CN110372131A - 矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置，治理方法：静态混合，将原水与臭氧经射流器进行静态混合；气液反应，将水气混合物进行气液反应得反应混合液和臭氧尾气，臭氧尾气经分解后排放；在线膜过滤，将反应混合液溢流到膜反应槽，经槽内PVDF膜反应组件进行处理，得滤液和底渣，底渣通过板框压滤后回收；深度处理，将滤液经缓冲深度处理，得处理后的净水，治理装置：它包括臭氧发生器(2)、射流器(3)、静态混合器(4)、气液反应塔(5)、膜反应槽(6)、PVDF膜反应组件(7)、板框压滤机(8)、臭氧破坏器(9)、缓冲水池(10)、深度过滤处理器(11)。它具有处理成本低、除锰效果好、自动化程度高、工艺指标稳定、资源利用率好等优点，特别适于交通不便地区或设备空间受限区域矿坑地下含锰涌水净化应用。

Description

矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置，特别适于交通不便地区或设备空间受限区域矿坑地下含锰涌水净化应用。
背景技术
天然地下水中普遍存在高背景值的铁和锰，国家饮用水标准锰浓度为0.1mg/L，排放标准锰浓度为0.5mg/L。业内人士知道，去除水中铁较易，而去除锰特别是要使水体达到饮用水标准难度较大,此类水通常存在地下隧道、洞穴等受限空间里，一般是先把水抽到地表上再进行处理，显然在落差大的地方，抽水处理极为不便。现有矿区或其它偏远运输不便地区地下水体中锰超标的问题，尤其是中高浓度含锰水体的深度处理存在处理流程复杂和水质不能稳定达标等问题。
目前，常用的去除水中锰的方法有两种：一.化学药剂中和法，加入石灰或片碱等碱性物质，对高浓度的锰去除效率较高，但存在处理后液pH值大于10且处理不彻底，采用石灰处理存在处理渣量大，渣中的锰难以回收等问题；二.氧化吸附法，将原水曝气—滤池过滤，曝气方式可采用跌水曝气、表面曝气等方式，滤料主要锰砂滤料，目前存在所用锰砂滤料洗水量很大，处理不当存在二次污染的可能，仅适于1～3ppm的含锰水体的处理，处理过程中形成的MnO2渣颗粒较细，容易出现出水总锰不达标、滤料钝化和锰离子的穿透等问题。
为解决上述问题，中国专利CN201621039481.8公开了一种“去除饮用水中铁锰的装置”，它是一种臭氧处理装置，设置紫外杀菌、氧气氧化、超滤保护以及超滤等模块，能去除水中铁锰，但结构极其复杂，超滤膜易堵塞，可操作性不强；中国专利CN201611063927.5公开了一种“去除地下水中铁锰的方法及系统”，它采用“臭氧+陶瓷膜”过滤，能处理地下水中的铁锰，但该技术在含锰1～3mg/L的水体处理中较易实现，对于含锰10～500mg/L的水体，会存在处理不彻底、臭氧利用率低，臭氧投加过量而锰返溶的可能，且在处理过程使用的陶瓷膜易于堵塞等问题；中国专利CN201610804516.0公开了一种“去除饮用水中铁锰的方法及装置”，它采用“臭氧+超滤”处理模块，能去除饮用水中铁锰，但所用超滤膜需要严格的预处理，同样会存在臭氧氧化锰不足或过量氧化的等问题。
为此，寻求一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置就显得意义重大。
发明内容
本发明的任务是为了克服现有技术的不足，提供一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置,既可在含锰污水处理现场直接进行处理，又可对中高浓度含锰水体深度处理。
本发明的任务是通过以下技术方案来完成的：
一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法及装置，采用“原水+臭氧氧化+原位在线过滤+深度过滤处理”的工艺，它包括如下顺序工艺步骤和条件：
A.静态混合，将原水与臭氧经射流器进行静态混合，得水气混合物；
B.气液反应，将水气混合物泵到气液反应塔中进行气液反应，控制反应时间3～5min，得反应混合液和臭氧尾气，臭氧尾气通过臭氧破坏器分解后排放；
C.在线膜过滤，将反应混合液溢流到膜反应槽，经槽内PVDF膜反应组件进行在线膜过滤，得滤液和底渣，底渣通过板框压滤后回收；
D.深度处理，将滤液经缓冲后泵到深度处理器进行锰的深度处理，控制水力停留时间0.5～1.0h，得处理后的净水，净水外排或回用。
用于实现矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法的装置，它包括臭氧发生器、泵、管道，它还包括射流器、静态混合器、气液反应塔、膜反应槽、PVDF膜反应组件、板框压滤机、臭氧破坏器、缓冲水池、深度过滤处理器；以泵为动力，依次用管道将原水与臭氧发生器连通射流器、静态混合器、气液反应塔、膜反应槽、PVDF膜反应组件、缓冲水池、深度过滤处理器；气液反应塔连通臭氧破坏器；膜反应槽连通板框压滤机(8)。
说明书中涉及的低浓度锰是指原水含锰浓度小于10mg/L，中高浓度锰是指原水含锰浓度为10～500mg/L。PVDF为polyvinylidene fluoride简称，即聚偏氟乙烯超滤膜。
本发明与现有技术相比具有以下优点或效果：
(1)解决了传统臭氧处理技术存在臭氧利用率低，供给不足或过量而导致的水处理不达标的问题。
(2)可以高效回收产生的锰渣，环保效益和经济效益显著。
(3)装置具有操作方便、结构紧凑和自动化程度高等优点。
附图说明
图1是依据本发明提出一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法工艺流程示意图。
图2是一种实现矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法的装置示意图。
附图中各标示分别表示：
1.原水储水罐 2.臭氧发生器 3.射流器 4.静态混合器 5.气液反应塔 6.膜反应槽 7.PVDF膜反应组件 8.板框压滤机 9.臭氧破坏器 10.缓冲水池 11.深度过滤处理器12.外排水池
以下结合附图对本发明作进一步详细地描述。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法，采用“原水+臭氧氧化+原位在线过滤+深度过滤处理”的工艺，它包括如下顺序工艺步骤和条件：
A.静态混合，将原水与臭氧经射流器进行静态混合，得水气混合物；
B.气液反应，将水气混合物泵到气液反应塔中进行气液反应，控制反应时间3～5min，得反应混合液和臭氧尾气，臭氧尾气通过臭氧破坏器分解后排放；
C.在线膜过滤，将反应混合液溢流到膜反应槽，经槽内PVDF膜反应组件进行在线膜过滤，得滤液和底渣，底渣通过板框压滤后回收；
D.深度处理，将滤液经缓冲后泵到深度处理器进行锰的深度处理，控制水力停留时间0.5～1.0h，得处理后的净水，净水外排或回用。
本发明的工艺可以进一步是：
所述步骤A静态混合臭氧浓度为20～120mg/L，臭氧投加量按照MO3︰MMn为1.1～1.3，MO3︰MFe为0.45～0.55，MO3︰MCOD为4.0～6.0。
所述C在线膜过滤PVDF膜反应组件滤料为用硅铝酸盐(Al2O3·3SiO2)基二氧化锰复合材料并制成圆柱形颗粒。
所述PVDF膜反应组件滤料可定期用外排净水反洗，反洗料液返回步骤C在线膜过滤进行处理。
所述反洗流速控制在20～30m/h。
所述适用原水温度范围为0～50℃。
所述原水含锰浓度为10～500mg具有最佳的效果，对于含锰浓度小于10mg/L或大于500mg/L的原水处理同样适用。
参照图2，用于实现矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法的装置，它包括臭氧发生器(2)、泵、管道，它还包括射流器(3)、静态混合器(4)、气液反应塔(5)、膜反应槽(6)、PVDF膜反应组件(7)、板框压滤机(8)、臭氧破坏器(9)、缓冲水池(10)、深度过滤处理器(11)；以泵为动力，依次用管道将原水与臭氧发生器(2)连通射流器(3)、静态混合器(4)、气液反应塔(5)、膜反应槽(6)、PVDF膜反应组件(7)、缓冲水池(10)、深度过滤处理器(11)；气液反应塔(5)连通臭氧破坏器(9)；膜反应槽(6)连通板框压滤机(8)。
用于实现本发明工艺的装置可以进一步是：
所述的射流器(3)入口可设置原水储水罐(1)。
所述的深度过滤处理器(11)出口可设外排水池(12)。
所述的PVDF膜反应组件(7)为浸没式聚偏氟乙烯超滤膜，膜孔径为100nm。
所述的PVDF膜反应组件(7)运行通量为25～50L/m2·h、运行时过滤压力为0.01～0.05Mpa、跨膜压差小于0.05Mpa、运行错流率为300～400％。
工作时，原水经泵输送至管道，在管道中通过射流反应器(3)实现与臭氧的气液混合，混合样再通过管道静态混合器(4)进行混合反应，最后进入气液反应塔(5)均质混合，气液反应塔(5)上部的部分残留臭氧通过臭氧破坏器(9)进行分解达标排放；反应后液溢流到膜反应槽(6)进行在线膜过滤(7)，高浓度的底流通过板框(8)进行过滤回收锰渣，滤液返回到膜反应槽(6)中；经膜处理后的滤液通过缓冲水池(10)调节后，泵入深度过滤处理器(11)，进行深度吸附处理，处理后的净水回用或外排(12)。
实施例1
某多山矿区防洪洞里地下渗水中背景值锰浓度为10～15mg/L，超过地表饮用水标准要求0.5mg/L，要求锰浓度处理达到0.5ppm以下方可排放。在现场实施本申请“臭氧氧化+膜过滤+深度处理”的工艺，配套装置自动运行，产生外购药剂依赖少，锰渣回收外售，渗水达标排放。对环境影响小的效果。具体实施方式为：涌水流量为25～30m3/h，涌水通过变频泵输送至管道，在管道中通过射流反应器与臭氧实现气液混合，臭氧浓度为90～100mg/L，流量为4.5～5.5m3/h，然后再通过管道静态混合器进行进一步混合反应，最后进入气液反应塔，反应塔上部部分残留臭氧通过臭氧破坏器分解达标排放；溢流到PVDF浸没式过滤膜反应槽进行在线膜过滤，高浓度的底流通过板框进行过滤回收锰渣，板框滤液返回到膜反应槽中；膜处理后的滤液通过缓冲水池后，泵入深度过滤处理器进行深度吸附处理，处理后净水达标外排到地表水体中。
实施例2
某西部锰矿位于国家生态保护缓冲区附近，为了保护生态，减少对环境的污染和二次伤害，放弃了传统的石灰中和或片碱处理的加药方式，采用了本申请“臭氧氧化+膜过滤+深度处理”技术，矿区水量为80～100m3/h，锰浓度为100～120mg/L,实施后水质稳定达标排放，回收的高纯度锰渣直接外售。具体实施方式为：将待处理水泵到储水池调节后，通过变频泵输送至管道，在管道中通过射流反应器与臭氧实现气液混合，臭氧浓度为100～120mg/L，流量为60～80m3/h，然后再通过管道静态混合器进行进一步混合反应，最后进入气液反应塔，反应塔上部部分残留臭氧通过臭氧破坏器分解达标排放；溢流到PVDF浸没式过滤膜反应槽进行在线膜过滤，高浓度的底流通过板框进行过滤回收锰渣，板框滤液返回到膜反应槽中；膜处理后的滤液通过缓冲水池后，泵入深度过滤处理器，进行深度吸附处理，处理后的净水达标外排到地表水体中。
实施例3
某多山矿区防洪洞里地下渗水中背景值含锰浓度为75mg/L，采用“臭氧氧化+膜过滤+深度处理”技术，控制臭氧浓度50mg/L，处理3min后，滤液清澈，检测滤液锰浓度为0.07mg/L，PVDF滤膜通量没有出现衰减。
对比例
某多山矿区防洪洞里地下渗水中背景值含锰浓度为75mg/L，采用背景专利CN201611063927.5“臭氧+陶瓷膜”过滤的方式处理，控制臭氧浓度50mg/L，处理3min后，滤液通过陶瓷膜过滤，滤液微黄，检测滤液锰浓度为0.89mg/L，同时发现陶瓷膜微孔存在堵塞现象。
表1 不同处理工艺指标对比
由上表可知，采用本发明的方法及装置处理矿坑地下含锰涌水无需药剂，处理成本低，除锰效果好，自动化程度高、工艺指标稳定、资源利用率好。
如上所述，便可较好地实现本发明。上述实施例仅为本发明最佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替换、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法，其特征在于采用“原水+臭氧氧化+原位在线过滤+深度过滤处理”的工艺，它包括如下顺序工艺步骤和条件：
A.静态混合，将原水与臭氧经射流器进行静态混合，得水气混合物；
B.气液反应，将水气混合物泵到气液反应塔中进行气液反应，控制反应时间3～5min，得反应混合液和臭氧尾气，臭氧尾气通过臭氧破坏器分解后排放；
C.在线膜过滤，将反应混合液溢流到膜反应槽，经槽内PVDF膜反应组件进行在线膜过滤，得滤液和底渣，底渣通过板框压滤后回收；
D.深度处理，将滤液经缓冲后泵到深度处理器进行锰的深度处理，控制水力停留时间0.5～1.0h，得处理后的净水，净水外排或回用。
2.根据根据权利要求1所述的方法，其特征是所述步骤A静态混合臭氧浓度为20～120mg/L，臭氧投加量按照MO3︰MMn为1.1～1.3，MO3︰MFe为0.45～0.55，MO3︰MCOD为4.0～6.0。
3.根据根据权利要求1所述的方法，其特征是所述C在线膜过滤PVDF膜反应组件滤料为用硅铝酸盐(Al2O3·3SiO2)基二氧化锰复合材料并制成圆柱形颗粒。
4.根据根据权利要求3所述的方法，其特征是所述PVDF膜反应组件滤料可定期用外排净水反洗，反洗料液返回步骤C在线膜过滤进行处理。
5.根据根据权利要求4所述的方法，其特征是所述反洗流速控制在20～30m/h。
6.根据根据权利要求1所述的方法，其特征是所述适用原水温度范围为0～50℃。
7.根据根据权利要求1或6所述的方法，其特征是所述原水含锰浓度为10～500mg具有最佳的效果，对于含锰浓度小于10mg/L或大于500mg/L的原水处理同样适用。
8.一种用于实现矿坑地下含锰涌水原位深度治理方法的装置，它包括臭氧发生器(2)、泵、管道，其特征在于它还包括射流器(3)、静态混合器(4)、气液反应塔(5)、膜反应槽(6)、PVDF膜反应组件(7)、板框压滤机(8)、臭氧破坏器(9)、缓冲水池(10)、深度过滤处理器(11)；以泵为动力，依次用管道将原水与臭氧发生器(2)连通射流器(3)、静态混合器(4)、气液反应塔(5)、膜反应槽(6)、PVDF膜反应组件(7)、缓冲水池(10)、深度过滤处理器(11)；气液反应塔(5)连通臭氧破坏器(9)；膜反应槽(6)连通板框压滤机(8)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征是所述的射流器(3)入口可设置原水储水罐(1)。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征是所述的深度过滤处理器(11)出口可设外排水池(12)。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征是所述的PVDF膜反应组件(7)为浸没式聚偏氟乙烯超滤膜，膜孔径为100nm。
12.根据权利要求8或11所述的装置，其特征是所述的PVDF膜反应组件(7)运行通量为25～50L/m2·h、运行时过滤压力为0.01～0.05Mpa、跨膜压差小于0.05Mpa、运行错流率为300～400％。
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