CN112456722A - 一种煤矿井水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明关于一种煤矿井水处理系统，包括缓冲水池、初分离装置、超滤装置和保安过滤器，初分离装置用于将煤矿井水分为清水和废水；还包括：膜处理装置，与保安过滤器连接，该膜处理装置包括反渗透膜，用于对依次通过所述超滤装置和保安过滤器预处理后的清水进行反渗透处理，以得到产品水和浓水；氮去除装置与所述膜处理装置连接；反应装置与所述初分离装置、超滤装置、保安过滤器和膜处理装置分别连接；沉淀器与所述反应装置连接；混合反应塔与所述沉淀器连接；清水池，用于收集经所述氮去除装置及所述混合反应塔处理后所得到的标准水。本发明可以对煤矿井水深度处理回收再利用，在一定程度上也实现了零污染物排放的目的，并且节省了水资源。

Description

一种煤矿井水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种煤矿井水处理系统。

背景技术

我国以地下开采为主，为确保煤矿安全生产，必须排出大量的矿井涌水，直接排放既浪费水资源，又污染环境。对矿井水进行处理、回用，不仅可缓解矿区供水矛盾，而且可避免对水环境造成污染，又能产生经济效益，对促进煤矿清洁生产、促进煤炭工业可持续发展、推进生态文明建设具有重要意义。

煤矿废水未经处理达标排放直接排入水体会造成水体富营养化，给受纳水体和人体健康造成巨大危害和影响；煤矿废水因其成分复杂，有毒有害物质较多，并且无机盐浓度较高给废水的回收利用以及零排放带来了极大的困难。经过调研发现目前煤矿企业对矿井水的处理多数采用简单的沉淀、过滤、生化处理等传统的预处理后勉强达标排放，未做深度处理回收再利用，大大浪费了水资源。因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。

需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种煤矿井水处理系统，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

本发明提供一种煤矿井水处理系统，包括缓冲水池、初分离装置、超滤装置和保安过滤器，所述初分离装置用于将煤矿井水分为清水和废水，该系统还包括：

膜处理装置，与所述保安过滤器连接，该膜处理装置包括反渗透膜，用于对依次通过所述超滤装置和保安过滤器预处理后的所述清水进行反渗透处理，以得到产品水和浓水；

氮去除装置，与所述膜处理装置连接，用于对经所述膜处理装置得到的所述产品水进行总氮吸附处理，以使所述产品水中的总氮含量浓度小于0.1ppm；

反应装置，与所述初分离装置、超滤装置、保安过滤器和膜处理装置分别连接，用于对经所述初分离装置、超滤装置和保安过滤器的废水，以及经所述膜处理装置的浓水进行预设处理，以便该废水和浓水形成沉淀；

沉淀器，与所述反应装置连接，对经所述反应装置产生的难溶物进行沉淀分离，以得到分离出的混合水和固体物；

混合反应塔，与所述沉淀器连接，分为上层区域和下层区域，所述上层区域通过折点加氯将所述混合水中的氨氮化物进行分解；所述下层区域用于对分解的所述氨氮化物进行吸附处理；

清水池，设置于所述氮去除装置和混合反应塔下游，用于收集经所述氮去除装置及所述混合反应塔处理后所得到的标准水。

本发明的实施例中，该系统还包括阻垢加药装置，设置于所述保安过滤器与所述膜处理装置之间，用于在进入所述膜处理装置的清水中加入预设阻垢物质。

本发明的实施例中，所述预设阻垢物质包括阻垢剂、氧化杀菌剂、还原剂。

本发明的实施例中，所述氮去除装置包括离子交换树脂，且该离子交换树脂颗粒的尺寸介于0.3～1.2mm之间，用于对所述产品水进行总氮吸附处理。

本发明的实施例中，所述离子交换树脂为氨氮离子交换树脂；和/或，所述离子交换树脂为强碱性阴离子树脂。

本发明的实施例中，所述反应装置包括第一物料投加装置和第二物料投加装置，该第一物料投加装置用于向该反应装置添加絮凝剂，所述第二物料投加装置用于向该反应装置添加助凝剂，以使得进入该反应装置的所述废水和浓水中的难溶物质发生化学反应，从而形成沉淀。

本发明的实施例中，所述絮凝剂为PAC，所述助凝剂为PAM。

本发明的实施例中，该系统还包括二氧化氯制备装置，与所述混合反应塔连接，用于通过电解法产生二氧化氯，以为所述折点加氯提供二氧化氯。

本发明的实施例中，该系统包括提升泵，设置于所述沉淀器与所述混合反应塔之间，用于将经所述沉淀器分离的所述混合水提升至所述混合反应塔中。

本发明的实施例中，该系统还包括鼓风机，设置于初分离装置内，用于对所述初分离装置表面吸附的悬浮物进行曝气吹扫。

本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

根据本发明提供的一种煤矿井水处理系统，通过缓冲水池、初分离装置、超滤装置、保安过滤器、膜处理装置和氮去除装置依次对清水进行净化去氮处理，并将上述工艺中初分离装置、超滤装置、保安过滤器、膜处理装置进行水处理过程中产生的废水和浓水，依次经过反应装置、沉淀器、混合反应塔进行去固体物质、氮化合物的吸附处理，从而达到了对煤矿井水深度处理回收再利用的目的，在一定程度上也实现了零污染物排放的目的，并且节省了水资源。

附图说明

图1示出本发明示例性实施例中煤矿井水处理系统的流程图。

图中：缓冲水池100、初分离装置200、鼓风机201、超滤装置300、保安过滤器400、阻垢加药装置501、膜处理装置500、氮去除装置600、反应装置700、第一物料投加装置701、第二物料投加装置702、沉淀器800、混合反应塔900、二氧化氯制备装置901。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。

此外，附图仅为本发明的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。

本示例实施方式中首先提供了一种煤矿井水处理系统。参考图1中所示，该系统可以包括缓冲水池100、初分离装置200、超滤装置300和保安过滤器400，所述初分离装置200用于将煤矿井水分为清水和废水，还可以包括膜处理装置500、氮去除装置600、反应装置700、沉淀器800、混合反应塔900和清水池。

所述膜处理装置500与所述保安过滤器400连接，该膜处理装置500包括反渗透膜，用于对依次通过所述超滤装置300和保安过滤器400预处理后的所述清水进行反渗透处理，以得到产品水和浓水；氮去除装置600与所述膜处理装置500连接，用于对经所述膜处理装置500得到的所述产品水进行总氮吸附处理，以使所述产品水中的总氮含量浓度小于0.1ppm；反应装置700与所述初分离装置200、超滤装置300、保安过滤器400和膜处理装置500分别连接，用于对经所述初分离装置200、超滤装置300和保安过滤器400的废水，以及经所述膜处理装置500的浓水进行预设处理，以便该废水和浓水形成沉淀；沉淀器800与所述反应装置700连接，对经所述反应装置700产生的难溶物进行沉淀分离，以得到分离出的混合水和固体物；混合反应塔900与所述沉淀器800连接，分为上层区域和下层区域，所述上层区域通过折点加氯将所述混合水中的氨氮化物进行分解；所述下层区域用于对分解的所述氨氮化物进行吸附处理；清水池设置于所述氮去除装置600和混合反应塔900下游，用于收集经所述氮去除装置600及所述混合反应塔900处理后所得到的标准水。

通过缓冲水池100、初分离装置200、超滤装置300、保安过滤器400、膜处理装置500和氮去除装置600依次对清水进行净化去氮处理，并将上述工艺中初分离装置200、超滤装置300、保安过滤器400、膜处理装置500进行水处理过程中产生的废水和浓水，依次经过反应装置700、沉淀器800、混合反应塔900进行去固体物质、氮化合物的吸附处理，从而达到了对煤矿井水深度处理回收再利用的目的，在一定程度上也实现了零污染物排放的目的，并且节省了水资源。

下面，将参考图1对本示例实施方式中的上述煤矿井水处理系统的各个结构进行更详细的说明。

在一个实施例中，煤矿井水进入缓冲水池100，然后通过提升泵进入初分离装置200即高效固液分离装置，该装置能够将水中大于0.1μm的物质进行拦截，经过此工序煤矿井水中携带的悬浮物被大量拦截，该悬浮物指悬浮在水中的固体物质，包括不溶于水中的无机物、有机物及泥沙、黏土、微生物等。具体为，该装置底部设置泥斗，采用重力沉降，中部以上设置陶瓷过滤系统采用真空负压法，将清水抽至下一处理工序装置中，且整个工作间歇式运行，该装置对煤矿井水中COD(化学需氧量)、氨氮等也具有一定的去除效果，拦截的悬浮物等物质在装置底部积聚之后进入用于废水处理的反应装置700，分理出的清水则进入超滤装置300。

超滤装置300主要作为后续装置进水的预处理系统，防止对后续装置造成冲击和破坏。超滤是一种加压膜分离技术，即在一定的压力下，使小分子溶质和溶剂穿过一定孔径的特制的薄膜，而使大分子溶质不能透过，留在膜的一边，从而使大分子物质得到了部分的纯化。超滤原理也是一种膜分离过程原理，超滤利用一种压力活性膜，在外界推动力(压力)作用下截留水中胶体、颗粒和分子量相对较高的物质，而水和小的溶质颗粒透过膜的分离过程，即当水通过超滤膜后，可将水中含有的大部分胶体硅除去，同时可去除大量的有机物等。经过超滤装置300的清水进入保安过滤器400达到膜处理装置500，保安过滤器400即精密过滤装置一般设置在压力容器之前，以去除浊度1度以上的细小微粒，来满足后续工序对进水的要求，以保证后出水精度及保证后级膜元件的安全。

膜处理装置500包括反渗透膜组，反渗透是一种借助选择透过(半透过)性膜的功能，以压力为推动力的膜分离技术膜元件，由反渗透膜导流布和中心管等制作而成，将一根或多根反渗透元件装入耐压壳体，组成反渗透组件。经过保安过滤器400的清水在压力作用下，大部分水分子和微量离子透过反渗透膜，经收集后成为产品水，通过产水管道进入后续设备，水中的大部分盐分和胶体、有机物等不能透过反渗透膜，残留在少量浓水中，由浓水管排至反应装置700中。该膜处理装置500采用一体化反渗透装置，设备结构紧凑合理，设计中充分考虑了设备的长期运行可靠性和维护需要，并将控制装置、压力表、在线电导仪、流量计等集成于面板，使其更易于操作使用。另外，在反渗透装置停运时，用产品水冲洗、挤排存于反渗透膜和管道中的高TDS(总溶解固体)残水，使停运的反渗透膜完全浸泡在淡水中，可以防止反渗透膜自然渗透造成的膜损伤，去污除垢，使膜处理装置500和反渗透膜得到有效保养。

经膜处理装置500排出产品水还需通过氮去除装置600进行总氮如氨氮、硝酸根吸附处理，在一个示例中，所述氮去除装置600包括离子交换树脂，且该离子交换树脂颗粒的尺寸介于0.3～1.2mm之间，用于对所述产品水进行总氮吸附处理。具体的，离子交换树脂的交换机理为化学吸附，首先溶液内离子扩散至树脂表面，然后由表面扩散到树脂内部，再进行离子交换，被交换的离子从树脂内部扩散至表面，最后被交换的离子再扩散至溶液中。在一个示例中，所述离子交换树脂为氨氮离子交换树脂；和/或，所述离子交换树脂为强碱性阴离子树脂。该离子交换树脂可针对性选用吸附氨氮的树脂，也可选用吸附硝酸根离子的树脂，但需使得排出水中的氨氮离子/硝酸根离子浓度小于0.1ppm。经过该氮去除装置600的标准水将被排放至清水池中，且该标准水已达到外排标准。

经初分离装置200、超滤装置300和保安过滤器400的废水，及膜处理装置500排放的浓水均进入反应装置700，反应装置700可对废水和浓水进行高效混凝沉淀处理，可在该反应装置700中投加石灰类物料，从而进行初步的化学反应，再用机械搅拌反应，让废水、浓水中的难溶物质充分进行化学反应，以便形成沉淀。再通过沉淀器800对难溶物进行沉淀分离，如采用圆形竖流沉淀池，并设置中心传动刮泥机，以得到分离出的混合水和固体物，固体物被刮泥机刮走以进行后续处理，混合水被提升泵提升至混合反应塔900中。

混合反应塔900是折点加氯的反应地方，并且分为两层，上层为氧化区域，下层为吸附区域，上层区域通过折点加氯将所述混合水中的氨氮化物进行分解，即通过二氧化氯制备装置901提供二氧化氯，由于二氧化氯是强氧化剂和消毒剂，能够对进入混合反应塔900的废水进行分解，能够氧化废水中的大部分氮化合物，而被氧化的氮化合物将会进入混合反应塔900的下层，从而被下层中设置的活性炭所吸附，该活性炭还可对上层留下水中的其他物质进行吸附，经吸附后的水将会被排放至清水池，并已达到标准的排放水要求。

在一个实施例中，该系统还包括阻垢加药装置501，设置于所述保安过滤器400与所述膜处理装置500之间，用于在进入所述膜处理装置500的清水中加入预设阻垢物质。

具体的，经过超滤之后的清水通过阻垢加药装置501投加相应的阻垢药剂，在一个示例中，所述预设阻垢物质包括阻垢剂、氧化杀菌剂、还原剂。该预设阻垢物质能够分散水中的难溶性无机盐、阻止或干扰难溶性无机盐在金属表面的沉淀、结垢功能，从而有效避免了水中酸性物质对后续膜处理设置等造成腐蚀，并且能防止铁、锰等金属离子在膜管上形成污垢，从而减少对膜的清洗，延长膜使用寿命。

在一个实施例中，所述反应装置700包括第一物料投加装置701和第二物料投加装置702，该第一物料投加装置701用于向该反应装置700添加絮凝剂，所述第二物料投加装置702用于向该反应装置700添加助凝剂，以使得进入该反应装置700的所述废水和浓水中的难溶物质发生化学反应，从而形成沉淀。

具体的，反应装置700可对废水和浓水进行高效混凝沉淀处理，可在该反应装置700中投加絮凝剂和助凝剂，该絮凝剂和助凝剂分别通过第一物料投加装置701和第二物料投加装置702投加至反应装置700中。在一个示例中，所述絮凝剂为PAC，所述助凝剂为PAM。具体的，絮凝剂PAC为碱式氯化铝，助凝剂PAM为阳离子聚丙烯酰胺，可将PAC与PAM同时投加到反应装置700中，从而使得进入反应装置700的废水和浓水中的难溶物质发生化学反应，从而形成沉淀。

在一个实施例中，该系统还包括二氧化氯制备装置901，与所述混合反应塔900连接，用于通过电解法产生二氧化氯，以为所述折点加氯提供二氧化氯。

具体的，二氧化氯制备装置901采用电解法二氧化氯发生器，该发生器以NaCl为原料，电解产生二氧化氯。二氧化氯是强氧化剂和消毒剂，它是通过取源于广泛价廉的工业盐或海水稀溶液，经无隔膜电解而发生的。为确保次氯酸钠质地新鲜和有较高的活性，为保证效果，本装置一边发生，一边将发生的二氧化氯投加使用。它与氯和氯的化合物相比，具有相同的氧化性和消毒作用。

在一个实施例中，该系统包括提升泵，设置于所述沉淀器800与所述混合反应塔900之间，用于将经所述沉淀器800分离的所述混合水提升至所述混合反应塔900中。具体的，提升泵是集泵、电机、壳体、控制系统于一体的泵类产品，可用于输送带颗粒的污水、污物，也可用于抽送清水及带腐蚀性介质。

在一个实施例中，该系统还包括鼓风机201，设置于初分离装置200内，用于对所述初分离装置200表面吸附的悬浮物进行曝气吹扫。具体的，煤矿井水进入缓冲水池100，然后通过提升泵进入初分离装置200，因初步分离是采用陶瓷超滤膜，需要曝气吹扫膜表面吸附的悬浮物，因此需要在初分离装置200内设置鼓风机201。

根据本发明提供的一种煤矿井水处理系统，通过缓冲水池、初分离装置、超滤装置、保安过滤器、膜处理装置和氮去除装置依次对清水进行净化去氮处理，并将上述工艺中初分离装置、超滤装置、保安过滤器、膜处理装置进行水处理过程中产生的废水和浓水，依次经过反应装置、沉淀器、混合反应塔进行去固体物质、氮化合物的吸附处理，从而达到了对煤矿井水深度处理回收再利用的目的，在一定程度上也实现了零污染物排放的目的，并且节省了水资源。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (10)

1.一种煤矿井水处理系统，包括缓冲水池、初分离装置、超滤装置和保安过滤器，所述初分离装置用于将煤矿井水分为清水和废水，其特征在于，该系统还包括：

膜处理装置，与所述保安过滤器连接，该膜处理装置包括反渗透膜，用于对依次通过所述超滤装置和保安过滤器预处理后的所述清水进行反渗透处理，以得到产品水和浓水；

氮去除装置，与所述膜处理装置连接，用于对经所述膜处理装置得到的所述产品水进行总氮吸附处理，以使所述产品水中的总氮含量浓度小于0.1ppm；

反应装置，与所述初分离装置、超滤装置、保安过滤器和膜处理装置分别连接，用于对经所述初分离装置、超滤装置和保安过滤器的废水，以及经所述膜处理装置的浓水进行预设处理，以便该废水和浓水形成沉淀；

沉淀器，与所述反应装置连接，对经所述反应装置产生的难溶物进行沉淀分离，以得到分离出的混合水和固体物；

混合反应塔，与所述沉淀器连接，分为上层区域和下层区域，所述上层区域通过折点加氯将所述混合水中的氨氮化物进行分解；所述下层区域用于对分解的所述氨氮化物进行吸附处理；

清水池，设置于所述氮去除装置和混合反应塔下游，用于收集经所述氮去除装置及所述混合反应塔处理后所得到的标准水。

2.根据权利要求1所述煤矿井水处理系统，其特征在于，该系统还包括阻垢加药装置，设置于所述保安过滤器与所述膜处理装置之间，用于在进入所述膜处理装置的清水中加入预设阻垢物质。

3.根据权利要求2所述煤矿井水处理系统，其特征在于，所述预设阻垢物质包括阻垢剂、氧化杀菌剂、还原剂。

4.根据权利要求1所述煤矿井水处理系统，其特征在于，所述氮去除装置包括离子交换树脂，且该离子交换树脂颗粒的尺寸介于0.3～1.2mm之间，用于对所述产品水进行总氮吸附处理。

5.根据权利要求4所述煤矿井水处理系统，其特征在于，所述离子交换树脂为氨氮离子交换树脂；和/或，所述离子交换树脂为强碱性阴离子树脂。

6.根据权利要求1所述煤矿井水处理系统，其特征在于，所述反应装置包括第一物料投加装置和第二物料投加装置，该第一物料投加装置用于向该反应装置添加絮凝剂，所述第二物料投加装置用于向该反应装置添加助凝剂，以使得进入该反应装置的所述废水和浓水中的难溶物质发生化学反应，从而形成沉淀。

7.根据权利要求6所述煤矿井水处理系统，其特征在于，所述絮凝剂为PAC，所述助凝剂为PAM。

8.根据权利要求1所述煤矿井水处理系统，其特征在于，该系统还包括二氧化氯制备装置，与所述混合反应塔连接，用于通过电解法产生二氧化氯，以为所述折点加氯提供二氧化氯。

9.根据权利要求8所述煤矿井水处理系统，其特征在于，该系统包括提升泵，设置于所述沉淀器与所述混合反应塔之间，用于将经所述沉淀器分离的所述混合水提升至所述混合反应塔中。

10.根据权利要求1所述煤矿井水处理系统，其特征在于，该系统还包括鼓风机，设置于初分离装置内，用于对所述初分离装置表面吸附的悬浮物进行曝气吹扫。

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