CN109052729A - 一种煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法，其中系统包括：膜化学反应器和反渗透装置；反渗透装置包括原水反渗透装置和浓水反渗透装置；膜化学反应器的出水端与原水反渗透装置的进水端连接，原水反渗透装置的浓水出水端与浓水反渗透装置的进水端连接；膜化学反应器包括混凝反应装置和微滤膜过滤器；混凝反应装置的出水端与微滤膜过滤器的进水端连接；微滤膜过滤器包括布水区、产水区、过滤区、储渣区以及恒压反冲洗装置。本发明实施例的煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法，能够显著提高整个系统对煤矿矿井疏干水的回收率并降低系统运行能耗。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法。
背景技术
煤矿矿井疏干水，是在采煤过程中从煤层中涌出的水体。煤矿矿井疏干水的产生原因，一般是矿井开采过程中产生的地表渗透水及地下水层的水，被砂泥颗粒、粉尘、溶解盐、酸、碱、煤炭颗粒、油脂等污染所形成。可见，煤矿矿井疏干水中的污染物成分复杂，如果直接排放极易造成环境污染。
现有煤矿矿井疏干水的处理方法通常采用重力沉淀工艺，例如：絮凝-沉淀处理技术、重介速沉水处理技术、磁分离技术。
但是，现有的重力沉淀工艺在对煤矿矿井疏干水进行处理时，由于重力沉淀工艺自身净化原理所限，当煤矿矿井疏干水水量、水体中悬浮物含量波动时，其出水水质易受到影响，导致出水水质不稳定。因此通过现有的重力沉淀工艺处理后的煤矿矿井疏干水，只能满足喷洒、降尘或达标排放等普通需求，无法将产水进一步回用，导致煤矿矿井疏干水的回收利用率不高。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法，以提高对煤矿矿井疏干水的回收利用程度。具体技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种煤矿矿井疏干水的处理系统，包括：膜化学反应器、反渗透装置；其中，所述反渗透装置包括：原水反渗透装置和浓水反渗透装置；所述膜化学反应器的出水端与所述原水反渗透装置的进水端连接，所述原水反渗透装置的浓水出水端与所述浓水反渗透装置的进水端连接；
所述膜化学反应器包括：混凝反应装置和微滤膜过滤器；其中，所述混凝反应装置的出水端与所述微滤膜过滤器的进水端连接；所述混凝反应装置的进水端安装有混凝反应加药装置；
所述微滤膜过滤器包括：产水区、过滤区、储渣区、布水区以及恒压反冲洗装置；所述过滤区中设置有微滤膜组件。
可选地，所述产水区设置于所述微滤膜过滤器的上部；所述储渣区设置于所述微滤膜过滤器的底部。
可选地，所述微滤膜过滤器浸没式过滤器；所述微滤膜组件的孔径为0.1～0.4μm；所述微滤膜组件采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜；所述微滤膜组件的材质包括：聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯的至少一种。
可选地，所述膜化学反应器的进水端连接有缓冲池。
可选地，所述混凝反应装置中还设置有搅拌器。
可选地，所述微滤膜过滤器的进水管路上安装有第一提升泵。
可选地，所述原水反渗透装置的产水出水端以及所述浓水反渗透装置的产水出水端，均连接有淡水集水箱。
可选地，所述原水反渗透装置进水端的管路上依次连接有第二提升泵、第一保安过滤器及第一增压泵；所述浓水反渗透装置进水端的管路上依次连接有第三提升泵、第二保安过滤器及第二增压泵；所述原水反渗透装置的浓水出水端还安装有浓水箱，所述浓水箱的出水端与所述第三提升泵连通。
第二方面，本发明实施例还提供了一种煤矿矿井疏干水的处理方法，应用于第一方面提供的煤矿矿井疏干水的处理系统，包括：
步骤A、将煤矿矿井疏干水通过管路引入缓冲池，再将所述缓冲池中的水体引入所述膜化学反应器的混凝反应装置中；
步骤B、通过混凝反应加药装置向所述混凝反应装置加入药剂，并通过搅拌器搅拌所述混凝反应装置中的水体，使药剂与所引入的水体混合，进行混凝反应；
步骤C、将混凝反应所得出水通入微滤膜过滤器中，经过微滤膜组件过滤后，所得产水流入产水箱，所得废渣通过排渣口排出；其中，所得产水的浊度小于0.3NTU，硬度小于10mg/L，所得废渣的含固率大于10％。
步骤D、将所得产水依次通过第二提升泵及第一增压泵通入原水反渗透装置，所得淡水引入淡水集水箱；
步骤E、将所述原水反渗透装置产生的浓水，通过第三提升泵及第二增压泵通入浓水反渗透装置，所得淡水再引入淡水集水箱，所得浓水排入污水处理系统。
本发明实施例提供的一种煤矿矿井疏干水的处理系统及处理方法，通过膜化学反应器对煤矿矿井疏干水进行预处理，进行全量过滤，提高了矿井水的再利用率，同时产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求。并且，原水反渗透装置直接处理膜化学反应器产水，所得浓水再次被浓水反渗透处理，原水反渗透装置和浓水反渗透装置所得淡水均直接作为工艺产水，系统回收率大大提高，能够最大限度地解决富煤地区水资源供需矛盾问题。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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。
图1为本发明实施例提供的一种煤矿矿井疏干水的处理系统的结构示意图。
图中，1.缓冲池，2.膜化学反应器，3.反渗透装置，4.混凝反应装置，401.混凝反应加药装置，402.搅拌器，5.微滤膜过滤器，501.第一提升泵，502.产水箱，503.恒压反冲洗装置，504.化学清洗罐，505.排渣口，506.微滤膜组件，507.产水区，508.过滤区，509.储渣区，510.布水区，6.原水反渗透装置，601.第二提升泵，602.第一保安过滤器，603.第一增压泵，7.浓水箱，8.浓水反渗透装置，801.第三提升泵，802.第二保安过滤器，803.第二增压泵，9.淡水集水箱，10.反渗透膜清洗装置。
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做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。
现有的煤矿矿井疏干水处理技术，还有采用无机陶瓷膜系统对煤矿矿井疏干水进行处理，虽然产水可进一步脱盐处理供于煤矿井下特种设备的生产用水等，但产生的浓水会直接回到排水设施中，整个无机陶瓷膜系统对水的回收率低，且对矿井来水变化适应性较差。不仅如此，无机陶瓷膜系统需增加V型滤池等预处理设施，其基建费用成本高，并且，无机陶瓷膜系统多采用内压大错流过滤形式，所需能耗较高，其运行费用高。
有鉴于此，如图1所示，本发明实施例提供了一种煤矿矿井疏干水的处理系统，该系统包括：
膜化学反应器(MCR，Membrance Chemical Reactor)2及反渗透装置3。其中，反渗透装置3包括：原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8。膜化学反应器2的出水端与原水反渗透装置6的进水端通过管路连接，从而形成连通的管路。根据图1所示的装置结构可知，煤矿矿井疏干水流经膜化学反应器2被净化后，会再依次流入原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8。
本发明实施例中，膜化学反应器2包括：混凝反应装置4和微滤膜过滤器5，其中，混凝反应装置4的出水端与微滤膜过滤器5的进水端通过管路连接，从而形成连通的管路。
上述混凝反应装置4用于去除煤矿矿井疏干水中的硬度。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，混凝反应装置4的进水端可以通过管路安装混凝反应加药装置401，混凝反应加药装置401可以包括多个加药罐，各加药罐中分别储存有碳酸钠、次氯酸钠、聚铁等药剂。混凝反应装置4中还可以设置搅拌器402，能够使加入混凝反应装置4中的药剂充分与煤矿矿井疏干水混合，提高药剂与水体的反应效率。
上述微滤膜过滤器5可以为节能型浸没式过滤器。微滤膜过滤器5包括：产水区507、过滤区508、储渣区509以及恒压反冲洗装置503。
其中，产水区507设置于微滤膜过滤器5的上部。
其中，过滤区508中设置有微滤膜组件506，微滤膜组件506采用管袋式、管式或中空纤维微滤膜，其孔径为0.1～0.4μm，通常采用聚四氟乙烯(PTFE)、乙烯三氟氯乙烯共聚物(ECTFE)、全氟乙烯丙烯共聚物(FEP)、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物(PFA)、聚偏氟乙烯(PVDF)等全氟或高含氟聚合物材料。
其中，储渣区509设置于微滤膜过滤器5的底部，煤矿矿井疏干水中的悬浮物可以通过排渣口505排出，其排出形式为含固率大于10％的固液形式。
其中，布水区510位于微滤膜过滤器5的下部，用于布水。
其中，恒压反冲洗装置503的进水端与微滤膜过滤器5的过滤区508连通，出水端与混凝反应装置4连通，可以使反冲洗后的水体流入混凝反应装置4再次被回收利用，而不是直接作为废水外排，最大限度地提高煤矿矿井疏干水的利用率。
产水箱502与微滤膜过滤器5通过管道连通，经微滤膜过滤器5净化后的煤矿矿井疏干水可以通入产水箱502进行储存，并为后续反渗透处理使用。微滤膜过滤器5能够有效去除煤矿矿井疏干水中的悬浮物，产水浊度小于0.3NTU。相比于现有的重力沉淀工艺，不易受到煤矿矿井疏干水水量、水体中悬浮物含量波动的影响，产水水质稳定，满足后续反渗透处理工艺的用水要求。相比其它膜处理工艺，具有投资低、能耗低的特点。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，微滤膜过滤器5的进水管路上可以安装有第一提升泵501，用于将混凝反应装置4中的煤矿矿井疏干水输送至微滤膜过滤器5中。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，微滤膜过滤器5的底部通过管路安装有化学清洗装置504，其作用是通过清洗药剂对微滤膜过滤器5进行清洗。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，在膜化学反应器2的进水端，还可以通过管路连接有缓冲池1，该缓冲池1能够储存通过管道引来的煤矿疏干水，缓解波动。
本发明实施例中，原水反渗透装置6的浓水出水端与浓水反渗透装置8的进水端通过管路连接，也即，原水反渗透装置6产生的浓水，会进入浓水反渗透装置8进行反渗透处理，从而能够进一步利用所产生的浓水，而不是将浓水直接排放，提高整个系统对煤矿矿井疏干水的回收率。
并且，原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8的工艺产水可以直接使用，例如，可作为富煤地区电厂或煤制油厂、甲醇厂等锅炉用水。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，原水反渗透装置6的产水出水端以及浓水反渗透装置8的产水出水端，均通过管路连接有淡水集水箱9，也即，原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8的产水可以通过淡水集水箱9收集储存，产水水质能够满足工艺产水的使用需求。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，原水反渗透装置6进水端的管路上依次连接有第二提升泵601、第一保安过滤器602及第一增压泵603。其中，提升泵用于向原水反渗透装置6输送产水时提供动力；保安过滤器用于过滤水体中的细微物质，确保水质过滤精度及保护膜过滤元件不受大颗粒物质的损坏；增压泵的作用是进一步提高向原水反渗透装置6输送产水时的水压。
同样地，浓水反渗透装置8进水端的管路上依次连接有第三提升泵801、第二保安过滤器802及第二增压泵803，其各部件的作用与原水反渗透装置6中各部件的作用相同，在此不再赘述。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8之间的管路上还可以安装一个浓水箱7，用于储存原水反渗透装置6产生的浓水。具体地，浓水箱7的进水端管路可以安装于原水反渗透装置6的出水端，浓水箱7的出水端管路安装于第二提升泵601连通的进水端。
作为本发明实施例一种具体的实施方式，原水反渗透装置6的进水端以及浓水反渗透装置8的进水端，均可以通过管路连接有反渗透膜清洗装置10。反渗透膜清洗装置10中储存有清洗药剂，用于对原水反渗透装置6和浓水反渗透装置8进行清洗。
本发明实施例提供的一种煤矿矿井疏干水的处理系统，通过膜化学反应器对煤矿矿井疏干水进行预处理，进行全量过滤，提高了矿井水的再利用率，同时产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求。并且，原水反渗透装置直接处理膜化学反应器产水，所得浓水再次被浓水反渗透处理，原水反渗透装置和浓水反渗透装置所得淡水均直接作为工艺产水，系统回收率大大提高，能够最大限度地解决富煤地区水资源供需矛盾问题。
本发明实施例提供了一种煤矿矿井疏干水的处理方法，该方法应用于如图1所示的煤矿矿井疏干水的处理系统，包括：
步骤A、将煤矿矿井疏干水通过管路引入缓冲池1，再从缓冲池1引入膜化学反应器2的混凝反应装置4中。
步骤B、通过混凝反应加药装置401向混凝反应装置4加入碳酸钠、聚铁等药剂，再通过搅拌器402搅拌混凝反应装置4中的水体，进行混凝反应，以去除水中的硬度。
需要说明的是，碳酸钠、聚铁均为混凝反应常规使用药剂，药剂的添加量可以由技术人员根据实际煤矿矿井疏干水水质进行调整，本发明实施例在此不做限定。
步骤C、将混凝反应所得出水通过第一提升泵501通入微滤膜过滤器5中，经微滤膜组件506过滤后，去除煤矿矿井疏干水中的悬浮物。所得产水流入产水箱502，所得废渣通过排渣口505排出，废渣排出形式为含固率大于10％的固液形式。
其中，所得产水的浊度小于0.3NTU，硬度小于10mg/L，保证了后续反渗透工艺的稳定运行。
步骤D、将所得产水依次通过第二提升泵601及第一增压泵603通入原水反渗透装置6，所得淡水通入淡水集水箱9，储存作为工艺产水使用。
步骤E、将原水反渗透装置6产生的浓水，通过第三提升泵801及第二增压泵803通入浓水反渗透装置8，通过浓水反渗透装置8进一步过滤，能够进一步利用所产生的浓水，而不是将浓水直接排放，从而提高整个系统对煤矿矿井疏干水的回收率。
步骤F、将原水反渗透装置6产生的淡水，通入淡水集水箱9。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，微滤膜过滤器5中水处理过程具体为：
进液：将混凝反应所得出水，通过第一提升泵501引入微滤膜过滤器5中；
过滤：水体经微滤膜过滤器5中的微滤膜组件506过滤；
反冲：微滤膜过滤器5的恒压反冲洗装置503开启，产水区507的产水从微滤膜组件506内部向外部流出，对微滤膜组件506进行反冲；恒压反冲洗装置503不需额外能耗；
排渣：储渣区509沉积的滤饼或反应悬浮物，以含固率大于10％的固液形式通过排渣口505排出。
本发明实施例提供的一种煤矿矿井疏干水的处理方法，通过膜化学反应器对煤矿矿井疏干水进行预处理，进行全量过滤，提高了矿井水的再利用率，同时产水水质稳定，满足后续反渗透工艺的进水要求。并且，原水反渗透装置直接处理膜化学反应器产水，所得浓水再次被浓水反渗透处理，原水反渗透装置和浓水反渗透装置所得淡水均直接作为工艺产水，系统回收率大大提高，能够最大限度地解决富煤地区水资源供需矛盾问题。
本发明实施例提供的煤矿矿井疏干水的处理系统与现有的絮凝-沉淀处理系统，分别对陕西某大型煤矿的煤矿矿井疏干水进行处理时，其污水处理量及煤矿矿井疏干水回收率如表1所示：
表1不同水处理系统对煤矿矿井疏干水处理时的处理数据
根据表1可知，通过本发明实施例的煤矿矿井疏干水的处理系统对煤矿矿井疏干水进行处理时，煤矿矿井疏干水的回收率可达86.9％；而现有的絮凝-沉淀处理系统的回收率为67.5％。可见，本发明实施例相比于现有基于重力沉淀工艺的煤矿矿井疏干水处理系统，能够大大提高对煤矿矿井疏干水的回收利用率，在节约生产成本的同时，还能降低后续污水的排放量，更加有利于环保。
需要说明的是，在本发明的煤矿矿井疏干水的处理系统中，在装置的各部分之间输送流体，例如液体，如废水、淡水、各种浓液等，或固体，如沉淀及各种药剂等，除另有说明，一般均可以通过管路输送；另外，当在输送过程中需要额外的传输动力的时候，可以在需要的管路上加设合适的泵、风机等动力设备。进一步地，还可以在需要时，在管路上增加合适的阀门，以控制流体的流向等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，诸如术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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，均包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，包括：膜化学反应器(2)、反渗透装置(3)；其中，所述反渗透装置(3)包括：原水反渗透装置(6)和浓水反渗透装置(8)；所述膜化学反应器(2)的出水端与所述原水反渗透装置(6)的进水端连接，所述原水反渗透装置(6)的浓水出水端与所述浓水反渗透装置(8)的进水端连接；
所述膜化学反应器(2)包括：混凝反应装置(4)和微滤膜过滤器(5)；其中，所述混凝反应装置(4)的出水端与所述微滤膜过滤器(5)的进水端连接；所述混凝反应装置(4)的进水端安装有混凝反应加药装置(401)；
所述微滤膜过滤器(5)包括：产水区(507)、过滤区(508)、储渣区(509)、布水区(510)以及恒压反冲洗装置(503)；所述过滤区(508)中设置有微滤膜组件(506)。
2.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述产水区(507)设置于所述微滤膜过滤器(5)的上部；所述储渣区(509)设置于所述微滤膜过滤器(5)的底部。
3.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述微滤膜过滤器(5)为浸没式过滤器；所述微滤膜组件(506)的孔径为0.1～0.4μm；所述微滤膜组件(506)采用管袋式、管式或者中空纤维微滤膜；所述微滤膜组件(506)的材质包括：聚四氟乙烯、乙烯三氟氯乙烯共聚物、全氟乙烯丙烯共聚物、全氟丙基全氟乙烯基醚聚四氟乙烯共聚物、聚偏氟乙烯的至少一种。
4.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述膜化学反应器(2)的进水端连接有缓冲池(1)。
5.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述混凝反应装置(4)中还设置有搅拌器(402)。
6.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述微滤膜过滤器(5)的进水管路上安装有第一提升泵(501)。
7.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述原水反渗透装置(6)的产水出水端以及所述浓水反渗透装置(8)的产水出水端，均连接有淡水集水箱(9)。
8.根据权利要求1所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，其特征在于，所述原水反渗透装置(6)进水端的管路上依次连接有第二提升泵(601)、第一保安过滤器(602)及第一增压泵(603)；所述浓水反渗透装置(8)进水端的管路上依次连接有第三提升泵(801)、第二保安过滤器(802)及第二增压泵(803)；所述原水反渗透装置(6)的浓水出水端还安装有浓水箱(7)，所述浓水箱(7)的出水端与所述第三提升泵(801)连通。
9.一种煤矿矿井疏干水的处理方法，其特征在于，应用于权利要求1-8所述的煤矿矿井疏干水的处理系统，所述方法包括：
步骤A、将煤矿矿井疏干水通过管路引入缓冲池(1)，再将所述缓冲池(1)中的水体引入所述膜化学反应器(2)的混凝反应装置(4)中；
步骤B、通过混凝反应加药装置(401)向所述混凝反应装置(4)加入药剂，并通过搅拌器(402)搅拌所述混凝反应装置(4)中的水体，使药剂与所引入的水体混合，进行混凝反应；
步骤C、将混凝反应所得出水通入微滤膜过滤器(5)中，经微滤膜组件(506)过滤后，所得产水流入产水箱(502)，所得废渣通过排渣口(505)排出；其中，所得产水的浊度小于0.3NTU，硬度小于10mg/L；所得废渣的含固率大于10％；
步骤D、将所得产水依次通过第二提升泵(601)及第一增压泵(603)通入原水反渗透装置(6)，所得淡水引入淡水集水箱(9)；
步骤E、将所述原水反渗透装置(6)产生的浓水，通过第三提升泵(801)及第二增压泵(803)通入浓水反渗透装置(8)，所得淡水再引入所述淡水集水箱(9)，所得浓水排入污水处理系统。
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