CN110713323B - 一种煤矿废水处理系统及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤矿废水处理系统及工艺，系统中包括沉降反应池、磁分离处理器、一级膜分离处理器、二级膜分离处理器、生化处理池，在沉降反应池设置超声装置，在电絮凝处理前开启可以“振碎”包裹在带有负电荷的颗粒物外面包裹的水分子团，提高阳离子絮凝剂与带负电荷的颗粒物的接触机会，进而提高沉降效果；再配合磁分离技术，强化煤矿废水处理效率，为煤矿废水的处理提供了一种高效、节能技术。

Description

一种煤矿废水处理系统及工艺
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种煤矿废水处理系统及工艺。
背景技术
煤矿废水主要为选矿(即尾矿水)或洗煤的废水，除含有大量的悬浮矿物粉末或金属离子外，还含有各类浮选剂。悬浮颗粒物含量每升可达数万以至十余万毫克。洗煤废水是由原生煤泥、次生煤泥和水混合组成的一种多项体系。洗煤废水中包含有煤泥颗粒(粗煤泥颗粒0.5～1mm，细煤泥颗粒0～0.5mm)，矿物质，粘土颗粒等。洗煤废水一般具有SS、CODcr、BOD5浓度高、ζ电位极负的特点(见表1)，因此，煤泥水不仅具有悬浊液的性质，还往往带有胶体的性质；细煤泥颗粒、粘土颗粒等粒度非常小，不易静沉，这些性质决定了该类废水污染重、处理难度大，简单物理化学处理后废水中还会存在大量复杂的有机污染物，难以回收利用，随意排放后会产生严重的污染。
电絮凝是一种集电化学、气浮、絮凝于一体的一种废水处理方法，但传统电絮凝也会存在诸多缺陷，比如其处理过程中尽管会对异电荷的粒子基团进行凝聚、聚集并气浮进行废水处理，但由于含煤废水中存在大量微粒，其主要为负离子基团集结，形成团聚，同时负离子基团外表面会形成水分子基团，电絮凝处理过程中尽管可以去除部分该基团，但由于该基团外部水分子团对阳离子絮凝剂具有隔离效应，难以与负离子基团接触，絮凝效果差。如CN206720930U公开了一种新型电絮凝含煤废水处理系统，其工作原理主要为给多组并联的极板进行直流电解，在极板之间产生电场，使待处理的水流入极板的空隙。此时通电的极板会发生电化学反应，溶出Fe2+等离子并在水中水解而发生絮凝反应，在此过程中，同时发生电气浮、氧化还原等其他作用，这些作用的结果，使水中溶解性、胶体和悬浮态污染物得到有效转化和去除。难以解决上述问题。
煤矿废水中由于悬浮物质含量高，采用絮凝处理后的泥水分离过程速度慢，能耗高，为了提高去除效率，本领域常见做法为磁混凝处理，如CN104163536A公开了磁混凝矿井水井下净化工艺，CN204162489U公开了一种快速高效的磁分离设备，该类方法大大降低了泥水分离效率，当该类处理方法中，磁种与絮体混合不够均匀，磁种含量高时，去除效果良好，但部分磁种含量低时，难免会出现泥水分离不够充分的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够提高煤矿废水絮凝效果的煤矿废水处理系统及工艺。
本发明的另一个目的是提供一种提高煤矿废水磁处理效果的煤矿废水处理系统及工艺。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种煤矿废水处理系统，其特征在于，所述系统中包括沉降反应池1、磁分离处理器2、一级膜分离处理器3、二级膜分离处理器4、生化处理池5，所述沉降反应池1、磁分离处理器2、一级膜分离处理器3、二级膜分离处理器、生化处理池5依次连接，所述沉降反应器1包括反应器本体101，所述反应器本体101顶部设置进水管102，所述反应器本体为桶状结构，所述桶状结构内部设置碳纤维层作为阴极，并连接电源负极；所述反应器本体内部还设置有阳电极105；所述阳电极105连接电源正极；所述反应器本体101内部设置超声装置104，所述反应器本体101的桶状结构底部设置锥形底109，所述反应器本体101设置废水回流管106，所述废水回流管106进水端设置在桶状结构底部，所述废水回流管106出水端设置在桶状结构顶部，所述废水回流管106上设置回流泵108，所述锥形底109底部与反应器本体101顶部设置污泥回流管107，用于将部分污泥回流，所述磁分离处理器2中设置斜板，所述斜板为电磁板，通过设置通电开关控制打开或关闭电磁板，使其具有磁性或非磁性；所述一级膜分离处理器3浓液输送至二级膜分离处理器，，所述生化处理池5依次设置集水井502、厌氧反应器503、好氧反应器504，所述二级膜分离处理器4清液输送至生化处理池5中的集水井502，所述集水井502上设置生活污水进水管501。
进一步地，所述一级膜分离处理器3清液排放或者回用；所述二级膜分离处理器4浓液排放或者回用；
进一步地，所述阳电极设置在圆盘上，所述圆盘通过电极103驱动，用于带动阳极转动；
进一步地，所述阳电极采用铁、铝制备；所述阳极为棒状结构、网板结构；
进一步地，所述磁分离处理器2中设置斜板上设置刮泥装置，用以清理斜板上的沉降物；
进一步地，所述锥形底109为外部设置电磁装置，可以提供磁场；
进一步地，所述棒状结构中心设置加强筋，所述铁、铝材料采用气泡法浇筑至加强筋上；
进一步地，所述阳电极制备过程中添加氧化铁微粒；其制备过程为，将铁或铝融化，将氧化铁微粒添加至融化后的铁或铝中，并通入二氧化碳或氮气气泡，并在该过程中进行冷却，制备出阳电极棒状结构或网板结构；
进一步地，所述氧化铁微粒添加质量百分比为20-70％，优选的，所述质量百分比为45％。
一种煤矿废水处理工艺，包括以下步骤：煤矿废水通过进水管102通入反应器本体1中，所述煤矿废水在反应器本体1中的液面高度至反应器1本体的3/4-5/6时，开启超声装置104，开启3-10min后，关闭超声装置，开启电源开关，阳电极和阴极启动，开始工作，同时，开启电机103，设置有阳电极105的圆盘转动，在转动过程中，阳电极开始溶解，产生铁离子和/或铝粒子，此过程中，铁离子和/或铝离子作为絮凝剂与废水中的悬浮颗粒作用形成絮体，开始沉降；絮体沉降至锥形底109，部分絮体通过污泥回流管107回流至反应器本体1中，其余絮体送入板框压滤机进行处理回用；
反应一定时间后，反应器本体1中废水进入磁分离处理器2，打开通电开关使斜板具有磁性加入絮体沉降，一定时间后停止通电，通过刮泥装置对斜板进行刮泥，并对沉降物收集排放；
磁分离处理器2中的废水进入一级膜分离处理器3，所述一级膜分离处理器3对废水进行膜分离，浓液排入二级膜分离处理器4，二级膜分离处理器4的清液输送至生化处理池5中的集水井，集水井上部设置生活污水进水管501，二级膜分离处理器4的清液与生活污水在集水井中混合，并依次进入厌氧反应器503、好氧反应器504进行常规生化处理，所述二级膜分离器4清液与所述生活污水按照一定比例进行处理，所述比例为1:5-15。
进一步地，所述超声装置104间歇性开启，以将废水中的水分子团聚体震碎，使得阳离子混凝剂与阴离子团聚体得以电中和，提高电絮凝效果；
进一步地，所述阳电极中掺杂磁性颗粒，如氧化铁等铁磁性材料；
进一步地，所述一级膜分离处理器3为超滤或纳滤，所述二级膜分离处理器4为超滤；
进一步地，控制所述超声装置的谐振频率为500-5800kHz。
本发明的煤矿废水处理系统及工艺，至少具有以下优点：
1.在沉降反应池设置超声装置，在电絮凝处理前开启可以“振碎”包裹在带有负电荷的颗粒物外面包裹的水分子团，提高阳离子絮凝剂与带负电荷的颗粒物的接触机会，进而提高沉降效果；
2.采用的阳电极中添加有磁性颗粒，在电絮凝过程中，磁性颗粒随着铁电极的消耗释放至废水中，磁性颗粒与絮体混合充分，不会产生磁性材料分布不均的问题；
3.所述超声装置104间歇性开启，将包裹在微粒表面的水分子团击碎后，提高电絮凝装置释放的絮凝剂的溶解性，同时发现，间歇性超声处理时，虽然会对絮体的形成产生一定影响，但多次震荡后，可以形成的絮体结构更大，更易沉降；
4.电絮凝、超声及磁分离结合利用，超声处理促进电絮凝的絮凝效率，电絮凝过程中阴极产生少量过氧化氢，在间歇式超声时产生的空化作用会加强过氧化氢的氧化作用，配合氧化铁、铁离子、亚铁离子，煤矿废水中的有机物部分降解为较小的分子；
5.采用两级膜分离处理，可以有效将废水中的有机物(主要为浮选剂)回收浓缩，浮选剂类有机物的回收能够降低浮选过程中的成本。
附图说明
图1为一种煤矿废水处理系统示意图。
图中标号为：1沉降反应池；2磁分离处理器；3一级膜分离处理器；4二级膜分离处理器；5生化处理池；
101反应器本体；102进水管；103电机；104超声装置；105阳电极；106废水回流管；107污泥回流管；108回流泵；109锥形底；
201斜板；501生活污水进水管；502集水井；503厌氧反应器；504好氧反应器。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
实施例1
如图1所示，一种煤矿废水处理系统，其特征在于，所述系统中包括沉降反应池1、磁分离处理器2、一级膜分离处理器3、二级膜分离处理器4、生化处理池5，所述沉降反应池1、磁分离处理器2、一级膜分离处理器3、二级膜分离处理器、生化处理池5依次连接，所述沉降反应器1包括反应器本体101，所述反应器本体101顶部设置进水管102，所述反应器本体为桶状结构，所述桶状结构内部设置碳纤维层作为阴极，并连接电源负极；所述反应器本体内部还设置有阳电极105；所述阳电极105连接电源正极；所述反应器本体101内部设置超声装置104，所述反应器本体101的桶状结构底部设置锥形底109，所述反应器本体101设置废水回流管106，所述废水回流管106进水端设置在桶状结构底部，所述废水回流管106出水端设置在桶状结构顶部，所述废水回流管106上设置回流泵108，所述锥形底109底部与反应器本体101顶部设置污泥回流管107，用于将部分污泥回流，所述磁分离处理器2中设置斜板，所述斜板为电磁板，通过设置通电开关控制打开或关闭电磁板，使其具有磁性或非磁性；所述一级膜分离处理器3浓液输送至二级膜分离处理器，，所述生化处理池5依次设置集水井502、厌氧反应器503、好氧反应器504，所述二级膜分离处理器4清液输送至生化处理池5中的集水井502，所述集水井502上设置生活污水进水管501，所述一级膜分离处理器3清液回用；所述二级膜分离处理器4浓液回用；
所述阳电极设置在圆盘上，所述圆盘通过电极103驱动，用于带动阳极转动；所述阳电极采用铁、铝制备；所述阳电极为网板结构；
所述磁分离处理器2中设置斜板上设置刮泥装置，用以清理斜板上的沉降物；所述锥形底109为外部设置电磁装置，可以提供磁场，所述网板结构中设置加强筋，所述铁、铝材料采用气泡法浇筑至加强筋上；
所述阳电极制备过程中添加氧化铁微粒；其制备过程为，将铁或铝融化，将氧化铁微粒添加至融化后的铁或铝中，并通入二氧化碳或氮气气泡，并在该过程中进行冷却，制备出网板结构。
实施例2
一种煤矿废水处理工艺，包括以下步骤：所述煤矿废水为某煤矿洗煤废水，ss初始浓度为90g/L；煤矿废水通过进水管102通入反应器本体1中，所述煤矿废水在反应器本体1中的液面高度至反应器1本体的3/4时，开启超声装置104，开启3-10min后，关闭超声装置，开启电源开关，阳电极和阴极启动，开始工作，同时，开启电机103，设置有阳电极105的圆盘转动，在转动过程中，阳电极开始溶解，产生铁离子和/或铝粒子，此过程中，铁离子和/或铝离子作为絮凝剂与废水中的悬浮颗粒作用形成絮体，开始沉降；絮体沉降至锥形底109，部分絮体通过污泥回流管107回流至反应器本体1中，其余絮体送入板框压滤机进行处理回用；
反应一定时间后，反应器本体1中废水进入磁分离处理器2，打开通电开关使斜板具有磁性加入絮体沉降，一定时间后停止通电，通过刮泥装置对斜板进行刮泥，并对沉降物收集排放；
磁分离处理器2中的废水进入一级膜分离处理器3，所述一级膜分离处理器3对废水进行膜分离，浓液排入二级膜分离处理器4，二级膜分离处理器4的清液输送至生化处理池5中的集水井，集水井上部设置生活污水进水管501，二级膜分离处理器4的清液与生活污水在集水井中混合，并依次进入厌氧反应器503、好氧反应器504进行常规生化处理，所述二级膜分离器4清液与所述生活污水按照一定比例进行处理，所述比例为1:10；所述超声装置104间歇性开启，开启5min，关闭5min，以将废水中的水分子团聚体震碎，使得阳离子混凝剂与阴离子团聚体得以电中和，提高电絮凝效果；所述阳电极中掺杂铁磁性材料氧化铁；所述一级膜分离处理器3为超滤或纳滤，所述二级膜分离处理器4为超滤。
实施例3
采用实施例2的工艺，并设置空白例，测定超声对电絮凝处理的影响。
Figure BDA0002283483640000081
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (7)

1.一种煤矿处理系统，其特征在于，所述系统中包括沉降反应池(1)、磁分离处理器(2)、一级膜分离处理器(3)、二级膜分离处理器(4)、生化处理池(5)，所述沉降反应池(1)、磁分离处理器(2)、一级膜分离处理器(3)、二级膜分离处理器(4)、生化处理池(5)依次连接，所述沉降反应池(1)包括反应器本体(101)，所述反应器本体(101)顶部设置进水管(102)，所述反应器本体为桶状结构，所述桶状结构内部设置碳纤维层作为阴极，并连接电源负极；所述反应器本体内部还设置有阳电极(105)；所述阳电极(105)连接电源正极；所述反应器本体(101)内部设置超声装置(104)，所述磁分离处理器(2)中设置斜板，所述一级膜分离处理器(3)浓液输送至二级膜分离处理器，所述生化处理池(5)依次设置集水井(502)、厌氧反应器(503)、好氧反应器(504)，所述二级膜分离处理器(4)清液输送至生化处理池(5)中的集水井(502)，所述集水井(502)上设置生活污水进水管(501)，所述反应器本体(101)的桶状结构底部设置锥形底(109)，所述反应器本体(101)设置废水回流管(106)，所述废水回流管(106)进水端设置在桶状结构底部，所述废水回流管(106)出水端设置在桶状结构顶部，所述废水回流管(106)上设置回流泵(108)，所述锥形底(109)底部与反应器本体(101)顶部设置污泥回流管(107)，用于将部分污泥回流，所述一级膜分离处理器(3)清液排放或者回用；所述二级膜分离处理器(4)浓液排放或者回用，所述阳电极制备过程中添加氧化铁微粒；所述制备过程为：将铁或铝融化，将氧化铁微粒添加至融化后的铁或铝中，并通入二氧化碳或氮气气泡，并在该过程中进行冷却，制备出阳电极棒状结构或网板结构。
2.如权利要求1所述的煤矿处理系统，其特征在于，所述阳电极设置在圆盘上，所述圆盘通过电机(103)驱动，用于带动阳极转动。
3.如权利要求1所述的煤矿处理系统，其特征在于，所述阳电极采用铁和/或铝制备；所述阳电极为棒状结构和/或网板结构。
4.如权利要求1所述的煤矿处理系统，其特征在于，所述斜板为电磁板，通过设置通电开关控制打开或关闭电磁板，使其具有磁性或非磁性，所述磁分离处理器(2)中设置斜板上设置刮泥装置，用以清理斜板上的沉降物。
5.如权利要求1所述的煤矿处理系统，其特征在于，所述锥形底(109)为外部设置电磁装置，可以提供磁场。
6.如权利要求1所述的煤矿处理系统，其特征在于，所述棒状结构中心设置加强筋，所述铁、铝材料采用气泡法浇筑至加强筋上。
7.如权利要求1所述的煤矿处理系统的煤矿废水处理工艺，其特征在于包括如下步骤：煤矿废水通过进水管(102)通入反应器本体(101 )中，所述煤矿废水在反应器本体(101 )中的液面高度至反应器本体（101 ）的3/4-5/6时，开启超声装置(104)，开启3-10min后，关闭超声装置，开启电源开关，阳电极和阴极启动，开始工作，同时，开启电机(103)，设置有阳电极(105)的圆盘转动，在转动过程中，阳电极开始溶解，产生铁离子和/或铝粒子，此过程中，铁离子和/或铝离子作为絮凝剂与废水中的悬浮颗粒作用形成絮体，开始沉降；絮体沉降至锥形底(109)，部分絮体通过污泥回流管(107)回流至反应器本体(101 )中，其余絮体送入板框压滤机进行处理回用；
反应一定时间后，反应器本体(101 )中废水进入磁分离处理器(2)，打开通电开关使斜板具有磁性加入絮体沉降，一定时间后停止通电，通过刮泥装置对斜板进行刮泥，并对沉降物收集排放；
磁分离处理器(2)中的废水进入一级膜分离处理器(3)，所述一级膜分离处理器(3)对废水进行膜分离，浓液排入二级膜分离处理器(4)，二级膜分离处理器(4)的清液输送至生化处理池(5)中的集水井，集水井上部设置生活污水进水管(501)，二级膜分离处理器(4)的清液与生活污水在集水井中混合，并依次进入厌氧反应器(503)、好氧反应器(504)进行常规生化处理，所述二级膜分离处理 器(4)清液与所述生活污水按照一定比例进行处理，所述比例为1:5-15，所述超声装置(104)间歇性开启，以将废水中的水分子团聚体震碎，使得阳离子混凝剂与阴离子团聚体得以电中和，提高电絮凝效果。
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