理产生的地下污水就地利用采空区进行封存，解决了地下污水或浓盐水外排问题，保证了水处理过程连续性运行。
较佳地，如图2所示，在人工坝体4上靠近底板2的端部还设置有应急排水管43。
通过在人工坝体4上设置的压力监测仪表和渗透监测仪表实时监测水库的安全性，一旦仪表读数超过警戒值，就打开位于人工坝体4底部的应急排水管43，将地下污水输送到预留的调节池或应急水库中，提高了地下污水存储水库的安全性能。
较佳地，如图3-4所示，在顶板1和底板2上设置有凹槽8，隔水层6的顶端和底端分别嵌入凹槽8内。
在凹槽8内还浇筑有用于密封隔水层6的顶端和底端的防水混凝土层81。
隔水层6长期浸泡在地下污水中，污水的腐蚀能力比较强，容易导致隔水层6脱落，影响密封效果。
通过将隔水层6的上端两端分别嵌入顶板1和底板2的凹槽8中，然后通过防水混凝土层81固封，从而将隔水层6固封在煤柱坝体3和人工坝体4的内表面上，而不会脱落。
在顶板1的凹槽8中的防水混凝土层81中打入锚杆，锚杆连接在该防水混凝土层81与顶板1之间，可以将防水混凝土层81固封在顶板1的凹槽8中。
较佳地，如图2所示，在蓄水区5中布置有多个用于监测水质的第一水质监测元件51，其用于监测地下污水的水质，如果监测到地下污水中的离子的浓度低于1％，就发出信号，操作人员可以将蓄水区5中的水经水库排水管42重新输送到水处理系统，进行淡水回收利用。
第一水质监测元件51与外部控制设备通信连接，第一水质监测元件51发出的信号输出至外部控制设备，例如控制器。外部控制设备接收到信号后发出提示信息。
较佳地，如图4-5所示，在隔水层6与吸附层7之间形成有用于蓄水的蓄水空间9。
在蓄水空间9内设置有能够在水中漂浮的漂浮元件92。
在人工坝体4上靠近顶板1的端部上设置有连通孔44。在连通孔44中配置有用于将蓄水空间9中的水排出的蓄水空间排水管46，蓄水空间排水管46能够在连通孔44中滑动。
蓄水空间排水管46的进水端461固定在漂浮元件92上。
吸附层7距离隔水层6一段距离，从而在两者之间形成了环形的蓄水空间9，进入蓄水空间9中的水已经被吸附层7吸附沉降，盐度已经降低。
一些污染离子处于水的底部，因此在垂直方向上，污水的盐度从上往下逐渐变浓。
经过吸附层7处理后的水，其顶层的水符合要求，因此可以将蓄水空间9中顶层的水抽出利用。
漂浮元件92漂浮在蓄水空间9中水的上部，蓄水空间排水管46的进水端461固定在漂浮元件92上，由此，可以保证进入蓄水空间排水管46中的水位蓄水空间9中的顶层或上层的水。
另外，蓄水空间排水管46可以在连通孔44中滑动，当蓄水空间9中的数位下降时，蓄水空间排水管46被漂浮元件92拉动，可以在连通孔44中朝向蓄水空间9侧滑动，以适应水位降低变化；当蓄水空间9中的数位上升时，蓄水空间排水管46被漂浮元件92推动，可以在连通孔44中朝向蓄水空间9的外侧滑动，以适应水位上升变化，从而保证蓄水空间排水管46的进水端461始终处于蓄水空间9内的水的顶部或上部。
较佳地，如图4所示，在蓄水空间9内从上向下均布有用于监测水质的第二水质监测元件91。第二水质监测元件91用于监测蓄水空间9中的水质。多个第二水质监测元件91按照从上往下的顺序均匀布置，每个或每排第二水质监测元件91用于监测其所在位置的水位处的水质。
假设，从上往下布置10个或10排第二水质监测元件91，按照从上往下的顺序，1-5号第二水质监测元件91输出水质合格信号，6-10号第二水质监测元件91输出水质不合格信号。在抽水时，漂浮元件92下降到6号第二水质监测元件91的位置时，停止抽水作业。
第二水质监测元件91与外部控制设备通信连接，第二水质监测元件91发出的信号输出至外部控制设备，例如控制器。外部控制设备接收到信号后发出提示信息。
较佳地，如图5所示，在连通孔44中设置有用于支撑蓄水空间排水管46的多个滚轮45。多个滚轮45沿着连通孔44的长度方向相互间隔布置，蓄水空间排水管46与滚轮45的外周面接触。利于使得蓄水空间排水管46能够在连通孔44中滑动，避免在滑动时对蓄水空间排水管46造成磨损。
较佳地，如图6所示，每个滚轮45的外周面上都设置有滑槽451，蓄水空间排水管46位于滑槽451内。滑槽451起到对蓄水空间排水管46限位的作用，避免蓄水空间排水管46在滑动过程中脱离滚轮45。
优选地，隔水层6为聚氯乙烯层，采用高密度聚氯乙烯膜为隔水材料，在煤柱坝体3和人工坝体4的内表面涂抹泥浆后，再将聚氯乙烯膜紧贴泥浆展开，使其紧密附着在坝体的内表面上，隔水效果好。
优选地，吸附层7为粘土层，粘土层形成粘土壁，方便取材和构筑，并且可以起到有效的吸附沉降效果。
较佳地，如图7所示，在水库排水管42的进水口上设置有过滤网422。
在水库排水管42上还设置有抽水泵421，在水库排水管42上还连通有冲洗管47，在冲洗管47上设置有冲洗水泵471。
冲洗管47连接在抽水泵421与水库排水管42的进水口之间。
过滤网422由工字钢和铁丝组成，网孔在30mm以下，拦截粒径较大的碎石，避免管道阻塞。
如果水库排水管42被堵塞，则关闭抽水泵421，开启冲洗水泵471，使水经冲洗管47进入水库排水管42，然后进入蓄水区5中，实现反向冲洗，将水库排水管42中的堵塞物冲入蓄水区5内，完成疏通排水管路工作。
如图8所示，本发明一实施例提供的一种地下污水存储水库系统，包括污水处理系统201和至少两个如前所述的地下污水存储水库100。
其中，任意相邻的两个地下污水存储水库100之间通过管道连通。
污水处理系统201包括沉淀池202和水净化系统203。
水净化系统203的污水出水口与至少一个地下污水存储水库100的水库进水管41连通。
沉淀池202与至少一个地下污水存储水库100的水库排水管42连通。
矿井水首先进入沉淀池202沉淀，然后进入水净化系统203处理，水净化系统203产生的淡水输送到指定位置重新利用，水净化系统203产生的地下污水经污水出水口进入水库进水管41，然后进入地下污水存储水库100，由于相邻的两个地下污水存储水库100之间通过管道连通，因此当地下污水进入一个地下污水存储水库100中时，其还会通过管道进入另外的地下污水存储水库100中，扩展了库容。
当监测到地下污水符合条件时，将地下污水存储水库100中的地下污水通过水库排水管42抽取到沉淀池202中再次循环提取淡水，进行循环利用。
较佳地，地下污水存储水库100处于第一工作面400上。
在低于第一工作面400的第二工作面500上设置有应急排污水库204。
应急排污水库204的进水口与所有的地下污水存储水库100的应急排水管43连通。
当监测到某个或所有的地下污水存储水库100中的压力过大时，可通过应急排水管43将地下污水排入应急排污水库204中减压，由于应急排污水库204处于第二工作面500上，其低于处于第一工作面400上的地下污水存储水库100，水可以顺利的快速流入应急排污水库204进行减压，提高了地下污水存储水库100的安全性。
应急排污水库204中的煤柱坝体和人工坝体的内表面上也具有隔水层6，在隔水层6的内侧也具有吸附层7，在隔水层6与吸附层7之间也具有蓄水空间9。
应急排污水库204可以与地下污水存储水库100采用相同的结构。
较佳地，每个地下污水存储水库100中的冲洗管47分别与沉淀池202连通。当需要对水库排水管42进行清堵时，将沉淀池202中的水通过冲洗管47输送给水库排水管42，对水库排水管42进行反向冲洗。
较佳地，该地下污水存储水库系统还包括地面应急水池205。
地面应急水池205与每个地下污水存储水库100中的冲洗管47连通。在紧急情况下，还可以通过处于地面300上的地面应急水池205向冲洗管47供水，对水库排水管42进行反向冲洗。
较佳地，地面应急水池25与至少一个地下污水存储水库100的水库进水管41连通，在特定情形下，可以通过地面应急水池25向地下污水存储水库100供水稀释地下污水的浓度，以进行后续循环使用。
根据需要，可以将上述各技术方案进行结合，以达到最佳技术效果。
以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种用于存储地下污水的地下污水存储水库，包括顶板、底板、连接在所述顶板与所述底板之间的煤柱坝体和人工坝体；
在所述顶板、所述底板、所述煤柱坝体和所述人工坝体之间形成有用于存储地下污水的蓄水区；
其特征在于，在所述人工坝体和所述煤柱坝体的内表面上分别设置有隔水层，所述隔水层的顶端与所述顶板密封连接，所述隔水层的底端与所述底板密封连接；
在所述隔水层的内侧设置有能够透水，并用于吸附地下污水中的污染物的吸附层，所述吸附层的顶端与所述顶板密封连接，所述吸附层的底端与所述底板密封连接；
在所述人工坝体上靠近所述顶板的端部设置有与所述蓄水区连通的水库进水管，在所述人工坝体上靠近所述底板的端部设置有与所述蓄水区连通的水库排水管；
在所述隔水层与所述吸附层之间形成有用于蓄水的蓄水空间；
在所述蓄水空间内设置有能够在水中漂浮的漂浮元件；
在所述人工坝体上靠近所述顶板的端部上设置有连通孔；
在所述连通孔中配置有用于将所述蓄水空间中的水排出的蓄水空间排水管，所述蓄水空间排水管能够在连通孔中滑动；
所述蓄水空间排水管的进水端固定在所述漂浮元件上。
2.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在所述人工坝体上靠近所述底板的端部还设置有应急排水管。
3.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在所述顶板和所述底板上设置有凹槽，所述隔水层的顶端和底端分别嵌入所述凹槽内；
在所述凹槽内还浇筑有用于密封所述隔水层的顶端和底端的防水混凝土层。
4.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在所述蓄水区中布置有多个用于监测水质的第一水质监测元件。
5.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在所述蓄水空间内从上向下均布有用于监测水质的第二水质监测元件。
6.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在所述连通孔中设置有用于支撑所述蓄水空间排水管的多个滚轮；
多个所述滚轮沿着所述连通孔的长度方向相互间隔布置；
所述蓄水空间排水管与所述滚轮的外周面接触。
7.根据权利要求6所述的地下污水存储水库，其特征在于，每个所述滚轮的外周面上都设置有滑槽；
所述蓄水空间排水管位于所述滑槽内。
8.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，所述隔水层为聚氯乙烯层。
9.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，所述吸附层为粘土层。
10.根据权利要求1所述的地下污水存储水库，其特征在于，在水库排水管的进水口上设置有过滤网；
在所述水库排水管上还设置有抽水泵；
在所述水库排水管上还连通有冲洗管，在所述冲洗管上设置有冲洗水泵；
所述冲洗管连接在所述抽水泵与所述水库排水管的所述进水口之间。
11.一种地下污水存储水库系统，其特征在于，包括污水处理系统和至少两个如权利要求1-10中任一项所述的地下污水存储水库；
其中，任意相邻的两个所述地下污水存储水库之间通过管道连通；
所述污水处理系统包括沉淀池和水净化系统；
所述水净化系统的污水出水口与至少一个所述地下污水存储水库的水库进水管连通；
所述沉淀池与至少一个所述地下污水存储水库的水库排水管连通。
12.根据权利要求11所述的地下污水存储水库系统，其特征在于，所述地下污水存储水库处于第一工作面上；
在低于所述第一工作面的第二工作面上设置有应急排污水库；
所述应急排污水库的进水口与所有的所述地下污水存储水库的应急排水管连通。
13.根据权利要求11所述的地下污水存储水库系统，其特征在于，每个所述地下污水存储水库中的冲洗管分别与所述沉淀池连通。
14.根据权利要求11所述的地下污水存储水库系统，其特征在于，还包括地面应急水池；
所述地面应急水池与每个所述地下污水存储水库中的冲洗管连通。
15.根据权利要求14所述的地下污水存储水库系统，其特征在于，所述地面应急水池与至少一个所述地下污水存储水库的所述水库进水管连通。
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