CN115745087A - 短流程固液分离装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短流程固液分离装置和方法，所述短流程固液分离装置包括压力调节件、预分离组件、抗污堵超滤膜组件和清洗组件，预分离组件包括进水管和排水管，进水管与压力调节组件的出口连通，抗污堵超滤膜组件包括循环泵和抗污堵超滤膜元件组，循环泵的进口与排水管连通，循环泵的出口与抗污堵超滤膜组件的进口连通，抗污堵超滤膜元件组具有产水管、回水管和浓水管，回水管与循环泵的进口连通，清洗组件包括清洗剂箱和清洗泵，清洗泵的进口与清洗剂箱的出口连通，清洗泵的出口与抗污堵超滤膜元件组的进口连通。本发明所述短流程固液分离装置无需絮凝沉淀及多级过滤处理即可实现矿井水井下的澄清出水与回用。

Description

短流程固液分离装置与方法

技术领域

本发明涉及矿业井下水处理技术领域，尤其涉及一种短流程固液分离装置与方法。

背景技术

以综采/采掘为主要开采方式的煤矿，其井下矿井水中悬浮物浓度较高，同时颗粒物粒径分布不均，粒径较大的颗粒物其粒径可在100μm以上，而较小的颗粒物其粒径可低于10μm，并且废水量较大，若不对其进行净化处理，则会造成极大的水资源浪费。

相关技术中，为使得井下矿井水达到澄清回用要求，井下处理方法主要采用多级过滤处理或磁絮凝分离装置进行处理。其中多级过滤处理往往需要布置多个过滤器，通过对水中的颗粒物等杂质进行梯级处理方能达到澄清出水的要求，然而这种处理方式其处理流程较长，占地面积较大，且对于10μm以下的颗粒物去除效果不理想。磁絮凝分离装置则在处理过程中需要加入一定量的化学药剂，药剂消耗量大，同时其出水较差，且对于高悬浮物矿井水处理效果不佳。另外，相关技术中的超滤装置虽然其净水效果较好，但一般采用中空纤维膜为主要净化元件，其对于预处理要求较为严格，只能处理悬浮物浓度较低的水质，且膜组件使用寿命较短，其清洗需要气擦洗，且存在断丝风险，处理成本较高。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种短流程固液分离装置，该短流程固液分离装置通过压力调节件对矿井水调压后通入预分离组件内，预分离组件对矿井水进行初步分离后抗污堵超滤膜组件对矿井水进行再过滤，无需絮凝沉淀及多级过滤处理即可实现矿井水井下的就地处理与回用，克服了现有技术中矿井水井下处理流程长、固液效果差、适用范围较窄的缺陷。

本发明第二方面实施例还提出了一种短流程固液分离方法。

本发明实施例的短流程固液分离装置包括压力调节件、预分离组件、抗污堵超滤膜组件和清洗组件，所述压力调节件的进口适于与上游井下矿井水管道连通，所述预分离组件包括进水管和排水管，所述进水管与所述压力调节组件的出口连通，所述预分离组件用于对矿井水初步固液分离，所述抗污堵超滤膜组件包括循环泵和抗污堵超滤膜元件组，所述循环泵的进口与所述排水管连通，所述循环泵的出口与所述抗污堵超滤膜组件的进口连通，所述抗污堵超滤膜元件组具有产水管、回水管和浓水管，所述产水管与下游净水管道连通，所述回水管与所述循环泵的进口连通，所述浓水管与下游污水管道连通，所述清洗组件包括清洗剂箱和清洗泵，所述清洗泵的进口与所述清洗剂箱的出口连通，所述清洗泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通，所述抗污堵超滤膜元件组还包括废水管，所述废水管与下游废水管道连通。

本发明实施例的短流程固液分离装置通过压力调节件的设置，在进水水质及水压波动的条件下仍能保持稳定运行及出水水质的稳定；短流程固液分离装置通过预分离组件进行初步分离后使用抗污堵超滤膜组件进行再过滤，无需絮凝沉淀及多级过滤处理即可实现矿井水井下的就地处理与回用；短流程固液分离装置通过清洗组件对抗污堵超滤膜组件进行清洗，保证了膜组件的产水量和截留率。

在一些实施例中，所述预分离组件还包括壳体、过滤件和清洗件，所述过滤件连接于所述壳体内，所述进水管、所述过滤件和所述排水管顺次连通，所述清洗件连接于所述壳体内，且所述清洗件与所述过滤件的内壁接触，所述壳体具有排污管和第一控制阀，所述第一控制阀连接于所述排污管。

在一些实施例中，所述预分离组件还包括驱动件，所述驱动件连接于所述壳体，所述驱动件的输出轴与所述过滤件同轴且所述驱动件的输出轴位于所述过滤件的内部，所述清洗件连接与所述驱动件的输出轴上。

在一些实施例中，所述清洗件为不锈钢刷，所述过滤件为楔形网。

在一些实施例中，所述抗污堵超滤膜组件还包括调节阀，所述调节阀连接于所述浓水管。

在一些实施例中，所述抗污堵超滤膜元件组包括卷式超滤膜、有机金属超滤膜和陶瓷膜中的一种或多种。

在一些实施例中，所述抗污堵超滤膜元件组的膜面与水接触角小于90°，膜孔径小于0.1μm。

在一些实施例中，所述清洗剂箱包括清水箱和药剂箱，所述清洗泵包括第一泵和第二泵，所述第一泵的进口与所述清水箱的出口连通，所述第一泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通，所述第二泵的进口与所述药剂箱的出口连通，所述第二泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通。

在一些实施例中，所述清洗组件还包括第二控制阀和第三控制阀，所述第一泵、所述第二控制阀和所述抗污堵超滤膜元件组顺次连通，所述第二泵、所述第三控制阀和所述抗污堵超滤膜元件组顺次连通。

本发明实施例的短流程固液分离方法包括：

提供一上述任一项实施例所述的短流程固液分离装置，将矿井水通入所述压力调节件中进行压力调节，使矿井水达到短流程固液分离装置稳定运行的压力；

将经过压力调节后的矿井水通入所述预分离组件内进行初步固液分离；

将经过所述过滤件初步净化的矿井水通入所述抗污堵超滤膜组件，经抗污堵超滤膜组件分离处理后，净化水形成产水通过产水管排出，一部分浓缩液形成浓水通过浓水管排出，另一部分浓缩液通过所述回水管回流至所述循环泵；

当短流程固液分离装置的产水量下降时，启动清洗组件对抗污堵超滤膜元件组进行清洗使得装置产水量恢复。

本发明实施例的短流程固液分离方法采用上述短流程固液分离装置，在进水水质及水压波动的条件下仍能保持稳定运行及出水水质的稳定；短流程固液分离装置通过预分离组件进行初步分离后使用抗污堵超滤膜组件进行再过滤，无需设置体积较为庞大的调节池即可实现矿井水井下的就地处理与回用；短流程固液分离装置通过清洗组件对抗污堵超滤膜组件进行清洗，保证了膜组件的产水量和截留率。

附图说明

图1是本发明实施例的短流程固液分离装置的示意图。

图2是本发明实施例的预分离组件的示意图。

附图标记：

压力调节件1；

预分离组件2；进水管21；排水管22；壳体23；排污管231；第一控制阀232；过滤件24；清洗件25；驱动件26；

抗污堵超滤膜组件3；循环泵31；抗污堵超滤膜元件组32；产水管321；回水管322；浓水管323；废水管324；调节阀33；

清洗组件4；清洗剂箱41；清水箱411；药剂箱412；清洗泵42；第一泵421；第二泵422；第二控制阀43；第三控制阀44。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

以下结合附图描述本发明实施例的短流程固液分离装置。

如图1所示，本发明实施例的短流程固液分离装置包括压力调节件1、预分离组件2、抗污堵超滤膜组件3和清洗组件4。

其中，压力调节件1的进口适于与上游井下矿井水管道连通，压力调节件1用于调整进入预分离组件2和抗污堵超滤膜组件3内的矿井水的压力；预分离组件2包括进水管21和排水管22，进水管21与压力调节组件的出口连通，预分离组件2用于对矿井水初步固液分离；抗污堵超滤膜组件3包括循环泵31和抗污堵超滤膜元件组32，循环泵31的进口与排水管22连通，循环泵31的出口与抗污堵超滤膜组件3的进口连通，抗污堵超滤膜元件组32具有产水管321、回水管322和浓水管323，产水管321与下游净水管道连通，回水管322与循环泵31的进口连通，浓水管323与下游污水管道连通；清洗组件包括清洗剂箱41和清洗泵42，清洗泵42的进口与清洗剂箱41的出口连通，清洗泵42的出口与抗污堵超滤膜元件组32的进口连通，抗污堵超滤膜元件组32还包括废水管324，废水管324与下游废水管324道连通。

需要说明的是，矿井水通过压力调节件1调压后进入预分离组件2，预分离组件2对矿井水进行初步分离后，矿井水通过循环泵31被泵送至抗污堵超滤膜元件组32，抗污堵超滤膜元件组32对矿井水再次过滤，抗污堵超滤膜元件组32产生的透过液从产水管321流出，抗污堵超滤膜元件组32产生的浓缩液的一部分通过回水管回流至循环泵31，抗污堵超滤膜元件组32产生的浓缩液的另一部分通过浓水管323排出抗污堵超滤膜元件组32；当抗污堵超滤膜元件组32产水量下降时，清洗组件启动，清洗泵42将清洗剂箱41内的清洗剂通入抗污堵超滤膜元件组32内对抗污堵超滤膜元件组32进行冲洗，清洗废水从废水管324排出抗污堵超滤膜元件组32，从而保证抗污堵超滤膜元件组32的产水量。

本发明实施例的短流程固液分离装置通过压力调节件1的设置，在进水水质及水压波动的条件下仍能保持稳定运行及出水水质的稳定；短流程固液分离装置通过预分离组件2进行初步分离后使用抗污堵超滤膜组件3进行再过滤，无需设置体积较为庞大的调节池即可实现矿井水井下的就地处理与回用；短流程固液分离装置通过清洗组件4对抗污堵超滤膜组件3进行清洗，保证了膜组件的产水量和截留率。

可选地，压力调节件1包括多级减压阀，矿井水进入压力调节件1后通过多级减压阀将矿井水调节至设定压力，或者，压力调节件1包括原水箱和原水泵，矿井水进入原水箱内，随后通过原水泵将矿井水增压至设定压力。

可选地，回水管322与循环泵31的进口连通，和/或，回水管322与进水管21连通。

可选地，抗污堵超滤膜组件3采用卧式安装方式，装置整体高度低于2米，宽度不超过1.5米。

如图2所示，在一些实施例中，预分离组件2还包括壳体23、过滤件24和清洗件25，过滤件24连接于壳体23内，进水管21、过滤件24和排水管22顺次连通，矿井水通过进水管21进入过滤件24内后，过滤件24对矿井水进行初步过滤，将矿井水内较大的杂质可莉过滤清除，经过初步过滤的矿井水从排水管22排出过滤件24，清洗件25连接于壳体23内，且清洗件25与过滤件24的内壁接触，壳体23具有排污管231和第一控制阀232，第一控制阀232连接于排污管231，当过滤件24需要清洗时，打开第一控制阀232，转动清洗件25使清洗件25与过滤件24发生相对移动，清洗件25将过滤件24表面积存的污物进行清理，清洗产生的污水从排污管231排出。

由此，本发明实施例的预分离组件2通过过滤件24和清洗件25的设置，过滤件24对矿井水进行初步过滤，不仅提高了短流程固液分离装置整体的分离效率，而且减小了抗污堵超滤膜元件组32的堵塞发生率，通过清洗件25对过滤件24进行清洗，无需对预分离组件2进行拆除且过滤过程无需中断。

如图2所示，在一些实施例中，预分离组件2还包括驱动件26，驱动件26连接于壳体23，驱动件26的输出轴与过滤件24同轴且驱动件26的输出轴位于过滤件24的内部，清洗件25连接与驱动件26的输出轴上，启动驱动件26，驱动件26通过输出轴带动清洗件25相对于过滤件24旋转。由此，本发明实施例的预分离组件2通过驱动件26的设置，减少了工作人员的工作强度，而且使过滤件24的清洗可远程遥控。

可选地，清洗件25为不锈钢刷，过滤件24为楔形网。

如图1所示，在一些实施例中，抗污堵超滤膜组件3还包括调节阀33，调节阀33连接于浓水管323，调节阀33用于调节抗污堵超滤膜元件组32产生的浓缩液从浓水管323的流出量来调节回流至循环泵31的浓缩液的流量，从而进一步的调整抗污堵超滤膜组件3的回收率在30％-100％范围内，优选地，抗污堵超滤膜组件3回收率取值范围为40％-95％。

可选地，抗污堵超滤膜元件组32包括卷式超滤膜、有机金属超滤膜和陶瓷膜中的一种或多种，抗污堵超滤膜元件组32的膜面与水接触角小于90°，膜孔径小于0.1μm，使抗堵污超滤膜元件组32耐受进水悬浮物浓度达10000Mg/L。由此，本发明实施例的抗污堵超滤膜元件组32具有亲水疏油性高、抗污染、不断丝、易清洗、耐热、耐酸碱、无需气水联合擦洗等特点。

如图1所示，在一些实施例中，清洗剂箱41包括清水箱411和药剂箱412，清洗泵42包括第一泵421和第二泵422，第一泵421的进口与清水箱411的出口连通，第一泵421的出口与抗污堵超滤膜元件组32的进口连通，第二泵422的进口与药剂箱412的出口连通，第二泵422的出口与抗污堵超滤膜元件组32的进口连通。

如图1所示，进一步地，清洗组件4还包括第二控制阀43和第三控制阀44，第一泵421、第二控制阀43和抗污堵超滤膜元件组32顺次连通，第二泵422、第三控制阀44和抗污堵超滤膜元件组32顺次连通。

需要说明的是，当抗污堵超滤膜元件组32产水量下降时，根据抗污堵超滤膜元件组32产水量衰减情况，可选择水力清洗模式、化学清洗模式或水力-化学联合清洗模式。在水力清洗模式下，第二控制阀43和第一泵421打开，第一泵421将清水箱411内的清水泵送至抗污堵超滤膜元件组32内对抗污堵超滤膜元件组32进行清洗；在化学清洗模式下，第三控制阀44和第二泵422打开，第二泵422将药剂箱412内的化学药剂泵送至抗污堵超滤膜元件组32内对抗污堵超滤膜元件组32进行清洗；在水力-化学联合清洗模式，第一泵421、第二泵422、第二控制阀43和第三控制阀44均打开，第一泵421将清水箱411内的清水泵送至抗污堵超滤膜元件组32内，同时第二泵422将药剂箱412内的化学药剂泵送至抗污堵超滤膜元件组32内，清水和化学药剂混合后对抗污堵超滤膜元件组32进行清洗。

本发明实施例的短流程固液分离方法包括：

提供一上述任一项实施例的短流程固液分离装置，将矿井水通入压力调节件1中进行压力调节，使矿井水达到短流程固液分离装置稳定运行的压力；

将经过压力调节后的矿井水通入预分离组件2内进行初步固液分离；

将经过过滤件24初步净化的矿井水通入抗污堵超滤膜组件3，抗堵污超滤膜元件组32为错流式过滤，经抗污堵超滤膜组件3分离处理后，净化水形成产水通过产水管321排出，一部分浓缩液形成浓水通过浓水管323排出，另一部分浓缩液通过回水管回流至循环泵31，使浓缩液回收率在30％-100％范围内进行调节；

当短流程固液分离装置的产水量下降时，启动清洗组件4对抗污堵超滤膜元件组32进行清洗使得装置产水量恢复。

本发明实施例的短流程固液分离方法采用上述短流程固液分离装置，在进水水质及水压波动的条件下仍能保持稳定运行及出水水质的稳定；短流程固液分离装置通过预分离组件2进行初步分离后使用抗污堵超滤膜组件3进行再过滤，无需设置体积较为庞大的调节池即可实现矿井水井下的就地处理与回用；短流程固液分离装置通过清洗组件4对抗污堵超滤膜组件3进行清洗，保证了膜组件的产水量和截留率。

优选的，浓缩液回收率在40％-95％范围内进行调节。

发明人经实验得出，使用本发明在不同进水条件下固液分离处理效果如下：

案例1：装置进水悬浮物浓度为486mg/L时，检测到出水悬浮物浓度为0.1mg/L。

案例2：装置进水悬浮物浓度为1094mg/L时，检测到出水悬浮物浓度为0.8mg/L。

案例3：装置进水悬浮物浓度为1960mg/L时，检测到出水悬浮物浓度为2.3mg/L。

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”、“轴向”、“径向”、“周向”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至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，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以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种短流程固液分离装置，其特征在于，包括：

压力调节件，所述压力调节件的进口适于与上游井下矿井水管道连通；

预分离组件，所述预分离组件包括进水管和排水管，所述进水管与所述压力调节组件的出口连通，所述预分离组件用于对矿井水初步固液分离；

抗污堵超滤膜组件，所述抗污堵超滤膜组件包括循环泵和抗污堵超滤膜元件组，所述循环泵的进口与所述排水管连通，所述循环泵的出口与所述抗污堵超滤膜组件的进口连通，所述抗污堵超滤膜元件组具有产水管、回水管和浓水管，所述产水管与下游净水管道连通，所述回水管与所述循环泵的进口连通，所述浓水管与下游污水管道连通；

清洗组件，所述清洗组件包括清洗剂箱和清洗泵，所述清洗泵的进口与所述清洗剂箱的出口连通，所述清洗泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通，所述抗污堵超滤膜元件组还包括废水管，所述废水管与下游废水管道连通。

2.根据权利要求1所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述预分离组件还包括壳体、过滤件和清洗件，所述过滤件连接于所述壳体内，所述进水管、所述过滤件和所述排水管顺次连通，所述清洗件连接于所述壳体内，且所述清洗件与所述过滤件的内壁接触，所述壳体具有排污管和第一控制阀，所述第一控制阀连接于所述排污管。

3.根据权利要求2所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述预分离组件还包括驱动件，所述驱动件连接于所述壳体，所述驱动件的输出轴与所述过滤件同轴且所述驱动件的输出轴位于所述过滤件的内部，所述清洗件连接与所述驱动件的输出轴上。

4.根据权利要求2所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述清洗件为不锈钢刷，所述过滤件为楔形网。

5.根据权利要求1所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述抗污堵超滤膜组件还包括调节阀，所述调节阀连接于所述浓水管。

6.根据权利要求1所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述抗污堵超滤膜元件组包括卷式超滤膜、有机金属超滤膜和陶瓷膜中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述抗污堵超滤膜元件组的膜面与水接触角小于90°，膜孔径小于0.1μm。

8.根据权利要求1所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述清洗剂箱包括清水箱和药剂箱，所述清洗泵包括第一泵和第二泵，所述第一泵的进口与所述清水箱的出口连通，所述第一泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通，所述第二泵的进口与所述药剂箱的出口连通，所述第二泵的出口与所述抗污堵超滤膜元件组的进口连通。

9.根据权利要求8所述的短流程固液分离装置，其特征在于，所述清洗组件还包括第二控制阀和第三控制阀，所述第一泵、所述第二控制阀和所述抗污堵超滤膜元件组顺次连通，所述第二泵、所述第三控制阀和所述抗污堵超滤膜元件组顺次连通。

10.一种短流程固液分离方法，其特征在于，包括：

提供一根据权利要求1-9任一项所述的短流程固液分离装置，将矿井水通入所述压力调节件中进行压力调节，使矿井水达到短流程固液分离装置稳定运行的压力；

将经过压力调节后的矿井水通入所述预分离组件内进行初步固液分离；

将经过所述过滤件初步净化的矿井水通入所述抗污堵超滤膜组件，经抗污堵超滤膜组件分离处理后，净化水形成产水通过产水管排出，一部分浓缩液形成浓水通过浓水管排出，另一部分浓缩液通过所述回水管回流至所述循环泵；

当短流程固液分离装置的产水量下降时，启动清洗组件对抗污堵超滤膜元件组进行清洗使得装置产水量恢复。

Images