CN111410269A - 一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,属于水处理技术领域,涉及煤矿矿井水处理。一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池、调节池、产水池、去水池;超滤膜池通过进水阀和进水泵与中间水池连接,通过反洗阀和反洗泵与产水池连接,通过产水阀和产水泵与去水池连接,调节池通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀与超滤膜池连接;超滤膜池内设置有超滤膜组件和清洗装置,超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀与风机连接,陶瓷膜组件内部的产水通道通过管路与产水池连接。本发明运行时不需要使用任何化学试剂,即可实现陶瓷膜的快速清洗再生,极大地提高了系统的产水效率。

Description

一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统
技术领域
本发明属于水处理技术领域,涉及煤矿矿井水处理,具体涉及一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统。
背景技术
煤炭在矿井开拓和采掘过程会产生大量矿井水,而矿井水受井下采矿和人为活动的影响,含有大量岩石粉尘和矿粉等杂质,同时含有少量有机物和微生物,如果不经过处理直接排放,一方面会污染矿区水源,另一方面会破坏矿区生态环境。
目前对矿井水的处理主要采取混凝沉淀+过滤工艺,经过这些工序之后,出水水质可以达到原来规定的《煤矿井下消防、洒水设计规范》(GB 50383-2016)出水标准。然而,随着环保形势的日益严峻,对矿山废水的处理提出了更高的排放标准。为了保证外排矿井水稳定达到地表水III类标准,还必须对经过原有处理系统的水进行深度处理,以进一步降低出水中污染物含量,最终达到新的排放标准。
无机陶瓷膜是一种具有特殊选择性分离功能的无机材料,它能把流体分隔成不相通的两个部分,使其中的一种或几种物质能透过,而将其它物质分离出来。无机陶瓷膜分离技术以其高效、节能、环保和分子级过滤等特性,已广泛地应用于医药、水处理、化工、电子、食品加工等领域,被公认为21世纪最重大产业技术之一。但无机陶瓷膜在煤矿矿井水处理过程中的应用还未见报道,且因为在处理煤矿矿井水的过程中,随着使用时间的延长,矿井水中未被混凝沉淀的细小煤粉会进入陶瓷膜的孔道,使陶瓷膜出现不同程度的堵塞,影响产水效率,因此,现有无机陶瓷膜技术无法应用于矿井水处理。
发明内容
本发明的目的是解决现有煤矿矿井水处理工艺出水水质排放的问题,而提供了一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统。
本发明是通过以下技术方案实现的:
一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池、调节池、产水池、去水池;
所述的超滤膜池通过进水阀和进水泵与中间水池连接,通过反洗阀和反洗泵与产水池连接,通过产水阀和产水泵与去水池连接,所述的调节池通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀与超滤膜池连接;
所述的超滤膜池内设置有超滤膜组件和清洗装置,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀与风机连接,陶瓷膜组件内部的产水通道通过管路与产水池连接。
进一步地,所述的超滤池上部的侧壁上设置溢流管,所述溢流管与调节池连接。
所述的清洗装置为超声波发生器,与反洗装置配合使用,可调节工作电流大小。
所述的清洗装置安装于超滤膜池侧壁,通过超声波作用使得堵塞超滤膜孔道的煤粉颗粒脱落或疏松。
所述的超滤膜组件为平板陶瓷膜,孔径为100-200 nm。
所述的平板陶瓷膜的数量为1组以上,可以根据超滤膜池的大小,以及产水速度调节超滤膜组件的数量。
所述的超滤池上部的侧壁上设置液位计。
运行时, 首先打开进水阀及进水泵,经过前端混凝沉淀处理后的水进入超滤膜池,待超滤膜池水位达到指定水位能够漫过超滤膜时,依次打开产水阀及产水泵,通过产水泵的负压作用,上游来水通过超滤膜进入产水装置开始产水,直至超滤系统膜通量低于某一值时认为开始出现膜堵塞情况;此时开始清洗超滤膜,依次关闭产水泵、产水阀、进水泵及进水阀,开启超声波清洗装置,调整工作电流,超声一定时间后关闭超声波清洗装置,依次打开进气阀及风机开始曝气,同时打开排污阀将超滤系统中的污水在重力作用下自留排放至前端调节池,待污水排完后关闭排污阀,依次打开反洗阀及反洗泵,反洗水从产水装置反向通过陶瓷膜进行反洗,反洗结束后,依次关闭反洗泵、反洗阀、风机及进气阀,然后打开进水阀及进水泵,开始第二轮产水。
为了验证本发明的效果,测定了超声时间对膜通量的影响,结果如图2所示,超声清洗装置电流对膜通量的影响,结果如图3所示,从图2、3的结果可以获得最佳的超声时间和电流。
本发明结构简单,操作方便,运行时不需要使用任何化学试剂,即可实现陶瓷膜的快速清洗再生,极大地提高了系统的产水效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为超声时间对膜通量的影响;
图3为超声清洗装置电流对膜通量的影响。
图中:1-超滤膜组件、2-超滤膜池、3-进水阀、4-进水泵、5-产水阀、6-产水泵、7-清洗装置、8-进气阀;9-风机;10-排污阀;11-反洗阀;12-反洗泵;13-溢流管;14-液位计、15-中间水池、16-产水池、17-去水池、18-调节池。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
实施例1
如图1所示的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池2、调节池、产水池、去水池;所述的超滤膜池2通过进水阀3和进水泵4与中间水池15连接,通过反洗阀11和反洗泵12与产水池16连接,通过产水阀5和产水泵6与去水池17连接,所述的调节池18通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀10与超滤膜池2连接;所述的超滤膜池2内设置有超滤膜组件1,超滤膜池2侧壁安装清洗装置7超声波发生器,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀8与风机9连接,陶瓷膜组件1内部的产水通道通过管路与产水池16连接。
运行时,将1#矿井水经过混凝沉淀后,水质CODCr为30.5 mg/L,氨氮含量为1.12mg/L,浊度为2.34 NTU,石油类物质含量为0.06 mg/L,进入超滤系统进行过滤,陶瓷膜的平均孔径200 nm,产水泵频率30 Hz,初始膜通量为45.8 m3/h,通过超滤系统后,大部分悬浮物以及包括石油类物质的有机物被去除,出水水质CODCr降低到13.6 mg/L,浊度降低到0.26 NTU,石油类物质含量降低到0.03 mg/L;系统运行36 h后膜通量降低至35.0 m3/h;此时,开始对陶瓷膜进行清洗。
清洗时,首先依次关闭产水泵、产水阀、进水泵及进水阀,开启超声波清洗装置,频率40 MHz,工作电流15 A,超声10 min后关闭超声波清洗装置,依次打开进气阀及风机开始曝气,同时打开排污阀,将超滤系统中的污水排放至前端处理系统,待污水排完后关闭排污阀,依次打开反洗阀及反洗泵开始反洗,反洗4 min结束,依次关闭反洗泵、反洗阀、风机及进气阀,然后打开进水阀及进水泵,待超滤膜池水位达到指定水位能够漫过超滤膜时,依次打开产水阀及产水泵,开始第二轮产水,此时膜通量恢复至45.6 m3/h;如此循环进行,该系统已运行127天,每天只清洗一次,出水水质依然满足地表水环境质量III类标准,膜通量也一直维持在44.5±1.6 m3/h范围内(设计通量50.0 m3/h)。
实施例2
如图1所示的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池2、调节池、产水池、去水池;所述的超滤膜池2通过进水阀3和进水泵4与中间水池15连接,通过反洗阀11和反洗泵12与产水池16连接,通过产水阀5和产水泵6与去水池17连接,超滤池2上部的侧壁上设置溢流管13,所述溢流管13与调节池18连接,调节池18通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀10与超滤膜池2连接;所述的超滤膜池2内设置有超滤膜组件1,超滤膜池2侧壁安装清洗装置7超声波发生器和液位计14,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀8与风机9连接,陶瓷膜组件1内部的产水通道通过管路与产水池16连接。
运行时,将来自2#煤矿的矿井水经过混凝沉淀后,水质CODCr为42.6 mg/L,氨氮含量为1.07 mg/L,浊度为5.61 NTU,石油类物质含量为0.07 mg/L,进入超滤系统进行过滤,陶瓷膜的平均孔径150 nm,产水泵频率30 Hz,初始膜通量为43.6 m3/h,通过超滤系统后,大部分悬浮物以及包括石油类物质的有机物被去除,出水水质CODCr降低到11.4 mg/L,浊度降低到0.42 NTU,石油类物质含量降低到0.04 mg/L,系统运行29 h后膜通量降低至35.0m3/h,此时,开始对陶瓷膜进行清洗。
清洗时,首先依次关闭产水泵、产水阀、进水泵及进水阀,开启超声波清洗装置,频率40 MHz,工作电流12 A,超声20 min后关闭超声波清洗装置,依次打开进气阀及风机开始曝气,同时打开排污阀,将超滤系统中的污水排放至前端处理系统,待污水排完后关闭排污阀,依次打开反洗阀及反洗泵开始反洗,反洗4 min结束,依次关闭反洗泵、反洗阀、风机及进气阀,然后打开进水阀及进水泵,待超滤膜池水位达到指定水位能够漫过超滤膜时,依次打开产水阀及产水泵,开始第二轮产水,此时膜通量恢复至42.7 m3/h;如此循环进行,该系统已运行114天,每天只清洗一次,出水水质依然满足地表水环境质量III类标准,膜通量也一直维持在43.1±1.4 m3/h范围内(设计通量50.0 m3/h)。
实施例3
如图1所示的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池2、调节池、产水池、去水池;所述的超滤膜池2通过进水阀3和进水泵4与中间水池15连接,通过反洗阀11和反洗泵12与产水池16连接,通过产水阀5和产水泵6与去水池17连接,超滤池2上部的侧壁上设置溢流管13,所述溢流管13与调节池18连接,调节池18通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀10与超滤膜池2连接;所述的超滤膜池2内设置有超滤膜组件1,超滤膜池2侧壁安装清洗装置7超声波发生器和液位计14,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀8与风机9连接,陶瓷膜组件1内部的产水通道通过管路与产水池16连接。
将来自3#煤矿的矿井水经过混凝沉淀后,水质CODCr为27.9 mg/L,氨氮含量为1.03 mg/L,浊度为3.38 NTU,石油类物质含量为0.06 mg/L,进入超滤系统进行过滤,陶瓷膜的平均孔径200 nm,产水泵频率30 Hz,初始膜通量为46.3 m3/h,通过超滤系统后,大部分悬浮物以及包括石油类物质的有机物被去除,出水水质CODCr降低到8.9 mg/L,浊度降低到0.21 NTU,石油类物质含量降低到0.03 mg/L。系统运行32 h后膜通量降低至35.0 m3/h;此时,开始对陶瓷膜进行清洗。
清洗时,首先依次关闭产水泵、产水阀、进水泵及进水阀,开启超声波清洗装置,频率40 MHz,工作电流10 A,超声25 min后关闭超声波清洗装置,依次打开进气阀及风机开始曝气,同时打开排污阀,将超滤系统中的污水排放至前端处理系统,待污水排完后关闭排污阀,依次打开反洗阀及反洗泵开始反洗,反洗4 min结束,依次关闭反洗泵、反洗阀、风机及进气阀,然后打开进水阀及进水泵,待超滤膜池水位达到指定水位能够漫过超滤膜时,依次打开产水阀及产水泵,开始第二轮产水,此时膜通量恢复至45.9 m3/h;如此循环进行,该系统已运行139天,每天只清洗一次,出水水质依然满足地表水环境质量III类标准,膜通量也一直维持在46.1±1.1 m3/h范围内(设计通量50.0 m3/h)。
实施例4
如图1所示的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,包括中间水池、超滤膜池2、调节池、产水池、去水池;所述的超滤膜池2通过进水阀3和进水泵4与中间水池15连接,通过反洗阀11和反洗泵12与产水池16连接,通过产水阀5和产水泵6与去水池17连接,超滤池2上部的侧壁上设置溢流管13,所述溢流管13与调节池18连接,调节池18通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀10与超滤膜池2连接;所述的超滤膜池2内设置有超滤膜组件1,超滤膜池2侧壁安装清洗装置7超声波发生器和液位计14,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀8与风机9连接,陶瓷膜组件1内部的产水通道通过管路与产水池16连接。
来自4#煤矿的矿井水经过混凝沉淀后,水质CODCr为15.4 mg/L,氨氮含量为0.86mg/L,浊度为1.49 NTU,石油类物质含量为0.05 mg/L,进入超滤系统进行过滤,陶瓷膜的平均孔径100 nm,产水泵频率30 Hz,初始膜通量为47.4 m3/h,通过超滤系统后,大部分悬浮物以及包括石油类物质的有机物被去除,出水水质CODCr降低到4.6 mg/L,浊度降低到0.16NTU,石油类物质含量降低到0.02 mg/L。系统运行45 h后膜通量降低至35.0 m3/h。此时,开始对陶瓷膜进行清洗。
首先,依次关闭产水泵、产水阀、进水泵及进水阀,开启超声波清洗装置,频率40MHz,工作电流8 A,超声5 min后关闭超声波清洗装置,依次打开进气阀及风机开始曝气,同时打开排污阀,将超滤系统中的污水排放至前端处理系统,待污水排完后关闭排污阀,依次打开反洗阀及反洗泵开始反洗,反洗4 min结束,依次关闭反洗泵、反洗阀、风机及进气阀,然后打开进水阀及进水泵,待超滤膜池水位达到指定水位能够漫过超滤膜时,依次打开产水阀及产水泵,开始第二轮产水,此时膜通量恢复至46.7 m3/h。如此循环进行,该系统已运行198天,每天只清洗一次,出水水质依然满足地表水环境质量III类标准,膜通量也一直维持在47.2±1.3 m3/h范围内(设计通量50.0 m3/h)。
上述实施例中1-4#矿井水经过超滤系统后的水质进行检测,结果如表1所示,
表1各矿矿井水出水水质检测结果(mg/L)
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE001

Claims (7)

1.一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,包括中间水池、超滤膜池、调节池、产水池、去水池;
所述的超滤膜池通过进水阀和进水泵与中间水池连接,通过反洗阀和反洗泵与产水池连接,通过产水阀和产水泵与去水池连接,所述的调节池通过设置在超滤膜池侧面底部的排污阀与超滤膜池连接;
所述的超滤膜池内设置有超滤膜组件和清洗装置,所述超滤膜组件下部的超滤膜池内设置有曝气管,曝气管通过进气阀与风机连接,陶瓷膜组件内部的产水通道通过管路与产水池连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的超滤池上部的侧壁上设置溢流管,所述溢流管与调节池连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的清洗装置为超声波发生器。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的清洗装置安装于超滤膜池侧壁。
5.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的超滤膜组件为平板陶瓷膜,孔径为100-200 nm。
6.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的平板陶瓷膜的数量为1组以上。
7.根据权利要求1或2所述的一种用于煤矿矿井水深度处理的超滤系统,其特征在于,所述的超滤池上部的侧壁上设置液位计。
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