CN112811675A - 一种煤矿井下煤泥水处理复用系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种煤矿井下煤泥水处理复用系统及方法,该系统包括通过振动分离、旋流分离和过滤方式去除煤泥水中大粒径颗粒物的固液分离单元,通过沉淀、澄清和过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的预处理单元,通过自清洗过滤和超滤膜过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的超滤处理单元,以及,通过保安过滤和反渗透膜过滤方式降低煤泥水中溶解性固体和离子含量的反渗透处理单元;所述固液分离单元、预处理单元、超滤处理单元和反渗透处理单元通过管道依次连接。该煤矿井下煤泥水处理复用系统有效降低井下煤泥水处理难度,避免水仓淤积,减小升井处理能耗,提高煤泥水中颗粒物去除效率,提高矿井水井下复用程度。

Description

一种煤矿井下煤泥水处理复用系统及方法
技术领域
本发明涉及一种煤矿煤泥水处理复用系统及方法,特别涉及一种煤矿井下煤泥水处理复用系统及方法,属于环保技术领域。
背景技术
我国煤炭产能和煤矿矿井数量居世界之最,每年产生的煤矿矿井水和煤泥水排放量也是位居世界之首。煤泥水是由矿井水与煤炭颗粒物、煤粉、岩粉等杂质混合形成,主要来源于井下工作面、巷道和采空区等处。煤泥水中所含颗粒物含量高、颗粒物粒径分布多样,在井下工作面至水仓汇流过程中极易沉积淤堵。煤泥长时间淤积会增加沉淀池、水仓中的煤泥层厚度,严重降低水仓蓄水能力,给井下防淤排水带来极大挑战,进而影响矿井正常生产。
常规处理方法中,井下煤泥水直接提升至地面后才进行处理。煤泥水在井下转输和提升过程中因流速变化会在水沟、水沟和水仓中沉积。沉积的煤泥主要依靠人工清理,这种传统方法机械化水平低,危险系数高,劳动强度大,清理效率低。而且煤泥水常规处理主要以去除颗粒物为主,较少考虑复用。仅去除了煤炭颗粒物、煤粉和岩粉等颗粒物杂质的矿井水不利于井下的深度复用。目前,煤泥水处理采用的常规工艺为“初沉-混凝-沉淀-过滤”。初沉方式是利用巷道改造的平流式沉淀池,但是沉淀的煤泥渣无法有效排除,增加了人工清淤劳动强度。混凝过程中加药量大,反应时间长,处理成本高。这种常规工艺处理后出水水质较低,仍含有有机物、氮氨、乳化油、盐类和其它有毒有害离子,限制了煤泥水处理复用的途径和程度。
总之,煤泥水的复用处理首先需要解决煤泥淤积问题。其次,将地面煤泥水处理流程提前至井下直接处理,可节省大量煤泥水升井能耗,缓解煤泥水中颗粒物等杂质对管道以及泵的叶轮、蜗壳等部件磨损,减少管道堵塞、系统故障频率和额外维修费用。再次,煤泥水在井下的直接深度处理,高水质出水复用可减少煤泥水升井排放量、下井复用管路铺设投资和运行管理风险。
因此,发明一种在井下对煤泥水直接进行处理复用的系统和方法,既可节省能耗,还能减少井下淤积现象,同时在井下对矿井水深度处理,增加矿井水复用程度,对于煤矿安全生产和可持续发展具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,降低井下煤泥水处理难度,避免水仓淤积,减小升井处理能耗,提高煤泥水中颗粒物去除效率,提高矿井水井下复用程度,解决背景技术中所述的问题。
本发明的另一目的在于提供一种煤矿井下煤泥水处理复用方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,包括通过振动分离、旋流分离和过滤方式去除煤泥水中大粒径颗粒物的固液分离单元,通过沉淀、澄清和过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的预处理单元,通过自清洗过滤和超滤膜过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的超滤处理单元,以及,通过保安过滤和反渗透膜过滤方式降低煤泥水中溶解性固体和离子含量的反渗透处理单元;所述固液分离单元、预处理单元、超滤处理单元和反渗透处理单元通过管道依次连接。
作为优选,所述固液分离单元包括振动筛固液分离装置、高精度旋流分离器、超精度旋流分离器、超精度过滤筛装置、煤泥输送皮带、收集池、进水泵、一级缓冲水箱和二级缓冲水箱;所述振动筛固液分离装置和超精度过滤筛装置均设有固体出口和液体出口,振动筛固液分离装置的固体出口和超精度过滤筛装置的固体出口均连接煤泥输送皮带,振动筛固液分离装置的液体出口依次连接收集池和高精度旋流分离器,超精度过滤筛装置的液体出口依次连接一级缓冲水箱和超精度旋流分离器;所述高精度旋流分离器和超精度旋流分离器均设有顶部溢流口和底部出料口,高精度旋流分离器的顶部溢流口和超精度旋流分离器的顶部溢流口均连接二级缓冲水箱,高精度旋流分离器的底部出料口和超精度旋流分离器的底部出料口均连接超精度过滤筛装置。
作为优选,所述振动筛固液分离装置由上而下依次设有第一振动器、第一振动筛网、第一筛下物收集斗和第一收集管,第一振动筛网呈倾角设置,第一振动筛网的出口端位于煤泥输送皮带上方,第一收集管连接收集池;所述超精度过滤筛装置由上而下依次设有第二振动器、第二振动筛网、第二筛下物收集斗和第二收集管,第二振动筛网呈倾角设置,第二振动筛网的出口端位于煤泥输送皮带上方,第二收集管连接一级缓冲水箱。
作为优选,所述第一振动筛网的振动频率为20~30Hz,筛孔直径为3.0~5.0mm,双振幅为2.0~3.0mm,筛面倾角为5°~8°;所述第二振动筛网的振动频率为30~35Hz,筛孔尺寸为0.5~1.0mm,双振幅为3.0~5.0mm,筛面倾角为7°~9°。
作为优选,所述预处理单元包括预沉池、高效澄清池、互冲洗过滤器和混凝剂加药装置,预沉池、高效澄清池和互冲洗过滤器通过管道依次连接,混凝剂加药装置连接高效澄清池。
作为优选,所述高效澄清池内上部设有曝气管和若干斜板,高效澄清池内下部设有旋转式刮泥机,高效澄清池顶部设有牵引电机;所述斜板顶部设有与斜板活动连接的水平牵引杆,水平牵引杆一端与高效澄清池池壁弹性连接,水平牵引杆另一端连接牵引电机;所述斜板底部设有与斜板活动连接的水平固定杆,水平固定杆与高效澄清池池壁固定连接,曝气管设于水平固定杆下方。
作为优选,所述若干斜板平行均布,斜板的水平倾角为45°~65°,斜板的可翻转角度范围为50°~90°,斜板的布置间距为10~20cm;所述曝气管设有若干呈环形均布的曝气孔,曝气孔的孔径为5~10mm,曝气孔的布置间距为10~20cm。
作为优选,所述超滤处理单元包括通过管道依次连接的自清洗过滤器、超滤装置和氧化还原剂投加装置,所述反渗透处理单元包括通过管道依次连接的保安过滤器、反渗透装置和阻垢剂投加装置。
一种采用上述煤矿井下煤泥水处理复用系统进行煤矿井下煤泥水处理复用的方法,该方法具体包括以下步骤:
S1.使煤矿井下煤泥水进入固液分离单元,去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物;该步骤用以减轻井下水仓淤积频次和后续处理单元负荷;
S2.使步骤S1中的煤泥水进入预处理单元,所述预处理单元包括预沉池、高效澄清池、互冲洗过滤器和混凝剂加药装置,预沉池、高效澄清池和互冲洗过滤器通过管道依次连接,混凝剂加药装置连接高效澄清池,使煤泥水依次流经预沉池、高效澄清池和互冲洗过滤器,并通过混凝剂加药装置向高效澄清池内投加50~100mg/L的聚合氯化铝(PAC)和0.5~1.0mg/L的聚丙烯酰胺(PAM),使处理后的煤泥水中的悬浮物小于20mg/L;该步骤分别通过重力预沉、澄清和过滤作用,进一步去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和部分胶体,以达到后续步骤的进水要求;
S3.使步骤S2中的煤泥水进入超滤处理单元,所述超滤处理单元包括通过管道依次连接的自清洗过滤器、超滤装置和氧化还原剂投加装置,使煤泥水依次流经自清洗过滤器和超滤装置,并通过氧化还原剂投加装置向自清洗过滤器前部投加次氯酸钠氧化剂和亚硫酸氢钠还原剂;该步骤分别通过自清洗过滤和超滤作用深度去除水中的悬浮物、絮体和胶体;
S4.使步骤S3中的煤泥水进入反渗透处理单元,所述反渗透处理单元包括通过管道依次连接的保安过滤器、反渗透装置和阻垢剂投加装置,使煤泥水依次流经保安过滤器和反渗透装置后,出水复用;该步骤分别通过保安过滤和反渗透作用进一步去除矿井水中的溶解性固体和离子含量,提高整个系统的出水复用水质。
作为优选,所述步骤S1中,固液分离单元包括振动筛固液分离装置、高精度旋流分离器、超精度旋流分离器、超精度过滤筛装置、煤泥输送皮带、收集池、进水泵、一级缓冲水箱和二级缓冲水箱;所述振动筛固液分离装置由上而下依次设有第一振动器、第一振动筛网、第一筛下物收集斗和第一收集管,第一振动筛网呈倾角设置,第一振动筛网的出口端位于煤泥输送皮带上方,第一收集管连接收集池;所述超精度过滤筛装置由上而下依次设有第二振动器、第二振动筛网、第二筛下物收集斗和第二收集管,第二振动筛网呈倾角设置,第二振动筛网的出口端位于煤泥输送皮带上方,第二收集管连接一级缓冲水箱;去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物的具体步骤为:
S11.将煤矿井下煤泥水泵入振动筛固液分离装置上,使煤泥水经第一振动筛网筛分后的大粒径筛上颗粒物和杂质随振动落入煤泥输送皮带运走,筛下颗粒物和杂质随煤泥水流入第一筛下物收集斗,通过第一收集管自流进入收集池;
S12.将步骤S11收集池内的煤泥水泵入高精度旋流分离器,使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入高精度旋流分离器,经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置,煤泥水溢流进入二级缓冲水箱;
S13.使煤泥水底流在第二振动筛网上进行振动过滤,1.0mm以上的小粒径筛上颗粒物随振动落入煤泥输送皮带运走,1.0mm以下的细小粒径筛下物和杂质流入第二筛下物收集斗,再通过第二收集管流入一级缓冲水箱;
S14.将步骤S13一级缓冲水箱内的煤泥水泵入超精度旋流分离器,使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入超精度旋流分离器,经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置,重复步骤S13,煤泥水溢流进入二级缓冲水箱;该步骤的目的是进一步浓缩煤泥和提高筛分效率,去除80%以上的颗粒物。
本发明的有益效果是:
(1)本发明对煤泥水进行井下处理,相较于地面处理,可节省煤泥水升井能耗成本和占地面积,还能避免煤泥水处理中二次污染物对地面环境的影响;
(2)本发明将井下煤泥水处理系统布设在主排水仓或中央水仓库前进行处理,相较于水仓后处理,可提前去除煤泥水中绝大部分的煤渣、煤泥和岩粉等淤积物,有效防止煤泥水转输过程中引起的水沟、水渠和水仓的淤积,减少清淤作业强度和井下水害风险;
(3)与现有传统固液分离单一技术相比,本发明固液分离单元中将振动筛分原理与水力旋分原理相结合,针对煤泥水中颗粒物粒径、密度和黏度的差异性,耦合振动筛、旋流器、过滤筛和重力浓缩等固液分离技术,并结合自动控制技术,提高对煤泥水中不同粒径颗粒物去除的针对性和广谱性;
(4)与现有混凝沉淀池技术相比,本发明预处理单元中的澄清池分离室中增加斜板部件,利用浅池沉淀原理提高泥水分离效果,同时设计斜板机械翻转机构和底部曝气装置,防止长期运行后高浓度高黏性煤泥在斜板上的沉积与淤堵;
(5)现有煤泥水井下处理工艺只做到去除颗粒物为主的净化排放工艺,很少考虑煤泥水处理后的矿井水复用问题,本发明拓展井下煤泥水处理工艺流程,增设超滤和反渗透工艺,将净化后的矿井水进一步进行深度处理,提高矿井水出水水质,扩大矿井水在井下复用的深度与广度。
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,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1是本发明的系统结构示意图;
图2是本发明中固液分离单元的结构示意图;
图3是本发明中高效澄清池的结构示意图。
图中:1、固液分离单元,2、预处理单元,3、超滤处理单元,4、反渗透处理单元,11、振动筛固液分离装置,12、高精度旋流分离器,13、超精度旋流分离器,14、超精度过滤筛装置,15、煤泥输送皮带、21、预沉池,22、高效澄清池,23、互冲洗过滤器,24、混凝剂投加装置,25、煤泥池,26、均质池,31、自清洗过滤器,32、超滤膜组件装置,33、氧化还原剂投加装置,41、保安过滤器,42、反渗透装置,43、阻垢剂投加装置,101、第一振动器,102、第一振动筛网,103、第一筛下物收集斗,104、第一收集管,105、收集池,106、进水泵,107、一级缓冲水箱,108、二级缓冲水箱,141、第二振动器,142、第二振动筛网,143、第二筛下物收集斗,144、第二收集管,220、混凝反应室,221、聚合氯化铝(PAC)加药管,222、混凝搅拌桨,223、搅拌电机,230、絮凝反应室,231、聚丙烯酰胺(PAM)加药管,232、絮凝搅拌桨,240、导流室,250、泥水分离室,251、复位弹簧,252、水平牵引杆,253、斜板,254、水平固定杆,255、曝气管,256、牵引电机,257、牵引钢绳,258、固定滑轮,259、旋转式刮泥机,2510、刮泥板,2511、集水堰。
具体实施方式
为了缓解煤矿井下水仓淤积频繁,本发明将煤泥水处理理念由传统井下水仓收集后再升井处理转变为井下水仓前直接处理,可节省煤泥水升井处理的能耗成本和避免井下水仓淤积频繁、水泵管路设备磨损等问题。同时本发明将振动筛分与水力旋分原理相耦合,并结合斜板浅池沉淀技术,针对煤泥水中颗粒物粒径、密度和黏度的差异性,提高对煤泥水中不同粒径颗粒物去除的针对性和广谱性,通过拓展矿井水井下深度处理工艺流程,形成一种煤矿井下煤泥水处理复用系统及方法。
下面通过具体实施例,并结合附图,对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解,本发明的实施并不局限于下面的实施例,对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。
在本发明中,若非特指,所有的份、百分比均为重量单位,所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法,如无特别说明,均为本领域的常规方法。下述实施例中的部件或设备如无特别说明,均为通用标准件或本领域技术人员知晓的部件,其结构和原理都为本技术人员均可通过技术手册得知或通过常规实验方法获知。
实施例1:
如图1所示的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,包括通过振动分离、旋流分离和过滤方式去除煤泥水中大粒径颗粒物的固液分离单元1,通过沉淀、澄清和过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的预处理单元2,通过自清洗过滤和超滤膜过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的超滤处理单元3,以及,通过保安过滤和反渗透膜过滤方式降低煤泥水中溶解性固体和离子含量的反渗透处理单元4;所述固液分离单元1、预处理单元2、超滤处理单元3和反渗透处理单元4通过管道依次连接。
一种采用上述煤矿井下煤泥水处理复用系统进行煤矿井下煤泥水处理复用的方法,该方法具体包括以下步骤:
S1.使煤矿井下煤泥水进入固液分离单元1,去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物,该步骤用以减轻井下水仓淤积频次和后续处理单元负荷;
S2.使步骤S1中的煤泥水进入预处理单元2,所述预处理单元2包括预沉池21、高效澄清池22、互冲洗过滤器23和混凝剂加药装置24,预沉池21、高效澄清池22和互冲洗过滤器23通过管道依次连接,混凝剂加药装置24连接高效澄清池22,使煤泥水依次流经预沉池21、高效澄清池22和互冲洗过滤器23,并通过混凝剂加药装置24向高效澄清池22内投加50~100mg/L的聚合氯化铝(PAC)和0.5~1.0mg/L的聚丙烯酰胺(PAM),使处理后的煤泥水中的悬浮物小于20mg/L,该步骤分别通过重力预沉、澄清和过滤作用,进一步去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和部分胶体,以达到后续步骤的进水要求;
S3.使步骤S2中的煤泥水进入超滤处理单元3,所述超滤处理单元3包括通过管道依次连接的自清洗过滤器31、超滤装置32和氧化还原剂投加装置33,使煤泥水依次流经自清洗过滤器31和超滤装置32,并通过氧化还原剂投加装置33向自清洗过滤器31前部投加次氯酸钠氧化剂和亚硫酸氢钠还原剂,该步骤分别通过自清洗过滤和超滤作用深度去除水中的悬浮物、絮体和胶体;
S4.使步骤S3中的煤泥水进入反渗透处理单元4,所述反渗透处理单元4包括通过管道依次连接的保安过滤器41、反渗透装置42和阻垢剂投加装置43,使煤泥水依次流经保安过滤器41和反渗透装置42后,出水复用,该步骤分别通过保安过滤和反渗透作用进一步去除矿井水中的溶解性固体和离子含量,提高整个系统的出水复用水质。
实施例2:
如图1所示的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,包括通过振动分离、旋流分离和过滤方式去除煤泥水中大粒径颗粒物的固液分离单元1,通过沉淀、澄清和过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的预处理单元2,通过自清洗过滤和超滤膜过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的超滤处理单元3,以及,通过保安过滤和反渗透膜过滤方式降低煤泥水中溶解性固体和离子含量的反渗透处理单元4;所述固液分离单元1、预处理单元2、超滤处理单元3和反渗透处理单元4通过管道依次连接。
如图2所示,固液分离单元1包括振动筛固液分离装置11、高精度旋流分离器12、超精度旋流分离器13、超精度过滤筛装置14、煤泥输送皮带15、收集池105、进水泵106、一级缓冲水箱107和二级缓冲水箱108。
振动筛固液分离装置11和超精度过滤筛装置14均设有固体出口和液体出口,振动筛固液分离装置11的固体出口和超精度过滤筛装置14的固体出口均连接煤泥输送皮带15,振动筛固液分离装置11的液体出口依次连接收集池105和高精度旋流分离器12,超精度过滤筛装置14的液体出口依次连接一级缓冲水箱107和超精度旋流分离器13。
高精度旋流分离器12和超精度旋流分离器13均设有顶部溢流口和底部出料口,高精度旋流分离器12的顶部溢流口和超精度旋流分离器13的顶部溢流口均连接二级缓冲水箱108,高精度旋流分离器12的底部出料口和超精度旋流分离器13的底部出料口均连接超精度过滤筛装置14。
振动筛固液分离装置11由上而下依次设有第一振动器101、第一振动筛网102、第一筛下物收集斗103和第一收集管104,第一振动筛网102呈倾角设置,第一振动筛网102的出口端位于煤泥输送皮带15上方,第一收集管104连接收集池105。
超精度过滤筛装置14由上而下依次设有第二振动器141、第二振动筛网142、第二筛下物收集斗143和第二收集管144,第二振动筛网142呈倾角设置,第二振动筛网142的出口端位于煤泥输送皮带15上方,第二收集管144连接一级缓冲水箱107。
第一振动筛网102的振动频率为20~30Hz,筛孔直径为3.0~5.0mm,双振幅为2.0~3.0mm,筛面倾角为5°~8°。本实施例中,第一振动筛网102的振动频率为24Hz,筛孔直径为3.0mm,双振幅为2.0mm,筛面倾角为6°。
第二振动筛网142的振动频率为30~35Hz,筛孔尺寸为0.5~1.0mm,双振幅为3.0~5.0mm,筛面倾角为7°~9°。本实施例中,第二振动筛网142的振动频率为30Hz,筛孔直径为1.0mm,双振幅为3.0mm,筛面倾角为8°。
高精度旋流分离器12的分离精度为1.0~2.0mm,超精度旋流分离器13的分离精度为0.5~1.0mm。旋流分离器运行方式采用两个不同精度的并联运行方式。
预处理单元2包括预沉池21、高效澄清池22、互冲洗过滤器23和混凝剂加药装置24,预沉池21、高效澄清池22和互冲洗过滤器23通过管道依次连接,混凝剂加药装置24连接高效澄清池22,预沉池21底部连接煤泥池25,高效澄清池22底部连接均质池26。
预沉池21内依次设置平流沉淀池和吸水池。平流沉淀池底部布设方锥形泥斗,及时将重力沉淀分离的微小煤泥颗粒物排出。吸水池底部布设曝气装置,通过池底曝气防止吸水池煤泥淤积。
如图3所示,高效澄清池22内依次设有混凝反应室220、絮凝反应室230、导流室240和泥水分离室250。
混凝反应室220内设有混凝搅拌桨222,混凝搅拌桨222顶部连接伸出于高效澄清池22池顶的搅拌电机223,混凝反应室220顶部连接聚合氯化铝(PAC)加药管221。
絮凝反应室230内设有絮凝搅拌桨232,絮凝搅拌桨232顶部连接伸出于高效澄清池22池顶的搅拌电机223,絮凝反应室230顶部连接聚丙烯酰胺(PAM)加药管231。
泥水分离室250内上部设有曝气管255和多个斜板253,泥水分离室250内设旋转式刮泥机259,旋转式刮泥机259顶部连接伸出于高效澄清池22池顶的搅拌电机223,旋转式刮泥机259底部设有刮泥板2510,高效澄清池22顶部设有牵引电机256,泥水分离室250内上部还设有集水堰2511。
斜板253顶部设有与斜板253活动连接的水平牵引杆252,水平牵引杆252一端通过复位弹簧251与高效澄清池22池壁弹性连接,水平牵引杆252另一端通过固定滑轮258上的牵引钢丝257连接牵引电机256。
斜板253底部设有与斜板253活动连接的水平固定杆254,水平固定杆254与高效澄清池22池壁固定连接,曝气管255设于水平固定杆254下方。
多个斜板253平行均布,斜板253的水平倾角为45°~65°,斜板253的可翻转角度范围为50°~90°,斜板253的布置间距为10~20cm。本实施例中,斜板253安装倾角为60°,可翻转角度为60°,斜板253安装间距为15cm。
曝气管255设有多个呈环形均布的曝气孔,曝气孔的孔径为5~10mm,曝气孔的布置间距为10~20cm。本实施例中,曝气管上环形对称等间距开设曝气孔的孔径为8mm,孔间距为15cm。
互冲洗过滤器23采用并联过滤和气水反冲洗方式运行。过滤工况时所有过滤器同时过滤;反冲洗工况时一只过滤器的反冲洗水由其余过滤器过滤产水提供,不需要额外设置反冲洗水箱提供反冲洗水。
超滤处理单元3包括通过管道依次连接的自清洗过滤器31、超滤装置32和氧化还原剂投加装置33。自清洗过滤器31主要用于进一步减少超滤装置32进水杂质,采用压差控制方式实现自动清洗。
反渗透处理单元4包括通过管道依次连接的保安过滤器41、反渗透装置42和阻垢剂投加装置43。
一种采用上述煤矿井下煤泥水处理复用系统进行煤矿井下煤泥水处理复用的方法,该方法具体包括以下步骤:
S1.使煤矿井下煤泥水进入固液分离单元1,去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物,该步骤用以减轻井下水仓淤积频次和后续处理单元负荷;
S2.使步骤S1中的煤泥水进入预处理单元2,所述预处理单元2包括预沉池21、高效澄清池22、互冲洗过滤器23和混凝剂加药装置24,预沉池21、高效澄清池22和互冲洗过滤器23通过管道依次连接,混凝剂加药装置24连接高效澄清池22,使煤泥水依次流经预沉池21、高效澄清池22和互冲洗过滤器23,并通过混凝剂加药装置24向高效澄清池22内投加50~100mg/L的聚合氯化铝(PAC)和0.5~1.0mg/L的聚丙烯酰胺(PAM),使处理后的煤泥水中的悬浮物小于20mg/L,该步骤分别通过重力预沉、澄清和过滤作用,进一步去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和部分胶体,以达到后续步骤的进水要求;
S3.使步骤S2中的煤泥水进入超滤处理单元3,所述超滤处理单元3包括通过管道依次连接的自清洗过滤器31、超滤装置32和氧化还原剂投加装置33,使煤泥水依次流经自清洗过滤器31和超滤装置32,并通过氧化还原剂投加装置33向自清洗过滤器31前部投加次氯酸钠氧化剂和亚硫酸氢钠还原剂,该步骤分别通过自清洗过滤和超滤作用深度去除水中的悬浮物、絮体和胶体;
S4.使步骤S3中的煤泥水进入反渗透处理单元4,所述反渗透处理单元4包括通过管道依次连接的保安过滤器41、反渗透装置42和阻垢剂投加装置43,使煤泥水依次流经保安过滤器41和反渗透装置42后,出水复用,该步骤分别通过保安过滤和反渗透作用进一步去除矿井水中的溶解性固体和离子含量,提高整个系统的出水复用水质。
上述步骤S1中,去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物的具体步骤为:
S11.将煤矿井下煤泥水泵入振动筛固液分离装置11上,使煤泥水经第一振动筛网102筛分后的大粒径筛上颗粒物和杂质随振动落入煤泥输送皮带15运走,筛下颗粒物和杂质随煤泥水流入第一筛下物收集斗103,通过第一收集管104自流进入收集池105;
S12.将步骤S11收集池105内的煤泥水泵入高精度旋流分离器12,使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入高精度旋流分离器12,经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置14,煤泥水溢流进入二级缓冲水箱108;
S13.使煤泥水底流在第二振动筛网142上进行振动过滤,1.0mm以上的小粒径筛上颗粒物随振动落入煤泥输送皮带15运走,1.0mm以下的细小粒径筛下物和杂质流入第二筛下物收集斗143,再通过第二收集管144流入一级缓冲水箱107;
S14.将步骤S13一级缓冲水箱107内的煤泥水泵入超精度旋流分离器13,使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入超精度旋流分离器13,经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置14,重复步骤S13,煤泥水溢流进入二级缓冲水箱108;该步骤的目的是进一步浓缩煤泥和提高筛分效率,去除80%以上的颗粒物。
上述步骤S2中,高效澄清池22中斜板253上的淤积煤泥采用机械翻转和曝气扰动的方式清除。斜板253在牵引电机256的牵引下,通过牵引钢丝257带动水平牵引杆252水平移动,迫使斜板253围绕底部水平固定杆254上的支点整体转动,同时拉伸水平牵引杆252另一端上的复位弹簧251;反之,牵引电机256取消对牵引钢丝257的牵引后,在复位弹簧251反向牵引下通过水平牵引杆252迫使斜板253围绕底部水平固定杆254上的支点整体反向转动复位,完成斜板一个翻转清淤工作周期。同时,曝气管255产生的气泡可碰撞扰动斜板253上附着煤泥,加强除泥效果。
基于上述煤矿井下煤泥水处理复用的方法,所述各处理单元的出水水质如表1所列。系统各处理单元出水可根据水质情况分质分级复用于井下防尘洒水、设备冷却、乳化液配制等复用途径和方向,提高矿井水在井下的复用率,减少矿井水、煤泥的升井排放量。
表1煤泥水处理复用系统各处理单元出水水质
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (10)

1.一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:该煤矿井下煤泥水处理复用系统包括通过振动分离、旋流分离和过滤方式去除煤泥水中大粒径颗粒物的固液分离单元(1),通过沉淀、澄清和过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的预处理单元(2),通过自清洗过滤和超滤膜过滤方式去除煤泥水中悬浮颗粒物、絮体和胶体的超滤处理单元(3),以及,通过保安过滤和反渗透膜过滤方式降低煤泥水中溶解性固体和离子含量的反渗透处理单元(4);所述固液分离单元(1)、预处理单元(2)、超滤处理单元(3)和反渗透处理单元(4)通过管道依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述固液分离单元(1)包括振动筛固液分离装置(11)、高精度旋流分离器(12)、超精度旋流分离器(13)、超精度过滤筛装置(14)、煤泥输送皮带(15)、收集池(105)、进水泵(106)、一级缓冲水箱(107)和二级缓冲水箱(108);所述振动筛固液分离装置(11)和超精度过滤筛装置(14)均设有固体出口和液体出口,振动筛固液分离装置(11)的固体出口和超精度过滤筛装置(14)的固体出口均连接煤泥输送皮带(15),振动筛固液分离装置(11)的液体出口依次连接收集池(105)和高精度旋流分离器(12),超精度过滤筛装置(14)的液体出口依次连接一级缓冲水箱(107)和超精度旋流分离器(13);所述高精度旋流分离器(12)和超精度旋流分离器(13)均设有顶部溢流口和底部出料口,高精度旋流分离器(12)的顶部溢流口和超精度旋流分离器(13)的顶部溢流口均连接二级缓冲水箱(108),高精度旋流分离器(12)的底部出料口和超精度旋流分离器(13)的底部出料口均连接超精度过滤筛装置(14)。
3.根据权利要求2所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述振动筛固液分离装置(11)由上而下依次设有第一振动器(101)、第一振动筛网(102)、第一筛下物收集斗(103)和第一收集管(104),第一振动筛网(102)呈倾角设置,第一振动筛网(102)的出口端位于煤泥输送皮带(15)上方,第一收集管(104)连接收集池(105);所述超精度过滤筛装置(14)由上而下依次设有第二振动器(141)、第二振动筛网(142)、第二筛下物收集斗(143)和第二收集管(144),第二振动筛网(142)呈倾角设置,第二振动筛网(142)的出口端位于煤泥输送皮带(15)上方,第二收集管(144)连接一级缓冲水箱(107)。
4.根据权利要求3所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述第一振动筛网(102)的振动频率为20~30Hz,筛孔直径为3.0~5.0mm,双振幅为2.0~3.0mm,筛面倾角为5°~8°;所述第二振动筛网(142)的振动频率为30~35Hz,筛孔尺寸为0.5~1.0mm,双振幅为3.0~5.0mm,筛面倾角为7°~9°。
5.根据权利要求1所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述预处理单元(2)包括预沉池(21)、高效澄清池(22)、互冲洗过滤器(23)和混凝剂加药装置(24),预沉池(21)、高效澄清池(22)和互冲洗过滤器(23)通过管道依次连接,混凝剂加药装置(24)连接高效澄清池(22)。
6.根据权利要求5所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述高效澄清池(22)内上部设有曝气管(255)和若干斜板(253),高效澄清池(22)内下部设有旋转式刮泥机(259),高效澄清池(22)顶部设有牵引电机(256);所述斜板(253)顶部设有与斜板(253)活动连接的水平牵引杆(252),水平牵引杆(252)一端与高效澄清池(22)池壁弹性连接,水平牵引杆(252)另一端连接牵引电机(256);所述斜板(253)底部设有与斜板(253)活动连接的水平固定杆(254),水平固定杆(254)与高效澄清池(22)池壁固定连接,曝气管(255)设于水平固定杆(254)下方。
7.根据权利要求6所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述若干斜板(253)平行均布,斜板(253)的水平倾角为45°~65°,斜板(253)的可翻转角度范围为50°~90°,斜板(253)的布置间距为10~20cm;所述曝气管(255)设有若干呈环形均布的曝气孔,曝气孔的孔径为5~10mm,曝气孔的布置间距为10~20cm。
8.根据权利要求1所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统,其特征在于:所述超滤处理单元(3)包括通过管道依次连接的自清洗过滤器(31)、超滤装置(32)和氧化还原剂投加装置(33),所述反渗透处理单元(4)包括通过管道依次连接的保安过滤器(41)、反渗透装置(42)和阻垢剂投加装置(43)。
9.一种采用权利要求1-8任一所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用系统进行煤矿井下煤泥水处理复用的方法,其特征在于:该方法具体包括以下步骤,
S1. 使煤矿井下煤泥水进入固液分离单元(1),去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物;
S2. 使步骤S1中的煤泥水进入预处理单元(2),所述预处理单元(2)包括预沉池(21)、高效澄清池(22)、互冲洗过滤器(23)和混凝剂加药装置(24),预沉池(21)、高效澄清池(22)和互冲洗过滤器(23)通过管道依次连接,混凝剂加药装置(24)连接高效澄清池(22),使煤泥水依次流经预沉池(21)、高效澄清池(22)和互冲洗过滤器(23),并通过混凝剂加药装置(24)向高效澄清池(22)内投加50~100mg/L的聚合氯化铝(PAC)和0.5~1.0mg/L的聚丙烯酰胺(PAM),使处理后的煤泥水中的悬浮物小于20mg/L;
S3. 使步骤S2中的煤泥水进入超滤处理单元(3),所述超滤处理单元(3)包括通过管道依次连接的自清洗过滤器(31)、超滤装置(32)和氧化还原剂投加装置(33),使煤泥水依次流经自清洗过滤器(31)和超滤装置(32),并通过氧化还原剂投加装置(33)向自清洗过滤器(31)前部投加次氯酸钠氧化剂和亚硫酸氢钠还原剂;
S4. 使步骤S3中的煤泥水进入反渗透处理单元(4),所述反渗透处理单元(4)包括通过管道依次连接的保安过滤器(41)、反渗透装置(42)和阻垢剂投加装置(43),使煤泥水依次流经保安过滤器(41)和反渗透装置(42)后,出水复用。
10.根据权利要求9所述的一种煤矿井下煤泥水处理复用方法,其特征在于:所述步骤S1中,固液分离单元(1)包括振动筛固液分离装置(11)、高精度旋流分离器(12)、超精度旋流分离器(13)、超精度过滤筛装置(14)、煤泥输送皮带(15)、收集池(105)、进水泵(106)、一级缓冲水箱(107)和二级缓冲水箱(108);所述振动筛固液分离装置(11)由上而下依次设有第一振动器(101)、第一振动筛网(102)、第一筛下物收集斗(103)和第一收集管(104),第一振动筛网(102)呈倾角设置,第一振动筛网(102)的出口端位于煤泥输送皮带(15)上方,第一收集管(104)连接收集池(105);所述超精度过滤筛装置(14)由上而下依次设有第二振动器(141)、第二振动筛网(142)、第二筛下物收集斗(143)和第二收集管(144),第二振动筛网(142)呈倾角设置,第二振动筛网(142)的出口端位于煤泥输送皮带(15)上方,第二收集管(144)连接一级缓冲水箱(107);去除煤泥水中3.0mm以上大粒径颗粒物的具体步骤为,
S11. 将煤矿井下煤泥水泵入振动筛固液分离装置(11)上,使煤泥水经第一振动筛网(102)筛分后的大粒径筛上颗粒物和杂质随振动落入煤泥输送皮带(15)运走,筛下颗粒物和杂质随煤泥水流入第一筛下物收集斗(103),通过第一收集管(104)自流进入收集池(105);
S12. 将步骤S11收集池(105)内的煤泥水泵入高精度旋流分离器(12),使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入高精度旋流分离器(12),经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置(14),煤泥水溢流进入二级缓冲水箱(108);
S13. 使煤泥水底流在第二振动筛网(142)上进行振动过滤,1.0mm以上的小粒径筛上颗粒物随振动落入煤泥输送皮带(15)运走,1.0mm以下的细小粒径筛下物和杂质流入第二筛下物收集斗(143),再通过第二收集管(144)流入一级缓冲水箱(107);
S14. 将步骤S13一级缓冲水箱(107)内的煤泥水泵入超精度旋流分离器(13),使煤泥水在0.2~0.3MPa的操作压力和8.0~12.0m/s的入料流速下以切线方式进入超精度旋流分离器(13),经旋流分离浓缩后的煤泥水底流进入超精度过滤筛装置(14),重复步骤S13,煤泥水溢流进入二级缓冲水箱(108)。
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