CN115321651A - 一种高浊矿井水处理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高浊矿井水处理装置及方法,其中,该装置包括澄清器主体,澄清器主体靠近顶部位置的其中一侧设有切向进水口,澄清器主体的顶部设有溢流产水口。澄清器主体内设有两端开口的中心管,中心管外周套设有第一螺旋板,中心管内设有第二螺旋板。澄清器主体底部设有排泥口。本发明提供的装置及方法,在旋流分离、混凝种子加载沉降及中心管内外螺旋挡板加速沉降作用下,比传统混凝沉淀处理速度快、停留时间短、效率高,提高颗粒、悬浮物脱除能力,并能满足矿井水水量水质波动较大的生产特点。同时,设备简单,药剂用量少,运行成本低,设备占地面积小,适合井下应用,可实现设备的全自动运行。

Description

一种高浊矿井水处理装置及方法
技术领域
本发明涉及矿井水处理技术领域,具体涉及一种高浊矿井水处理装置及方法。
背景技术
矿井水在矿井建设和生产期间,大气降水、地表水(江、河、湖、海、水库等) 和地下水都有可能通过各种通道涌入井下,这些水统称矿井涌水。在煤炭开采过程中,地下水与煤层、岩层接触,加上人类活动的影响,发生了一系列的物理、化学和生化反应,因而水质具有显著的煤炭行业特征:含有悬浮物的矿井水的悬浮物含量远远高于地表水,感官性状差;并且所含悬浮物的粒度小、比重轻、沉降速度慢、混凝效果差。
矿井水处理工况多变、来源多样,涌水量、固含量、颗粒粒度等水质参数波动较大,大部分矿井水固含量在500mg/L~5000mg/L之间,但是当涌水量突增、管道泄漏、雨水冲刷或者冲洗地面等特殊情况时,导致矿井水固含量骤变,往往能达到0.5~2%的质量浓度或更高,常规分离设备很难应对突变情况,经常造成设备堵塞或出水水质超标等情况。而且当下雨、地底涌水等情况下易造成矿井水量突然增大,如果采用常规分离设备,设备处理量固定,很难满足突增的涌水量要求,易造成地面淹水、水仓外溢等问题。采用重力沉降的方式处理速度慢,且普遍存在设备占地面积大,能耗高的问题。如果使用加药絮凝的方式处理,则药剂成本高昂,且残存的药剂对水质有很大影响,影响水质指标及后续生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种高浊矿井水处理装置及方法,在旋流分离、混凝种子加载沉降及中心管内外螺旋挡板加速沉降作用下,比传统混凝沉淀处理速度快、停留时间短、效率高,提高颗粒、悬浮物脱除能力,并能满足矿井水水量水质波动较大的生产特点。
为了解决上述技术问题,本发明提出的技术方案为:
一种高浊矿井水处理装置,包括澄清器主体,其中,澄清器主体靠近顶部位置的其中一侧设有切向进水口,澄清器主体的顶部设有溢流产水口。澄清器主体内设有两端开口的中心管,中心管外周套设有第一螺旋板,中心管内设有第二螺旋板。澄清器主体底部设有排泥口。
根据本发明的高浊矿井水处理装置,在矿井水中加入PAC、PAM药剂和微砂,经微砂加载、旋流分离和中心管外大螺旋片沉降多重作用下,增加沉降面积强化絮凝沉降。中心管外的矿井水部分沉降分离后,进入中心管内,在管内小螺旋挡板的作用下,小絮体继续絮凝沉降,在澄清器主体底部积聚,处理后洁净矿井水沿中心管向上溢流流出,旋流分离及螺旋挡板的两次沉降作用,能减少药剂消耗,并使得出水能满足后续膜法脱盐处理进水要求。因此,本发明的高浊矿井水处理装置,设备结构简单,能够处理高浓度矿井水,具有效率高,药剂用量少,节约运行成本的优点。
对于上述技术方案,还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的高浊矿井水处理装置,在一个优选的实施方式中,排泥口的出口处设有旋流洗砂器。
澄清器主体底部浓液进入旋流洗砂器进行泥砂分离后,砂可以回收循环使用,泥经浓缩外排,能够进一步节约运行成本。
进一步地,在一个优选的实施方式中,澄清器主体底部浓液经过旋流洗砂器分离出来的砂进行回收,分离出来的泥经脱泥斗排出。
上述直接将旋流洗砂器分离出来的砂通过管道回收利用,能够提高资源的利用率和简化工艺,通过脱泥斗能够提高排泥过程的稳定可靠性。
具体地,在一个优选的实施方式中,澄清器主体采用立式结构布置。
采用立式结构布置的形式,使得整个处理装置占地面积小,适合井下应用,维护简单,操作方便,可实现设备的全自动运行,自控程度高。
具体地,在一个优选的实施方式中,澄清器主体的上部分和下部分分别为圆柱形结构和圆锥形结构。
上述具体结构形式的澄清器主体,结构简单,易于加工制作,便于螺旋板和中心管的布置,且能够确保整个矿井水处理过程的稳定可靠,以及排泥过程的稳定可靠。
进一步地,在一个优选的实施方式中,排泥口设有控制阀。
通过控制阀,便于控制排泥过程使得排泥过程稳定可靠。
本发明第二方面的高浊矿井水处理方法,采用上述所述的装置实施,具体包括如下步骤:S01、在矿井水中加入预设浓度的药剂和预设重量的砂进行混合。 S02、经步骤S01处理后的矿井水经切向进水口进入澄清器主体内。S03、进入澄清器主体内的矿井水依次经砂加载、旋流分离、第一螺旋板絮凝沉降。S04、经步骤S03处理后的矿井水进入中心管内,经第二螺旋板絮凝沉降。S05、经步骤 S03和S04处理后的絮凝团从排泥口排出,经步骤S04处理后的矿井水沿中心管向上溢流经溢流产水口排出。
根据本发明的高浊水处理方法,对高悬浮物矿井水加药剂及混凝种子絮凝沉降,进入旋流澄清器主体中心管外部旋流分离脱除大颗粒物后,再经中心管小孔进入管内,在管内螺旋板的阻挡和加速沉降作用下继续分离脱除固体颗粒、胶体;合格产水从中心管内溢流出。处理速度快,药剂用量少,停留时间短,运行成本低,适应矿井水水量水质波动大的特征。
对于上述技术方案,还可进行如下所述的进一步的改进。
根据本发明的高浊矿井水处理方法,在一个优选的实施方式中,还包括步骤 S06、澄清器主体底部的浓液进入旋流洗砂器分离后,回收砂循环使用,泥经脱泥斗浓缩排出。
通过上述操作,能够进一步节能降耗。
具体地,在一个优选的实施方式中,在步骤S01中,药剂包括PAC(聚合氯化铝)和PAM(聚丙烯酰胺),PAC的浓度为28~40ppm,PAM的浓度为1.8~2.3ppm。
上述浓度的两种水处理剂,能够尽可能确保加药絮凝达到最佳效果。
具体地,在一个优选的实施方式中,在步骤S05中,排泥口每隔预设时长排泥一次。
每隔预设时长进行排泥操作,能够有效避免频繁排泥操作造成水处理过程受到影响,又能够尽可能避免在澄清器底部淤积过多污泥。
相比现有技术,本发明的优点在于:在旋流分离、混凝种子加载沉降及中心管内外螺旋挡板加速沉降作用下,比传统混凝沉淀处理速度快、停留时间短、效率高,提高颗粒、悬浮物脱除能力,并能满足矿井水水量水质波动较大的生产特点。同时,出水能够满足后续膜法脱盐处理进水要求,设备简单,药剂用量少,运行成本低,设备占地面积小,适合井下应用,可实现设备的全自动运行。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1示意性显示了本发明实施例的高浊矿井水处理装置的整体结构;
图2示意性显示了本发明实施例的高浊矿井水处理方法的流程。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明,但并不因此而限制本发明的保护范围。
图1示意性显示了本发明实施例的高浊矿井水处理装置10的整体结构。图2 示意性显示了本发明实施例的高浊矿井水处理方法的流程。
实施例1
如图1所示,本发明实施例的高浊矿井水处理装置10,包括混合器和澄清器主体1,其中,澄清器主体1靠近顶部位置的其中一侧设有切向进水口11,混合器的出口与切向进水口11连接,澄清器主体1的顶部设有溢流产水口12。澄清器主体1内设有两端开口的中心管2,中心管2外周套设有第一螺旋板3,中心管2内设有第二螺旋板4。澄清器主体1底部设有排泥口13。
根据本发明实施例的高浊矿井水处理装置,在混合器的矿井水中加入PAC、 PAM药剂和微砂,经微砂加载、旋流分离和中心管外大螺旋片沉降多重作用下,增加沉降面积强化絮凝沉降。中心管外的矿井水部分沉降分离后,进入中心管内,在管内小螺旋挡板的作用下,小絮体继续絮凝沉降,在澄清器主体底部积聚,处理后洁净矿井水沿中心管向上溢流流出,旋流分离及螺旋挡板的两次沉降作用,能减少药剂消耗,并使得出水能满足后续膜法脱盐处理进水要求。因此,本发明的高浊矿井水处理装置,设备结构简单,能够处理高浓度矿井水,具有效率高,药剂用量少,节约运行成本的优点。
如图1所示,进一步地,在本实施例中,排泥口13的出口处设有旋流洗砂器5。澄清器主体底部浓液进入旋流洗沙器进行泥砂分离后,砂可以回收循环使用,泥经浓缩外排,能够进一步节约运行成本。进一步地,在本实施例中,澄清器主体1底部浓液经过旋流洗砂器5分离出来的砂回收进入混合器,分离出来的泥经脱泥斗排出。上述直接将旋流洗砂器分离出来的砂通过管道回收进入混合器,能够提高资源的利用率和简化工艺,通过脱泥斗能够提高排泥过程的稳定可靠性。
具体地,如图1所示,在本实施例中,澄清器主体1采用立式结构布置。采用立式结构布置的形式,使得整个处理装置占地面积小,适合井下应用,维护简单,操作方便,可实现设备的全自动运行,自控程度高。优选地,在本实施例中,澄清器主体1的上部分和下部分分别为圆柱形结构和圆锥形结构。上述具体结构形式的澄清器主体,结构简单,易于加工制作,便于螺旋板和中心管的布置,且能够确保整个矿井水处理过程的稳定可靠,以及排泥过程的稳定可靠。
进一步地,如图1所示,在本实施例中,排泥口13设有控制阀6。通过控制阀,便于控制排泥过程使得排泥过程稳定可靠。
实施例2
如图2所示,本发明实施例的高浊矿井水处理方法,采用上述所述的装置10 实施,具体包括如下步骤:S01、在混合器的矿井水中加入预设浓度的药剂和预设重量的砂进行混合。S02、经步骤S01处理后的矿井水经切向进水口进入澄清器主体内。S03、进入澄清器主体内的矿井水依次经旋流分离、第一螺旋板絮凝沉降。S04、经步骤S03处理后的矿井水进入中心管内,经第二螺旋板絮凝沉降。 S05、经步骤S03和S04处理后的絮凝团从排泥口排出,经步骤S04处理后的矿井水沿中心管向上溢流经溢流产水口排出。
根据本发明实施例的高浊水处理方法,对高悬浮物矿井水加药剂及混凝种子絮凝沉降,进入旋流澄清器主体中心管外部旋流分离脱除大颗粒物后,再经中心管小孔进入管内,在管内螺旋板的阻挡和加速沉降作用下继续分离脱除固体颗粒、胶体;合格产水从中心管内溢流出。处理速度快,药剂用量少,停留时间短,运行成本低,适应矿井水水量水质波动大的特征。
进一步地,本发明实施例的高浊矿井水处理方法还包括步骤S06、澄清器主体底部的浓液进入旋流洗砂器分离后,回收砂进入混合器循环使用,泥经脱泥斗浓缩排出。通过上述操作,能够进一步节能降耗。
具体地,在本实施例中,在步骤S01中,药剂包括PAC(聚合氯化铝)和 PAM(聚丙烯酰胺),PAC的浓度为28~40ppm,尤其优选为30ppm,PAM的浓度为1.8~2.3ppm,尤其优选为2ppm。上述浓度范围内的两种水处理剂,能够尽可能确保加药絮凝达到最佳效果。
具体地,在本实施例中,在步骤S05中,排泥口每隔预设时长排泥一次,优选的预设时长为2h。每隔预设时长进行排泥操作,能够有效避免频繁排泥操作造成水处理过程受到影响,又能够尽可能避免在澄清器底部淤积过多污泥。
下面为采用本发明实施例的处理装置及方法进行实验的具体实验数据:
以某煤矿高悬浮物矿井水1t/h处理装置中实验为例,所得实验数据如下:
表1试验数据
Figure BDA0003060293200000061
加载絮凝旋流分离SS(Suspended solid)固体悬浮物浓度去除率为99.6%。
以某煤矿处理高浊矿井水试验为例,SS为2160mg/L,采用本发明实施例的处理装置处理矿井水,产水SS为8mg/L,底部2小时排泥一次。
根据上述实验结果,可知,采用本发明实施例的处理装置及方法完成的试验,处理效果显著。
根据上述实施例,可见,本发明涉及的高浊矿井水处理装置及方法,在旋流分离、混凝种子加载沉降及中心管内外螺旋挡板加速沉降作用下,比传统混凝沉淀处理速度快、停留时间短、效率高,提高颗粒、悬浮物脱除能力,并能满足矿井水水量水质波动较大的生产特点。同时,出水能够满足后续膜法脱盐处理进水要求,设备简单,药剂用量少,运行成本低,设备占地面积小,适合井下应用,可实现设备的全自动运行。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述,但在不脱离本发明的范围的情况下,可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是,只要不存在结构冲突,各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例,而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种高浊矿井水处理装置,其特征在于,包括澄清器主体;其中,
所述澄清器主体靠近顶部位置的其中一侧设有切向进水口,所述澄清器主体的顶部设有溢流产水口;
所述澄清器主体内设有两端开口的中心管,所述中心管外周套设有第一螺旋板,所述中心管内设有第二螺旋板;
所述澄清器主体底部设有排泥口。
2.根据权利要求1所述的高浊矿井水处理装置,其特征在于,所述排泥口的出口处设有旋流洗砂器。
3.根据权利要求2所述的高浊矿井水处理装置,其特征在于,所述澄清器主体底部浓液经过所述旋流洗砂器分离出来的砂进行回收,分离出来的泥经脱泥斗排出。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的高浊矿井水处理装置,其特征在于,所述澄清器主体采用立式结构布置。
5.根据权利要求4所述的高浊矿井水处理装置,其特征在于,所述澄清器主体的上部分和下部分分别为圆柱形结构和圆锥形结构。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的高浊矿井水处理装置,其特征在于,所述排泥口设有控制阀。
7.一种高浊矿井水处理方法,采用上述权利要求1至6中任一项所述的装置实施,其特征在于,具体包括如下步骤:
S01、在矿井水中加入预设浓度的药剂和预设重量的砂进行混合;
S02、经所述步骤S01处理后的矿井水经切向进水口进入所述澄清器主体内;
S03、进入所述澄清器主体内的矿井水依次经旋流分离、第一螺旋板絮凝沉降;
S04、经所述步骤S03处理后的矿井水进入中心管内,经第二螺旋板絮凝沉降;
S05、经所述步骤S03和S04处理后的絮凝团从排泥口排出,经所述步骤S04处理后的矿井水沿中心管向上溢流经溢流产水口排出。
8.根据权利要求7所述的高浊矿井水处理方法,其特征在于,还包括步骤S06、澄清器主体底部的浓液进入旋流洗砂器分离后,回收砂循环使用,泥经脱泥斗浓缩排出。
9.根据权利要求7或8所述的高浊矿井水处理方法,其特征在于,在所述步骤S01中,所述药剂包括PAC和PAM,PAC的浓度为28~40ppm,PAM的浓度为1.8~2.3ppm。
10.根据权利要求7或8所述的高浊矿井水处理方法,其特征在于,在所述步骤S05中,所述排泥口每隔预设时长排泥一次。
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