CN115448500A - 一种矿井水协同除硬除氟系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矿井水协同除硬除氟系统及方法，协同除硬除氟反应池的出口与高效泥水分离池的入口相连通，高效泥水分离池底部的排泥口经重介质回收‑排泥单元与高效泥水分离池的入口相连通，高效泥水分离池顶部侧面的出水口经在线浊度仪及产水阀与产水箱的入口相连通，在线浊度仪与产水阀之间的管道与回流阀的入口相连通，回流阀的出口与高效泥水分离池的回水口相连通，高效泥水分离池内设置有斜管及隔离挡板，在线水质监测系统与高效泥水分离池相连通，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统的出口与高效泥水分离池的第二加药口相连通，该系统及方法可同步除硬除氟，实现高效泥水分离，不易出现重介质颗粒淤积现象，工艺链简短，出水水质好，且处理效率较高。

Description

一种矿井水协同除硬除氟系统及方法

技术领域

本发明属于矿井水协同除硬除氟水处理领域，涉及一种矿井水协同除硬除氟系统及方法。

背景技术

我国不同地区的矿井水水质差异较大，部分地区仅氟离子偏高，部分地区硬度和氟离子浓度均较高，因此矿井水处理常考虑软化预处理和除氟工艺。现有协同除硬除氟技术通常针对硬度和氟离子的特性采用不同的技术分阶段去除，造成水处理系统工艺链复杂、冗长，增大了水处理系统维护量。而同步去除水中的硬度和氟离子时，由于污泥量较大且污泥沉降性能差，造成出水水质不稳定、加药量大等问题。因此，通过投加重介质颗粒加速污泥沉降的高效澄清工艺日益受到关注。但现有澄清工艺由于重介质颗粒质量较重、沉降速度快，易在絮凝池底部及澄清池底部出水堰等死角处发生淤积，无法有效循环使用，加大流速也无法将该部分堆积重介质颗粒冲出。从而降低了澄清工艺的处理效率，出水水质仍无法保证，且随着重介质投加量的继续增大，会造成反应器有效容积逐渐减小的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种矿井水协同除硬除氟系统及方法，该系统及方法不易出现淤积现象，出水水质好，且处理效率较高。

为达到上述目的，本发明所述的矿井水协同除硬除氟系统包括协同除硬除氟反应池、除硬、除氟药剂投加系统、高效泥水分离池、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统、在线水质监测系统、在线浊度仪、回流阀、产水箱、回流阀污泥密度计及重介质回收-排泥单元；

除硬、除氟药剂投加系统的出口与协同除硬除氟反应池上的第一加药口相连通，协同除硬除氟反应池的出口与高效泥水分离池的入口相连通，高效泥水分离池底部的排泥口经重介质回收-排泥单元与高效泥水分离池的入口相连通，高效泥水分离池的混合区下方设置有缓冲挡板，高效泥水分离池顶部侧面的出水口经在线浊度仪及产水阀与产水箱的入口相连通，在线浊度仪与产水阀之间的管道与回流阀的入口相连通，回流阀的出口与高效泥水分离池的回水口相连通，高效泥水分离池内设置有缓冲挡板、斜管及隔离挡板，在线水质监测系统与高效泥水分离池相连通，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统的出口与高效泥水分离池的第二加药口相连通，其中，所述进水口、回水口及第二加药口均位于隔离挡板的一侧，斜管及出水口位于隔离挡板的另一侧。

协同除硬除氟反应池内设置有第一搅拌器。

高效泥水分离池内设置有第二搅拌器。

高效泥水分离池内设置有污泥液位计。

高效泥水分离池底部的排泥口经排泥阀、排泥泵、污泥密度计及重介质回收-排泥单元与高效泥水分离池的入口相连通。

还包括智能控制单元，智能控制单元与除硬、除氟药剂投加系统、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统、在线水质监测系统、回流阀、在线浊度仪、产水阀、重介质回收-排泥单元、污泥密度计、排泥泵、排泥阀及污泥液位计相连接。

高效泥水分离池内分为充分混合区、缓冲区、污泥沉降区及澄清区，其中，污泥沉降区位于高效泥水分离池的底部，充分混合区及缓冲区位于隔离挡板的一侧，澄清区位于隔离挡板的另一侧，第二搅拌器安装于充分混合区内，充分混合区与重介质、混凝剂、助凝剂投加系统和在线水质监测系统相连通；高效泥水分离池底部为污泥沉降区，污泥液位计安装于污泥沉降区内，斜管位于澄清区内，且出水口设置于澄清区顶部的侧面上。

本发明所述的矿井水协同除硬除氟方法包括以下步骤：

来水进入协同除硬除氟反应池内，除硬、除氟药剂投加系统自动投加除硬、除氟药剂至协同除硬除氟反应池，药剂与来水在协同除硬除氟反应池内混合均匀并发生化学反应，反应后的泥水混合物进入高效泥水分离池内的充分混合区中；

重介质、混凝剂、助凝剂投加系统向高效泥水分离池内的充分混合区中自动投加重介质颗粒、混凝剂及助凝剂，并在所述充分混合区内与所述泥水混合物混合均匀，根据在线水质监测系统检测得到的数据控制重介质、混凝剂、助凝剂投加系统的药剂投加量，以确保硬度及氟离子满足去除要求；

所述充分混合区输出的物质通过缓冲挡板所在的缓冲区，降低污泥沉降速度，隔离充分混合区搅动对污泥沉降区的扰动后进入污泥沉降区，污泥沉降区内的污泥经过一段时间沉积后形成污泥层，来水经污泥层拦截污泥颗粒，上清液经隔离挡板翻入澄清区，通过斜管进一步拦截上浮的污泥，斜管顶部的出水汇入出水口；

出水口输出的水进入到在线浊度仪中测量浊度，当来水浊度大于预设浊度时，则开启回流阀，关闭产水阀，使来水返回至高效泥水分离池内，并同时调整重介质、混凝剂、助凝剂投加系统的药剂投加量；当来水浊度小于等于预设浊度时，则开启产水阀，关闭回流阀，使得来水进入产水箱中。

通过污泥液位计实时监测污泥沉降区内污泥层的高度，污泥沉降区底部的混合污泥通过排泥阀、排泥泵及污泥密度计进入重介质回收-排泥单元中，当污泥层的高度未达到排泥需求时，则重介质回收-排泥单元不启动重介质回收，混合污泥全部回流至高效泥水分离池内；当污泥层的高度达到排泥要求时，则重介质回收-排泥单元启动重介质回收，其中，将回收后的重介质输送回所述充分混合区中，剩余污泥外排，直至所述污泥沉降区中的污泥层高度下降至预设最低污泥高度，然后重介质回收-排泥单元停止重介质的回收及污泥的外排，继续将混合污泥全部回流至所述充分混合区中。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的矿井水协同除硬除氟系统及方法在具体操作时，将重介质投加与水的澄清进行一体化设计，即高效泥水分离池底部的排泥口经重介质回收-排泥单元与高效泥水分离池的入口相连通，使得重介质颗粒不会堆积在高效泥水分离池的底部，避免降低混凝池的有效容积，不易出现淤积现象，同时避免因为颗粒较重无法翻越挡板或出水堰等情况，保证重介质颗粒的高效利用。需要说明的是，本发明在协同除硬除氟反应池内同步除硬除氟，在高效泥水分离池内高效泥水分离，简短工艺链，有效缩短反应时间，节省设备占地面积，提高处理效率。另外，本发明将混凝澄清区合并，通过内部增设隔离挡板，以确保快速污泥沉降的同时，有效防止出水浑浊的问题，提高出水稳定性，提升出水水质。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

其中，1为协同除硬除氟反应池、2为第一搅拌器、3为除硬、除氟药剂投加系统、4为高效泥水分离池、5为重介质、混凝剂、助凝剂投加系统、6为第二搅拌器、7为在线水质监测系统、8为缓冲挡板、9为隔离挡板、10为斜管、11为出水口、12为在线浊度仪、13为产水阀、14为产水箱、15为回流阀、16为排泥阀、17为排泥泵、18为污泥密度计、19为重介质回收-排泥单元、20为污泥液位计、21为智能控制单元。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

参考图1，本发明所述的矿井水协同除硬除氟系统包括协同除硬除氟反应池1、第一搅拌器2、除硬、除氟药剂投加系统3、高效泥水分离池4、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5、第二搅拌器6、在线水质监测系统7、缓冲挡板8、隔离挡板9、斜管10、出水口11、在线浊度仪12、产水阀13、产水箱14、回流阀15、排泥阀16、排泥泵17、污泥密度计18、重介质回收-排泥单元19、污泥液位计20及智能控制单元21；

除硬、除氟药剂投加系统3的出口与协同除硬除氟反应池1上的加药口相连通，协同除硬除氟反应池1内设置有第一搅拌器2，协同除硬除氟反应池1的出口与高效泥水分离池4的入口相连通，高效泥水分离池4底部的排泥口经排泥阀16、污泥密度计18及重介质回收-排泥单元19与高效泥水分离池4的入口相连通，高效泥水分离池4顶部侧面的出水口11经在线浊度仪12及产水阀13与产水箱14的入口相连通，在线浊度仪12与产水阀13之间的管道与回流阀15的入口相连通，回流阀15的出口与高效泥水分离池4的回水口相连通，高效泥水分离池4内设置有斜管10、隔离挡板9、污泥液位计20及第二搅拌器6，在线水质监测系统7与高效泥水分离池4相连通，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5的出口与高效泥水分离池4的加药口相连通，智能控制单元21与除硬、除氟药剂投加系统3、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5、回流阀15、在线浊度仪12、产水阀13、重介质回收-排泥单元19、污泥密度计18、排泥泵17、排泥阀16及污泥液位计20相连接，其中，所述进水口、回水口、第二搅拌器6及加药口均位于隔离挡板9的一侧，污泥液位计20、斜管10及出水口11位于隔离挡板9的另一侧。

具体的，高效泥水分离池4内分为充分混合区、缓冲区、污泥沉降区及澄清区，其中，污泥沉降区位于高效泥水分离池4的底部，充分混合区位于隔离挡板9的一侧，且位于缓冲挡板(8)上方，缓冲区位于充分混合区的下方，且设置有缓冲挡板(8)，澄清区位于隔离挡板9的另一侧，即第二搅拌器6安装于充分混合区内，充分混合区与重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5和在线水质监测系统7相连通；高效泥水分离池4底部为污泥沉降区，污泥液位计20安装于污泥沉降区内，斜管10位于澄清区内，且出水口11设置于澄清区顶部的侧面上。

本发明所述的矿井水协同除硬除氟方法包括以下步骤：

来水进入协同除硬除氟反应池1内，除硬、除氟药剂投加系统3自动投加除硬、除氟药剂，药剂与来水在第一搅拌器2的搅拌下充分混合均匀并发生化学反应，反应后的泥水混合物进入高效泥水分离池4内。

重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5向高效泥水分离池4内自动投加重介质颗粒、混凝剂及助凝剂，并在第二搅拌器6的作用下充分混合均匀，通过在线水质监测系统7监测水质，智能控制单元21连锁控制除硬、除氟药剂投加系统3的加药量，确保硬度及氟离子满足去除要求；通过在线浊度仪12监测的出水浊度，智能控制单元21连锁控制重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5的加药量，确保出水浊度稳定小于5NTU。需要说明的是，除硬、除氟药剂投加系统3投加的药剂种类不限于一种，可投加多种药剂并控制对应药剂的加药浓度。智能控制单元21根据在线水质监测系统7监测的水质，当硬度离子不达标，则增大除硬、除氟药剂投加系统3的软化药剂加药量，当氟离子不达标，则增大除硬、除氟药剂投加系统3的除氟药剂加药量。需要说明的是，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5投加的药剂种类不限于一种，可投加多种药剂并控制对应药剂的加药浓度；混凝剂和助凝剂可以根据水质情况投加或者不投加；根据在线浊度仪12监测的出水浊度，动态调整药剂投加量。另外，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5中的重介质投加不是连续的，通常在设备启动初期，根据水质情况一次性投加，在后续运行过程中重介质颗粒在系统内循环利用，根据系统消耗情况对应补充投加即可。

高效泥水分离池4内充分混合区输出的物质通过缓冲挡板所在的缓冲区，降低污泥沉降速度，隔离充分混合区搅动对污泥沉降区的扰动后进入污泥沉降区，污泥沉降区内的污泥经过一段时间沉积形成污泥层，污泥沉降区内设置污泥液位计20，用于监测及控制污泥层高度，来水经污泥层拦截污泥颗粒，上清液经隔离挡板9翻入澄清区，通过斜管10进一步拦截上浮的小颗粒污泥，斜管10顶部的出水汇入出水口11。需要说明的是，当水流较大时，距离隔离挡板9最近的斜管10顶部会出现污泥上浮的情况，随着该区域的上清液向出水口11转移的过程中，仍可以进一步利用污泥的重力作用拦截上浮的污泥落入斜管10，确保最终出水口11的出水浊度满足要求。

出水口11输出的水通过在线浊度仪12测量浊度，当来水浊度大于5NTU，则开启回流阀15，关闭产水阀13，使来水返回至高效泥水分离池4内，并同时调整重介质、混凝剂、助凝剂投加系统5的药剂投加量。当来水浊度小于5NTU，则开启产水阀13，关闭回流阀15，产水进入产水箱14。

与此同时，污泥液位计20实时监测污泥沉降区内污泥层的高度，污泥通过排泥阀16、排泥泵17及污泥密度计18进入重介质回收-排泥单元19。当污泥层的高度未达到排泥需求时，则重介质回收-排泥单元19不启动重介质回收，混合污泥全部回流至高效泥水分离池4内；当污泥层的高度达到排泥需求时，则重介质回收-排泥单元19启动重介质回收，将回收后的重介质输送回高效泥水分离池4内的充分混合区中，剩余污泥排出系统外，直至高效泥水分离池4内的污泥沉降区中污泥层高度下降至预设最低污泥高度，然后重介质回收-排泥单元19停止重介质的回收及污泥的外排，继续将混合污泥全部回流至高效泥水分离池4内。

本发明增加自动控制系统，通过设置在线监测系统，确保出水水质稳定达标，通过监测污泥密度及控制泥位确保排泥稳定高效，不影响出水水质。另外，本发明将常规污泥全部回流管路与排泥-重介质回收管路进行合并，节省设备维护量及占地面积。

Claims (9)

1.一种矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，包括协同除硬除氟反应池(1)、除硬、除氟药剂投加系统(3)、高效泥水分离池(4)、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)、在线水质监测系统(7)、在线浊度仪(12)、回流阀(15)、产水箱(14)及重介质回收-排泥单元(19)；

除硬、除氟药剂投加系统(3)的出口与协同除硬除氟反应池(1)上的第一加药口相连通，协同除硬除氟反应池(1)的出口与高效泥水分离池(4)的入口相连通，高效泥水分离池(4)底部的排泥口经重介质回收-排泥单元(19)与高效泥水分离池(4)的入口相连通，高效泥水分离池(4)的混合区下方设置有缓冲挡板(8)，高效泥水分离池(4)顶部侧面的出水口(11)经在线浊度仪(12)及产水阀(13)与产水箱(14)的入口相连通，在线浊度仪(12)与产水阀(13)之间的管道与回流阀(15)的入口相连通，回流阀(15)的出口与高效泥水分离池(4)的回水口相连通，高效泥水分离池(4)内设置有斜管(10)及隔离挡板(9)，在线水质监测系统(7)与高效泥水分离池(4)相连通，重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)的出口与高效泥水分离池(4)的第二加药口相连通，其中，所述进水口、回水口及第二加药口均位于隔离挡板(9)的一侧，斜管(10)及出水口(11)位于隔离挡板(9)的另一侧。

2.根据权利要求1所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，协同除硬除氟反应池(1)内设置有第一搅拌器(2)。

3.根据权利要求1所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，高效泥水分离池(4)内设置有第二搅拌器(6)。

4.根据权利要求1所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，高效泥水分离池(4)内设置有污泥液位计(20)。

5.根据权利要求4所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，高效泥水分离池(4)底部的排泥口经排泥阀(16)、排泥泵(17)、污泥密度计(18)及重介质回收-排泥单元(19)与高效泥水分离池(4)的入口相连通。

6.根据权利要求5所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，还包括智能控制单元(21)，智能控制单元(21)与除硬、除氟药剂投加系统(3)、重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)、在线水质监测系统(7)、回流阀(15)、在线浊度仪(12)、产水阀(13)、重介质回收-排泥单元(19)、污泥密度计(18)、排泥泵(17)、排泥阀(16)及污泥液位计(20)相连接。

7.根据权利要求6所述的矿井水协同除硬除氟系统，其特征在于，高效泥水分离池(4)内分为充分混合区、缓冲区、污泥沉降区及澄清区，其中，污泥沉降区位于高效泥水分离池(4)的底部，充分混合区位于隔离挡板(9)的一侧，且位于缓冲挡板(8)上方，缓冲区位于充分混合区的下方，澄清区位于隔离挡板(9)的另一侧，第二搅拌器(6)安装于充分混合区内，充分混合区与重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)和在线水质监测系统(7)相连通；高效泥水分离池(4)底部为污泥沉降区，污泥液位计(20)安装于污泥沉降区内，斜管(10)位于澄清区内，且出水口(11)设置于澄清区顶部的侧面上。

8.一种矿井水协同除硬除氟方法，其特征在于，基于权利要求7所述的矿井水协同除硬除氟系统，包括以下步骤：

来水进入协同除硬除氟反应池(1)内，除硬、除氟药剂投加系统(3)自动投加除硬、除氟药剂至协同除硬除氟反应池(1)，药剂与来水在协同除硬除氟反应池(1)内混合均匀并发生化学反应，反应后的泥水混合物进入高效泥水分离池(4)内的充分混合区中；

重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)向高效泥水分离池(4)内的充分混合区中自动投加重介质颗粒、混凝剂及助凝剂，并在所述充分混合区内与所述泥水混合物混合均匀，根据在线水质监测系统(7)监测得到的数据控制重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)的药剂投加量，以确保硬度及氟离子满足去除要求；

所述充分混合区输出的物质通过缓冲挡板所在的缓冲区，降低污泥沉降速度，隔离充分混合区搅动对污泥沉降区的扰动后进入污泥沉降区，污泥沉降区内的污泥经过一段时间沉积后形成污泥层，来水经污泥层拦截污泥颗粒，上清液经隔离挡板(9)翻入澄清区，通过斜管(10)进一步拦截上浮的污泥，斜管(10)顶部的出水汇入出水口(11)；

出水口(11)输出的水通过在线浊度仪(12)测量浊度，当来水浊度大于预设浊度时，则开启回流阀(15)，关闭产水阀(13)，使来水返回至高效泥水分离池(4)内，并同时调整重介质、混凝剂、助凝剂投加系统(5)的药剂投加量；当来水浊度小于等于预设浊度时，则开启产水阀(13)，关闭回流阀(15)，使得来水进入产水箱(14)中。

9.根据权利要求8所述的矿井水协同除硬除氟方法，其特征在于，通过污泥液位计(20)实时监测污泥沉降区内污泥层的高度，污泥沉降区底部的混合污泥通过排泥阀(16)、排泥泵(17)及污泥密度计(18)进入重介质回收-排泥单元(19)中，当污泥层的高度未达到排泥需求时，则重介质回收-排泥单元(19)不启动重介质回收，混合污泥全部回流至高效泥水分离池(4)内；当污泥层的高度达到排泥要求时，则重介质回收-排泥单元(19)启动重介质回收，其中，将回收后的重介质输送回所述充分混合区中，剩余污泥外排，直至所述污泥沉降区中的污泥层高度下降至预设最低污泥高度，然后重介质回收-排泥单元(19)停止重介质的回收及污泥的外排，继续将混合污泥全部回流至所述充分混合区中。

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