CN108503148A - 一种新型煤矿矿井水综合处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新型煤矿矿井水综合处理装置，包括煤粒生物曝气系统、陶瓷膜净化系统和煤泥气混清挖及压泥系统；矿井原水进入到煤泥曝气系统处理并沉降后，上层液体进入到陶瓷膜净化系统进行净化，经过陶瓷膜净化系统净化后的浓水出水重新进入到煤粒生物曝气系统，而经过陶瓷膜净化系统净化后的净水出水进入清水池；煤粒曝气系统处理后的煤泥沉降经过曝气池气混清淤系统气混后，进入到压泥系统。本发明的工艺简单、机械简单、维修方便，既安全又实用，而且避免了混凝药剂的使用，避免了化工药剂带来环境风险。

Description

一种新型煤矿矿井水综合处理装置

技术领域

本发明涉及一种新型煤矿矿井水综合处理装置。

背景技术

根据国家和环保部门的要求，为保护环境，治理污染，是对国家政策、地方经济发展，还是对河流水体的生态平衡保护都是非常必要的。矿井水主要含SS、COD、BOD等污染物此废水若不经过处理将对周围环境造成严重污染。现有矿井水处理工艺主要采用加药混凝沉淀的方式对矿井水进行处理。现有工艺添加大量的化工药剂容易对水体和沉淀物造成药剂污染，而且占地面积大、运行成本高、水质不稳定、操作难度大，同时为了降低COD、BOD还要采用轻质陶粒生物曝气滤池需要另外添加大量陶粒，而且易板结、堵塞。

发明内容

本发明提供一种新型煤矿矿井水综合处理装置，无需添加混凝药剂，无需添加生物陶粒，独创的煤粒气混清挖系统实现煤泥自动清挖，发明的陶瓷膜在线调频膜面自清洁工艺实现了矿井水直接进入陶瓷膜过滤设备进行过滤净化，运行平稳，膜面不易污染，有效解决了现有工艺存在的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种新型煤矿矿井水综合处理装置，包括煤粒生物曝气系统、陶瓷膜净化系统和煤泥气混清挖及压泥系统；

矿井原水进入到煤泥曝气系统处理并沉降后，上层液体进入到陶瓷膜净化系统进行净化，经过陶瓷膜净化系统净化后的浓水出水重新进入到煤粒生物曝气系统，而经过陶瓷膜净化系统净化后的净水出水进入清水池；煤粒曝气系统处理后的煤泥沉降经过曝气池气混清淤系统气混后，进入到压泥系统。

所述矿井原水通过提升泵提升至原水池15，经原水池15沉降后的上层水进入到煤粒曝气系统进行处理，原水池15下部设置对煤泥沉降进行气混的原水池气混清淤系统；

原水池气混清淤系统包括设置在原水池15外部四周的气管Ⅰ110和设置在原水池15内部的至少四个气管Ⅱ111，至少四个气管Ⅱ111分别设置在原水池15的四条边上，所述气管Ⅰ110和气管Ⅱ111通过设置有阀门16的管路连接，所述气管Ⅰ110通过空气管路Ⅱ18连接气源Ⅰ112，所述原水池15下部通过排污管道连接压泥系统；所述排污管道上设置有污泥泵13。

所述原水池15通过污水管道Ⅰ连接矿井原水13，所述污水管道Ⅰ上设置有气控阀门12，气控阀门12通过空气管路Ⅰ19连接气源Ⅰ112；所述气源Ⅰ112、空气管路Ⅰ19、空气管路Ⅱ18均与气动控制器11连接。

所述煤粒生物曝气系统包括气混池24，气混池24的底部设置气管Ⅲ22，气管Ⅲ22与外部的气源Ⅱ25连接，气混池24下部通过管道26连接矿井原水，所述气混池24与矿井水源之间的管道26上设置水泵Ⅰ21。

所述气源Ⅱ25与气混池24之间的管道上设置有气控阀23，所述气混池24的下部还通过排污管27连接外部的压泥系统。

所述排污管27上连接有反冲洗水进水管29，所述反冲洗水进水管29上连接水泵Ⅱ29：所述气混池24上部连接清水管路210。

所述陶瓷膜净化系统包括陶瓷膜组件33，陶瓷膜组件33包括外壳37和外壳37内部的陶瓷膜32，外壳37的下部设置有进水口，进水口通过污水管道Ⅱ连接煤粒生物曝气系统的上层液体，污水管道Ⅱ上设置有循环泵31；外壳37的上部设置有出水口，出水口外部的出水管道上设置有手动调节泵36；外壳37的侧壁上设置有净水出口310；

还包括与所述循环泵31并联设置的气动隔膜泵34，气动隔膜泵34通过管道连接气源Ⅲ39。

所述气源Ⅲ39还通过管道连接外壳37底部的进气口；

所述气源Ⅲ39通过气控阀35连接气动隔膜泵34和外壳37上的进气口。

所述压泥系统包括浓缩池，和与煤泥浓缩池连接的板框压滤机。

本发明的有益效果：本发明的工艺简单、机械简单、维修方便，既安全又实用，陶瓷膜在线调频脉冲膜面自清洁工艺，是在陶瓷膜水处理设备正常运行的状态下实现膜面自清洁，有效提高陶瓷膜在水处理中的运行稳定性，减少反冲洗频率，延长清洗周期，降低运行费用，提高使用寿命，可以给客户的水处理设备降低维修费用，带来很好的经济效益。同时，解决了陶瓷膜在矿井水处理行业不可再次利用，不可再生利用的一大难题，而矿井水煤粒生物气混池实现矿井水系统COD、BOD、氨氮的去除，同时满足煤泥的气混清挖，煤矿矿井水综合处理工艺不仅可以给客户的水处理设备降低维修费用，带来很好的经济效益；而且避免了混凝药剂的使用，避免了化工药剂带来环境风险。

附图说明

图1为本发明的结构图一。

图2为本发明的结构图二。

图3为本发明的结构图三。

图4为本发明的结构图四。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明提供一种新型煤矿矿井水综合处理装置，如图1所示，该综合处理装置包括存储矿井原水的原水池，原水池的上层液体输入到煤粒生物曝气气混循环池，煤粒生物曝气气混循环池通过气混煤泥和控制煤泥浓度利用煤粒作为好氧微生物载体，实现矿井水系统COD、BOD的去除并进行沉降，气混后的液体进入到陶瓷膜净化系统进行净化，陶瓷膜净化系统净化后的浓水出水再次进行到煤粒生物曝气气混循环池进行循环，而陶瓷膜净化系统净化后的净水进行水质监测，检测合格后，排放到清水池，经消毒后的水回用于井下防尘和消防等生产用水，多余的水溢流外排，不合格则可以再次进入到陶瓷膜净化系统进行净化。原水池底部气混清淤装置通过检测浓度控制气压气量吹动煤泥与矿井水进行气混后，排出到压泥系统，煤粒生物曝气气混循环池沉降后的煤泥沉降积存在底部，通过煤粒生物曝气气混循环池底部的曝气气混系统对池底部煤泥沉降通过检测浓度控制气压、气量吹动煤泥进行气混后，排出到压泥系统。压泥系统至少包括煤泥浓缩池、板框压滤机，板框压滤机将煤泥浓缩池浓缩后的煤泥压滤为煤饼。本发明的整个系统不再添加用于沉淀煤泥的化工药剂。

上述各系统的具体结构如下所示。

矿井原水位于地下，需要先通过提升泵提升至原水池15，经原水池15沉降后的上层水进入到煤粒生物曝气气混循环池进行处理，而原水池15的下部设置原水池气混清淤系统，对煤泥沉降进行气混后清淤。原水池气混清淤系统在原水池底部四周设置压缩空气管路通过分段控制进气，实现气压、气量调节吹动煤泥和矿井水实现混合搅拌，再经由污泥泵将混合后的煤泥抽压至压泥系统。

如图2所示，原水池气混清淤系统包括原水池15外部的四周设置气管Ⅰ110，而内部的四周底部设置至少一个气管Ⅱ111，气管Ⅱ111至少包括四个，分别设置在原水池15的四条边上，也可每条边上设置多个，每个气管Ⅱ111通过管道连接气管Ⅰ110，管道上设置阀门16，该阀门为气控阀门或者电磁阀，当该阀门为气控阀门时，需要通过气动控制器控制，而当该阀门为电磁阀时，需要通过电控制器，例如单片机、MCU等控制。气管Ⅰ110连接气动控制器1，而气动控制器1连接气源Ⅰ112，气源Ⅰ112的空气进入到气管Ⅰ110后，通过阀门16进入到原水池内的气管Ⅱ11内，然后再喷出，进行煤泥气混；而通过控制阀门16的开度能够控制进入原水池的进气量和气压的变化，以便更有效的进行气混。上述的阀门16和气管Ⅰ110均设置在原水池的外部，原水池的内部仅仅设置气管，方便维修更换。

而原水池15通过污水管道Ⅰ连接矿井原水，污水管道Ⅰ上设置有气控阀门12，气控阀门12通过空气管路Ⅰ19连接气源Ⅰ112，而气源Ⅰ112、空气管路Ⅰ19、空气管路Ⅱ18均与气动控制器11连接。通过气动控制器控制矿井污水进入原水池的数量，使原水池内部液体量合适。

当矿井原水通过提升泵提升到原水池沉降后，当原水池需要进行煤泥沉降清淤时，气动控制器控制阀门16开启，使空气进入到原水池中，空气进入到原水池15中后，由于气管设置在原水池15的底部，空气在常压或者较高的气压下会吹动池底淤泥进行气混，对池底淤泥进行松动且是指融化在污水里，而气混后的泥水混合物通过排污管道排出。且由于原水池15底部四周设置压缩空气管路，可通过气动控制器11对原水池15进行分段控制进气，且通过调节阀门16现气压、气量调节，压缩空气吹动使矿井水和煤泥充分混合搅拌，实现气动混合。底部煤泥和适量矿井水充分混合后形成自由流动的流体进入到压泥系统。

如图4所示，为煤粒生物曝气气混系统的原理图，该曝气系统包括煤粒生物曝气气混池24，该气混池接收原水池的上层液体，通过煤粒生物曝气气混池24的作用，能够通过气混煤泥和控制煤泥浓度利用煤粒作为好氧微生物载体，实现对液体中的COD、BOD进行去除的同时满足煤泥的气混清挖。

煤粒生物曝气气混池24内部的底部设置气管Ⅲ22，该气管Ⅲ22上可开设多个出气口，用于在气管Ⅲ22内进气后将气释放到煤粒生物曝气气混池24中对煤粒生物曝气气混池24中的煤泥沉降进行气混，使煤泥沉降与水融合后，方便排出到的压泥系统，进行清淤。气管Ⅲ22与外部的气源Ⅱ25连接，外部气源Ⅱ25将气体送入到煤粒生物曝气气混池24中，气混池24下部设置开口，开口通过管道接收原水池的上层液体。煤粒生物曝气气混池24与原水池的上层液体之间的管道26上可以设置水泵Ⅰ21，水泵Ⅰ1连接外部的控制器，通过控制器控制水泵Ⅰ工作将原水池的上层液体泵入到煤粒生物曝气气混池24中，控制器可选择PLC控制器。

而气源Ⅱ25与煤粒生物曝气气混池24之间的管道上还设置有气控阀23，气控阀23通过气源Ⅱ25提供的气体控制开启或者关闭，用于对煤粒生物曝气气混池24内部进行进气。具体设置时，气源Ⅱ25可通过另外的气路管道连接气控阀23对气控阀23进行开闭控制。煤粒生物曝气气混池24的下部还通过排污管27压泥系统。同时，为了防止排污管27被污泥堵塞，在排污管27上连接反冲洗水进水管29，反冲洗水进水管29上连接水泵Ⅱ29，水泵Ⅱ29通过PLC控制器控制，可将外部的高压水源泵入到排污管27中，对排污管进行冲洗和去堵塞操作。

煤粒生物曝气系统使用时，可通过控制气控阀23的开启，使气源Ⅱ25的气体进入到煤粒生物曝气气混池24中，吹动煤泥沉降和水进行混合，混合后的煤泥通过排污管27排放，而净化的清水通过清水管路210排出到陶瓷膜净化系统。由于矿井原水中具有煤泥，即使沉降后的上层液体，也仍旧具有煤泥，而自由的煤泥可以作为好氧菌寄生载体，因此在煤粒生物曝气气混池24的底部布局适合煤泥气混的气管2进行气混操作，即将曝气系统和气混清淤系统二合一，通过气控阀23的作用，使气管Ⅲ22内部的气吹动气混池23中的矿井水使煤矿矿井水中煤粒与水充分混合，以煤粒作为生物填料，以水为介质，通过附着在煤粒上生物膜及胞外聚合物吸附截留作用、微生物氧化分解作用及沿水流方向形成的食物链分级捕食作用，去除水中污染物的目的，利用煤粒生物曝气气混池24内气混操作造成的好氧区域、缺氧区域的存在，实现去除气混池内矿井水中的COD、BOD的功能。同时使水中煤泥在一定浓度后排出，保持了水中生物膜的不断再生与利用，既稳定而高效的实现了去除水中COD、BOD的功能，又清除了水中的煤泥。并且煤粒生物曝气气混池24上部连接清水管路210，被去除水中COD、BOD的清水位于气混池的上层，可通过清水管路210排出。

如图3所示，通过清水管路210排出的清水进入到陶瓷膜净化系统再次净化后，才排入到清水池中经消毒后回用于井下防尘和消防等生产用水。

陶瓷膜净化系统包括陶瓷膜组件33，该陶瓷膜组件33为现有技术，还包括外壳37，外壳37内部安装有孔状的陶瓷膜32，外壳37的下部具有污水进口、上部具有浓水出口、侧部具有净水出口310，陶瓷膜组件能够对外壳内的水进行净化后，将净水和浓水排出。

外壳的污水进口通过污水管道Ⅱ连接上一级的煤泥生物曝气系统的清水管路210排出的清水，污水管道Ⅱ上连接将水泵入外壳37内部进行净化的循环泵31，而浓水出水口外部的管道上连接手动调节阀，污水通过循环泵31加压将污水打入陶瓷膜组件33内，污水流经陶瓷膜32的内孔后，净水从净水出口排出，浓水从浓水出口排出，而设置在浓水管道上的手动调节阀36，能够通过手动调节开度，通过调整手动调节阀36的开启程度大小，可以使污水在陶瓷膜组件内部具有不同的压力，进而可以使净水通过陶瓷膜的外壁产出。陶瓷膜净化系统为现有的自动反冲洗式。当运行一个周期后滤层阻力加大，出水水量减少，此时外壳内的虹吸上升水位升高到一定位置时无阀过滤器进行自动反冲洗，反冲洗出回流到系统中重新处理。

陶瓷膜组件工作长时间后，污物不会完全通过浓水出口排放出去，会在陶瓷膜内壁结垢，时间越长积累的污垢就越多，从而使陶瓷膜堵塞。因此，环泵31并联设置管道上设置气动隔膜泵34，气动隔膜泵34通过管道连接气源Ⅲ39。气动隔膜泵34是一种以压缩空气为动力、由泵内膜片往复变形造成容积变化的容积泵，其工作原理近似于柱塞泵，因此气动隔膜泵不同于电动泵，电动泵出水是匀速不间断排出的，而气动隔膜泵34可以随压缩空气气量大小的变化做往复运动，进而使得污水进入到外壳内的水量是周期性间断的，即相当于向外壳内输出一股一股的水流，水压是脉冲波浪。

气动隔膜泵34与循环泵31并联后，通过控制气源输出气量的大小使得气动隔膜泵34交替给水频压，使得在循环泵31正常给水的状态下，使进入陶瓷膜组件外壳37内的污水产生水流、水压的脉冲，进而在陶瓷膜内孔形成不断的水流脉冲，进而通过脉冲水流强化错流过滤的陶瓷膜膜面污染物冲洗功能，实现膜面自清洁延长膜污染周期，从而获得最佳的膜面清洁效果，更有效的去除膜管内的污垢。实际使用过程中，可以通过改变循环泵31的参数、气动隔膜泵34的参数使得水流和气量发生周期性的变化，实现脉冲频幅的调整，使正常错流过滤工艺变为调频脉冲错流工艺，在膜内孔形成不间断的水流脉冲，更有效的去除膜管内的污垢。气源Ⅲ39还通过管道连接外壳37底部的进气口 。且气源Ⅲ39通过气控阀5连接气动隔膜泵34和外壳37上的进气口。

上述的装置中，各泵均与控制器连接，由控制器控制开启和关闭，而各电信号控制的阀门则同样连接控制器，通过控制器控制开度。另，上述的原水池气混清淤系统的气源Ⅰ112、煤泥上生物曝气系统的气源Ⅱ25、陶瓷膜净化系统的气源Ⅲ39可选择不同的气源，也可选择同一气源。

本发明的整套煤矿矿井水综合处理装置对煤矿来说，工艺简单、机械简单、维修方便，既安全又实用，陶瓷膜在线调频脉冲膜面自清洁工艺，是在陶瓷膜水处理设备正常运行的状态下实现膜面自清洁，运行稳定性，减少反冲洗频率，延长清洗周期，降低运行费用，提高使用寿命，可以给客户的水处理设备降低维修费用，带来很好的经济效益。同时，解决了陶瓷膜在水处理行业不可再次利用，不可再生利用的一大难题。用矿井水中富含的煤粒作为微生物载体，不再另外添加轻质陶粒，无需添加混凝药剂，实现矿井水系统COD、BOD、氨氮的去除，同时满足煤泥的气混清挖，煤矿矿井水综合处理工艺可以给客户的水处理设备降低维修费用，带来很好的经济效益。而且避免了混凝药剂的使用，避免了化工药剂带来环境风险。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：包括煤粒生物曝气系统、陶瓷膜净化系统和煤泥气混清挖及压泥系统；

矿井原水进入到煤泥曝气系统处理并沉降后，上层液体进入到陶瓷膜净化系统进行净化，经过陶瓷膜净化系统净化后的浓水出水重新进入到煤粒生物曝气系统，而经过陶瓷膜净化系统净化后的净水出水进入清水池；煤粒曝气系统处理后的煤泥沉降经过曝气池气混清淤系统气混后，进入到压泥系统。

2.根据权利要求1所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述矿井原水通过提升泵提升至原水池（15），经原水池（15）沉降后的上层水进入到煤粒曝气系统进行处理，原水池（15）下部设置对煤泥沉降进行气混的原水池气混清淤系统；

原水池气混清淤系统包括设置在原水池（15）外部四周的气管Ⅰ（110）和设置在原水池（15）内部的至少四个气管Ⅱ（111），至少四个气管Ⅱ（111）分别设置在原水池（15）的四条边上，所述气管Ⅰ（110）和气管Ⅱ（111）通过设置有阀门（16）的管路连接，所述气管Ⅰ（110）通过空气管路Ⅱ（18）连接气源Ⅰ（112），所述原水池（15）下部通过排污管道连接压泥系统；所述排污管道上设置有污泥泵（13）。

3.根据权利要求2所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述原水池（15）通过污水管道Ⅰ连接矿井原水（13），所述污水管道Ⅰ上设置有气控阀门（12），气控阀门（12）通过空气管路Ⅰ（19）连接气源Ⅰ（112）；所述气源Ⅰ（112）、空气管路Ⅰ（19）、空气管路Ⅱ（18）均与气动控制器（11）连接。

4.根据权利要求1所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述煤粒生物曝气系统包括气混池（24），气混池（24）的底部设置气管Ⅲ（22），气管Ⅲ（22）与外部的气源Ⅱ（25）连接，气混池（24）下部通过管道（26）连接矿井原水，所述气混池（24）与矿井水源之间的管道（26）上设置水泵Ⅰ（21）。

5.根据权利要求4所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述气源Ⅱ（25）与气混池（24）之间的管道上设置有气控阀（23），所述气混池（24）的下部还通过排污管（27）连接外部的压泥系统。

6.根据权利要求4所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述排污管（27）上连接有反冲洗水进水管（29），所述反冲洗水进水管（29）上连接水泵Ⅱ（29）：所述气混池（24）上部连接清水管路（210）。

7.根据权利要求1所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述陶瓷膜净化系统包括陶瓷膜组件（33），陶瓷膜组件（33）包括外壳（37）和外壳（37）内部的陶瓷膜（32），外壳（37）的下部设置有进水口，进水口通过污水管道Ⅱ连接煤粒生物曝气系统的上层液体，污水管道Ⅱ上设置有循环泵（31）；外壳（37）的上部设置有出水口，出水口外部的出水管道上设置有手动调节泵（36）；外壳（37）的侧壁上设置有净水出口（310）；

还包括与所述循环泵（31）并联设置的气动隔膜泵（34），气动隔膜泵（34）通过管道连接气源Ⅲ（39）。

8.根据权利要求7所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述气源Ⅲ（39）还通过管道连接外壳（37）底部的进气口；

所述气源Ⅲ（39）通过气控阀（35）连接气动隔膜泵（34）和外壳（37）上的进气口。

9.根据权利要求1所述的一种新型煤矿矿井水综合处理装置，其特征在于：

所述压泥系统包括浓缩池，和与煤泥浓缩池连接的板框压滤机。