CN118343897A - 一种超短流程同步除浊除氟装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超短流程同步除浊除氟装置及其使用方法，包括加药混合微絮凝器和超滤膜组件，加药混合微絮凝器包括射流器、微絮凝管道和药剂箱，射流器的前端与矿井水进水管道连接，射流器的上部与药剂箱连接，射流器尾部与微絮凝管道连接；微絮凝管道与超滤膜组件连接，超滤膜组件出水端与出水管道连接。本发明包括加药混合微絮凝器及超滤膜组件，矿井水在加药混合微絮凝器中与高效除氟药剂混合并完成微絮凝过程，再进入超滤膜组件进行过滤，避免了传统两段式去除矿井水中浊度和氟离子的复杂工艺，具有处理工艺简单、流程短、作用范围广等优势且运行成本较低。工艺运行稳定，出水水质水量稳定，除浊除氟效果好，可适用于井上井下多种工况。

Description

一种超短流程同步除浊除氟装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及矿井水处理技术领域，尤其是涉及一种超短流程同步除浊除氟装置及其使用方法。

背景技术

煤矿矿井水中主要的污染物是以岩粉和煤粉为主要成分的悬浮物、无机离子、部分有机物和细菌等，一般需要经过一定的处理以去除悬浮物。此外，部分煤矿开采区地区由于含氟矿物长期的物理化学作用，矿井水中含有氟元素，需要对矿井水中的氟元素进行去除。

目前，对于矿井水中悬浮物的去除处理工艺已较为完善。常见处理含悬浮物矿井水的技术有混凝-沉淀-过滤工艺、瓷砂混凝工艺、磁混凝工艺等，也有一些新技术如高效旋流一体净化技术、超磁分离技术、柔性陶瓷膜处理技术、无机陶瓷膜处理技术、采空区处理技术等。上述技术均在煤矿矿井水处理过程中取得了良好的效果，但是普遍存在处理流程长、占地面积大、成本高、药剂投加量大、井下处理空间受限等不足之处。

而对于氟元素的去除，常见的技术有化学沉淀法、混凝沉淀法、吸附法、膜分离法、电凝聚法、复合除氟药剂法等。矿井水中氟离子的处理工艺一般采用混凝加吸附两段工艺，其在实际工程中应用广泛，但也存在处理工艺复杂、流程长、作用范围较窄和运行成本高等诸多问题。

对于含浊含氟矿井水，目前矿井水浊度、氟化物两个水质指标分开分段处理，除浊阶段一般通过投加PAC、PAFC、PAM等混凝剂进行处理，工艺较为成熟。对于氟化物的处理主要以改性羟基磷灰石、改性活性炭、改性三氧化二铝等吸附材料来进行去除，该方法存在吸附材料吸附容量小、吸附时间长、再生困难、废碱废酸再生液产量大等一系列问题。

含浊含氟矿井水常见的处理工艺包括预沉调节池-混凝池-沉淀池-多介质过滤池-羟基磷灰石吸附除氟系统-清水池，吸附饱和后通过NaoH碱液再生池-再生废液池--污泥沉淀池-污泥处理系统等；预沉调节池-高效澄清池-多介质滤池-树脂除氟系统-清水池，树脂吸附饱和后进行再通过NaoH碱液再生池-再生废液池-污泥储池-污泥浓缩池-污泥脱水处理系统等；预沉调节池-高效澄清池-锰砂过滤器-羟基磷灰石除氟系统-清水池，吸附饱和后再通过NaoH碱液再生池-再生废液池-污泥沉淀池-污泥浓缩池-污泥脱水处理等。对于矿井水而言，浊度和氟化物的去除不可避免，两阶段过程组合起来存在工艺复杂、污染物去除效率不高、适用浓度范围窄和成本高等问题。

针对上述问题，需要一种能够同步除浊除氟的超短工艺流程以达到减少处理构筑物、缩减占地面积、减少药剂投加量和降低处理成本的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超短流程同步除浊除氟装置及其使用方法，工艺运行稳定，出水水质水量稳定，除浊除氟效果好，可适用于井上井下多种工况。

根据本发明的一个目的，本发明提供一种超短流程同步除浊除氟装置，包括加药混合微絮凝器和超滤膜组件，所述加药混合微絮凝器包括射流器、微絮凝管道和药剂箱，所述射流器的前端与矿井水进水管道连接，所述射流器的上部与所述药剂箱连接，所述射流器尾部与所述微絮凝管道连接；所述微絮凝管道与所述超滤膜组件连接，所述超滤膜组件出水端与出水管道连接。

进一步地，所述射流器的上部通过进药管与所述药剂箱连接，所述药剂箱内设置有搅拌器，所述进药管上设有进药管阀门。

进一步地，所述微絮凝管道内部设有小叶片，所述微絮凝管道分五列布设，每列迂回两次，迂回部分采用45°弯头实现，所述微絮凝管道的尾部设有出水控制阀门。

进一步地，所述超滤膜组件为多个膜组件并联设置的卷式聚瓷膜，运行方式为错流过滤。

进一步地，所述超滤膜组件前端进水口连接保安过滤器，所述保安过滤器与所述微絮凝管道之间设有进水泵。

进一步地，所述超滤膜组件的下部为反冲洗水排放口。

进一步地，所述超滤膜组件出水端还连接有循环管道，所述循环管道的出水口与所述超滤膜组件的进水管连接，所述循环管道设有循环泵和循环控制阀门。

进一步地，所述出水管道分为产生管道和连接管道，所述产水管道上设有产水阀门，所述连接管道与反冲洗水箱连接，所述连接管道上设有反冲洗水箱进水阀门，所述反冲洗水箱的下端为反冲洗管路，所述反冲洗管路上设置有反冲洗水箱出水阀门与反冲洗水泵。

进一步地，所述矿井水进水管道上和所述产水管道上均设有氟离子在线检测仪。

根据本发明的另一个目的，本发明提供上述一种超短流程同步除浊除氟装置的使用方法，包括如下步骤：

S1，矿井水进入射流器，除氟药剂从药剂箱进入射流器与矿井水混合；

S2，除氟药剂通过射流器内与矿井水进行初步混合，随后流入微絮凝管道，在微絮凝管道内矿井水中的胶体和细小悬浮物进一步与药剂发生反应，形成微絮体，通过加药混合微絮凝器流入超滤膜组件进行过滤；

S3，微絮凝后的矿井水流入超滤膜组件，超滤膜组件的出水作为产水排出。

本发明技术方案无需设置矿井水传统混凝-沉淀-过滤工艺中常见的预沉调节池、沉淀池、滤池及污泥处理设施等，仅包括加药混合微絮凝器及超滤膜组件两部分。矿井水在加药混合微絮凝器中与高效除氟药剂混合并完成微絮凝过程，再进入超滤膜组件进行过滤，避免了传统两段式去除矿井水中浊度和氟离子的复杂工艺，具有处理工艺简单、流程短、作用范围广等优势且运行成本较低。本发明工艺运行稳定，出水水质水量稳定，除浊除氟效果好，可适用于井上井下多种工况，满足井下防爆要求，普适性较好，便于推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例超短流程矿井水同步除浊除氟装置流程图；

图2为本发明实施例加药混合微絮凝器内部结构示意图；

图3为本发明实施例加药混合微絮凝器微絮凝管道布置示意图；

图中：1、加药混合微絮凝器；2、超滤膜组件；3、反冲洗水箱；4、进水泵；5、循环泵；6、反冲洗泵；7、循环控制阀门；8、产水阀门；9、反冲洗水进水阀门；10、反冲洗水箱出水阀门；11、射流器；12、小叶片；13、微絮凝管道；14、出水控制阀门；15、药剂箱；16、进药管阀门；17、进水口；18、氟离子在线检测仪；19、进水控制阀门；20、搅拌器；21、保安过滤器。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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，都属于本发明保护的范围。

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所述特征。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。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-图3所示，

一种超短流程同步除浊除氟装置，包括微絮凝部分和膜处理部分，其中，微絮凝部分主体装置是加药混合微絮凝器1，膜处理部分的主体装置是超滤膜组件2，微絮凝部分和膜处理部分连接。

具体地，加药混合微絮凝器1包括进水口17、射流器11、微絮凝管道13和药剂箱15，进水口17与矿井水进水管道连接，在矿井水进水管道上设有进水控制阀门19，通过控制进水控制阀门19调整进水流量流速。射流器11的前端与进水口17相连通，矿井水从进水口17进入加药混合微絮凝器1。

射流器11水平安装，进出口管径为DN32，侧吸口管径为DN20，总长245mm。

射流器11上部通过进药管与药剂箱15相连，药剂箱15上设置有搅拌器20，并且在进药管上设有进药管阀门16，通过调整进药管阀门16的开合度可以调节药剂箱15的投药量。在矿井水进水管道上设有氟离子在线检测仪18，通过氟离子在线检测仪18反馈的氟离子浓度调整进药管阀门16的开合度以调节投药量。

药剂箱15内的药剂为高效除氟药剂，其主要成分包括某硅盐，某铝盐、某铁盐、某镁盐、某高分子化合物等，氟离子去除效率高，反应速度快，成本低，易于操作，作用范围较为广泛，适用于含低、中、高浓度氟离子的矿井水。药剂箱内设搅拌器以保持高效除氟药剂的均匀。

高效除氟药剂投加量与矿井水中氟离子浓度可以用线性方程y＝a+b*x进行拟合，R²＝0.99985，线性关系好。

射流器11尾部与微絮凝管道13相连，微絮凝管道13采用DN32不锈钢管，每列长约6m，共5列，总长30m，流速控制在0.5m/s-1m/s。微絮凝产生的絮体大小在40-80μm，微絮凝效果最好。

微絮凝管道13内部设有小叶片12，微絮凝管道13分五列布设，每列迂回两次，迂回部分采用45°弯头实现，矿井水经5列循环后流出微絮凝管道13。微絮凝管道13的尾部设有出水控制阀门14。微絮凝管道13的出水经进水泵流入超滤膜组件2。

超滤膜组件2为多个膜组件并联设置的卷式聚瓷膜，运行方式为错流过滤，具有微管直流通道，通道宽度约为1mm，膜孔径为20nm。

超滤膜组件2前端进水口连接保安过滤器21，保安过滤器21的膜孔径为5μm，用于保护后续超滤膜组件，避免水质变动或工艺运行不稳定时的膜组件损伤。保安过滤器21与微絮凝管道13之间设有进水泵4。

超滤膜组件2下部为反冲洗水排放口，超滤膜组件2出水端分别与循环管道及出水管道相连。其中，循环管道设有循环泵5和循环控制阀门7，循环管道的出水口与超滤膜组件2的进水管相连通。循环管道通过循环泵5和循环控制阀门7连续运行，循环流量为进水流量的5-10倍。

超滤膜组件2的出水管道的出水分为直接产水的产水管道和流入反冲洗水箱3的管路共两个流向，两个流向的水流管道的连接处使用三通阀连接，超滤膜组件2的出水管道与反冲洗水箱3之间设有反冲洗水箱进水阀门9。产水管道上设有产水阀门8，产水管道与氟离子在线监测仪18连接。本实施例在矿井水进水管道与产水管道连接氟离子在线监测仪，对氟离子浓度进行实时监测反馈，通过自控系统调节进药管阀门开合度以精确控制投药量。

反冲洗水箱3的进水口与超滤膜组件2的出水管相连，反冲洗水箱3的下端为反冲洗管路，反冲洗管路上设置有反冲洗水箱出水阀门10与反冲洗水泵6，反冲洗管路与超滤膜组件2的出水管连接。反冲洗泵6用于将反冲洗水箱3中的部分产水通过反冲洗管路反向送入超滤膜组件2中进行反冲洗。反冲洗水箱3内的水为超滤膜产水，用于定时反冲洗，反冲洗水箱3内先保证产水量可完成一次反洗过程，然后再对外供水。采用定时反冲洗的方式减轻膜污染，反洗流量通常为进水流量的1.5-2倍，每运行30-60min，反洗60-120s。

本发明的具体工作过程为：

矿井水通过进水口17进入射流器11，除氟药剂从药剂箱15通过进药管道进入射流器11与矿井水混合，需要说明的是，进水管道设进水控制阀门19、进药管道上设有进药管阀门16，可通过控制进水控制阀门19调整进水流量流速，通过氟离子在线检测仪反馈的氟离子浓度调整进药管阀门16的开合度以调节投药量。

除氟药剂通过射流器11内与矿井水进行初步混合，随后流入微絮凝管道13，在微絮凝管道13内矿井水中的胶体和细小悬浮物进一步与药剂发生反应，形成微絮体，通过加药混合微絮凝器1的出水管流入超滤膜组件2进行过滤。同时，微絮凝管道13内部设有小叶片12，目的是增加药剂与废水的接触时间，使反应更完全。

微絮凝后的矿井水通过加药混合微絮凝器1的出水管经保安过滤器21流入超滤膜组件2。超滤膜组件2设有循环装置，循环水量为进水流量的5-10倍，目的是防止聚瓷膜发生堵塞现象。超滤膜出水一部分作为反冲洗水流入反冲洗水箱3，另一部分作为产水排出，进水管道与产水管道均与氟离子在线监测仪18连接以实时监测氟离子浓度。超滤膜组件2还设有反冲洗水排放管道，用于排出反冲洗水。

超滤膜组件2每运行一段时间，需要进行反冲洗。需要说明的是，膜组件进行反冲洗使的用水为超滤膜产水，由反冲洗水箱3通过反冲洗管道流入超滤膜组件出水管，再反向送入超滤膜组件2，反冲洗水通过管道排放。

反冲洗水箱3设有水位自动检测系统，当实际水位没有到达设定水位时，超滤膜组件2出水会进入反冲洗水箱3，若实际水位到达设定水位时，超滤膜组件2出水会直接排放进行回用。

整个系统中的阀门与自动控制系统连接，可以实现全程自动化控制。

实施例2

本实施例提供一种超短流程矿井水同步除浊除氟装置及其使用方法，其使用过程包括：

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在第一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于40-80μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.095MPa，出水浊度为0.42NTU，氟离子浓度稳定在0.62mg/L，浊度去除率99.97％，氟离子去除率91.71％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期45min，反洗时间90s，系统运行稳定，出水水质较好。

实施例3

本实施例提供一种超短流程矿井水同步除浊除氟装置及其使用方法，其使用过程包括：

某矿井水浊度223NTU，悬浮物浓度约为152mg/L，氟离子浓度4.545mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在第一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为1.54g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于40-80μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.095MPa，出水浊度稳定在0.54NTU，氟离子浓度稳定在0.51mg/L，浊度去除率99.98％，氟离子去除效率为88.78％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的5倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期30min，反洗时间60s，系统运行稳定，出水水质较好。

对比例1

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在第一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为1.5m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于30-60μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.10MPa，出水浊度稳定在0.5NTU，氟离子浓度为1.54mg/L，浊度去除率99.96％，氟离子去除效率为78.79％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期45min，反洗时间90s。

对比例2

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在第一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.4m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于60-150μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.150MPa，出水浊度稳定在0.6NTU，氟离子浓度为1.465mg/L，浊度去除率99.95％，氟离子去除效率为79.76％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期30min，反洗时间120s。

对比例3

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在第一列前半段安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于40-70μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.10MPa，出水浊度稳定在0.5NTU，氟离子浓度为1.83mg/L，浊度去除率99.96％，氟离子去除效率为74.72％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期45min，反洗时间90s。

对比例4

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分五列布设且在前两列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于30-65μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.124MPa，出水浊度稳定在0.7NTU，氟离子浓度为1.98mg/L，浊度去除率99.94％，氟离子去除效率为72.65％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期45min，反洗时间90s。

对比例5

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分三列布设且在前一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于30-60μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.147MPa，出水浊度稳定在0.5NTU，氟离子浓度为1.78mg/L，浊度去除率99.96％，氟离子去除效率为75.48％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期30min，反洗时间120s。

对比例6

某矿井水浊度1206NTU，悬浮物浓度约为706mg/L，氟离子浓度7.24mg/L。矿井水先进入加药混合微絮凝器1以完成高效除氟药剂的投加和微絮凝过程，微絮凝管道分四列布设且在前一列安装了小叶片。调节进水控制阀门及进药管阀门使矿井水流速为0.8m/s，高效除氟药剂投加量为2.20g/L。微絮凝管道内的小叶片12对矿井水进行搅拌，使矿井水与高效除氟药剂充分混合，经微絮凝管道13完成微絮凝过程后排出，絮体粒径主要介于30-70μm。进水泵4将加药混合微絮凝器1的出水提升至超滤膜组件2中以去除微絮凝胶体物质及细小悬浮物等，超滤膜跨膜压差约为0.136MPa，出水浊度稳定在0.5NTU，氟离子浓度为1.35mg/L，浊度去除率99.96％，氟离子去除效率为81.4％。超滤膜组件2的循环流量为进水流量的10倍，反洗流量为进水流量的1.5倍，反洗周期45min，反洗时间120s。

相比实施例2，对比例1流速过大，会造成大絮体的破碎，生成小絮体，影响微絮凝效果。

相比实施例2，对比例2流速过小，不利于药剂与颗粒物的初期充分混合，难以体现有效地脱稳絮凝。且絮凝时间过长导致絮体较大，膜污染程度增大，反冲洗周期和时间增加。

相比实施例2，对比例3仅在微絮凝管道第一列前半段安装小叶片，小叶片的搅拌程度及时间较短，影响微絮凝过程及氟离子的去除效果。

相比实施例2，对比例4在微絮凝管道前两列安装小叶片，小叶片的搅拌程度及时间较长，微絮凝体被搅碎，影响微絮凝过程及氟离子的去除效果。

相比于实施例2，对比例5、6中微絮凝管道较短，反应时间较短，微絮凝过程不完全，影响氟离子的去除效果。随着管长增长，反应时间增加，在管道内絮体体积逐渐增大形成有效微絮体，从而减缓了超滤膜的膜污染。

综上所述，本发明无需设置矿井水传统混凝-沉淀-过滤工艺中常见的预沉调节池、沉淀池、滤池及污泥处理设施等，仅包括加药混合微絮凝器及超滤膜组件两部分。矿井水在加药混合微絮凝器中与高效除氟药剂混合并完成微絮凝过程，再进入超滤膜组件进行过滤，避免了传统两段式去除矿井水中浊度和氟离子的复杂工艺，具有处理工艺简单、流程短、作用范围广等优势且运行成本较低。

传统的化学沉淀法使用的钙盐投加量通常远超理论值，这主要是因为在形成氟化钙沉淀后，部分氟离子还可以反溶至废水中，即氟化钙在水中存在一定的溶解度，影响氟离子的去除效果。化学沉淀法所需的沉淀时间长、效果差，很多时间废水中都是钙盐过量的浑浊液，需要加入大量的PAM来更好的使氟化钙沉淀。形成的氟化钙污泥量很大，含水量大，处理困难。铝系混凝剂在水中形成的胶体颗粒带有正电荷，可以结合水中带负电的氟离子，并将其聚集成大的絮体沉淀达到除氟效果。但受运行环境影响严重，如果投加量过大可能会造成废水的二次污染，影响含氟废水的回收利用。铁系混凝剂的水解产物能通过离子交换、吸附、网捕、卷扫等作用去除氟离子。但其pH适用范围较窄，而且受废水本身的温度影响。吸附材料能够通过吸附作用吸附一定量的氟离子，并且吸附材料选取方便，在实际应用中广泛，但是这种方法存在处理水量小、再生吸附性能差等问题。复合药剂相比于单一药剂对氟离子去除效率更高，主要原因是在复合药剂作用时将各种基本除氟方法联用，通过多种药剂以不同的方式共同对氟离子作用。复合药剂对氟离子的去除具有吸附絮凝、离子交换和络合等多种作用。此外，制备的复合药剂也能在一定程度上产生新的化合物或新的结构。本发明使用的高效除氟药剂将上述组分复配成除氟药剂，形成含铁、硅、铝、镁、羟基的多核多羟基络合物，络合物中的大量羟基可以与氟离子进行同构交换取代从而实现去除。氟化物还会与高效除氟药剂形成铝硅氧的四面体结构，能够将氟离子锁在形成的四面体结构中，不仅够更简便有效地处理含氟废水，并且能够使得除氟药剂能发挥铝盐良好的混凝效果和铁盐沉降速度快的特性，提高除氟性能和效率。

本发明使用的高效除氟药剂存放在加药混合微絮凝器上部的加药箱内，通过搅拌器搅拌以保持其浓度不变。加药管道上设置的进药管控制阀门为电动调节阀，可通过进水流量及氟离子在线检测仪反馈的氟离子浓度实时自动调整其开合度以达到调整投药量的目的，可实现自动化控制。通过实验数据进行验证和测定，绘制氟离子浓度与投药量的散点图并进行线性拟合，其相关系数R²＝0.99985，矿井水的初始氟离子浓度与投药量通常具有较好的线性关系，可计算不同氟离子浓度下的投药量。高效除氟药剂可以在使矿井水微絮凝的同时起到良好的除氟效果，实现超短流程同步除浊除氟，避免了分段除浊除氟造成工艺流程复杂，占地面积大，投资高等问题。

本发明使用的超滤膜组件为具有高通量、高精度、亲水耐油且高耐污的聚瓷卷式超滤膜组件。聚瓷膜突破了传统有机膜和无机陶瓷膜的边界，同时具备耐油、耐高温、耐酸碱，高精度以及高通量、反洗易恢复等特点，适用于矿井水的处理。

聚瓷膜相比于传统的中空纤维膜和无机陶瓷膜具有明显优势。其中，中空纤维膜处理矿井水具有流程长、环节多、用药量大等特点，处理过程中不仅需要加药混凝、沉淀、过滤预处理，而且还有断丝脱壳风险，一旦断丝会影响整体出水水质，整个膜组件需要立即更换，增加了运行成本。此外，膜材料经过亲水改性后虽然通量有所提升但抗有机污堵能力、耐油性变差，导致其遇油易污堵，难恢复且由于该方法操作过程繁琐，不易实现无人值守。无机陶瓷膜虽具有化学稳定性好、机械强度高、可反向冲洗等优点，但其对预处理有一定要求，一般进水悬浮物浓度要求小于1000mg/L。此外，无机陶瓷膜孔径分布不均匀，过滤过程属床层过滤易产生深层污堵，通量衰减快，单纯的反冲洗已无法满足过滤需求。因此需要将膜取出进行长时间酸洗，有时甚至酸浸泡时间大于24h，这必然导致水处理设备无法连续运行。

本发明中所用的聚瓷膜既有无机膜强度、又有有机膜通量，孔径分布均匀，过滤过程属表层过滤，膜污染为表面污染，非深层污染，污堵小，通量易于快速恢复。加之该膜特殊的直流通道设计和膜材料使其可耐受浓度达10000mg/L的高悬浮物矿井水，在不加药条件下即可满足矿井中各种工况矿井水直接过滤需求。由于其膜材料具有亲水疏油的特性，当膜表面被污染时可直接用清水或配加一定的清洗剂反洗清洗即可恢复膜通量。其具有运行成本低、处理过程快速高效、工艺运行可靠、过滤精度高、出水水质水量稳定等特点还可满足井下防爆要求。此外，由于其处理流程短、运行稳定、操作简单，因此容易实现无人值守及远传操作。

本发明使用的超滤膜组件前设保安过滤器，需要说明的是，本发明使用的保安过滤器与传统矿井水处理工艺中起到预过滤效果的保安过滤器不同，其膜孔径为5μm，仅用于保护后续超滤膜组件，避免水质变动或工艺运行不稳定时的膜组件损伤。超滤膜组件不设浓水排放，设置循环装置及反冲洗装置定时反冲洗。循环装置连续运行，循环流量为进水流量的5-10倍，通过大流量循环提高出水水质。反冲洗水箱设有水位自动检测系统，当实际水位未到达设定水位时，超滤膜组件产水进入反冲洗水箱，当实际水位到达设定水位时，超滤膜组件出水会直接排放进行回用。反洗流量为进水流量的1.5-2倍，反洗时间为60-120s。产生的反冲洗水水量低、浓度高，无需浓缩处理，节省了处理浓水的成本。本发明工艺运行稳定，出水水质水量稳定，除浊除氟效果好，可适用于井上井下多种工况，满足井下防爆要求，普适性较好，便于推广应用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，包括加药混合微絮凝器和超滤膜组件，所述加药混合微絮凝器包括射流器、微絮凝管道和药剂箱，所述射流器的前端与矿井水进水管道连接，所述射流器的上部与所述药剂箱连接，所述射流器尾部与所述微絮凝管道连接；所述微絮凝管道与所述超滤膜组件连接，所述超滤膜组件出水端与出水管道连接。

2.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述射流器的上部通过进药管与所述药剂箱连接，所述药剂箱内设置有搅拌器，所述进药管上设有进药管阀门。

3.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述微絮凝管道内部设有小叶片，所述微絮凝管道分五列布设，每列迂回两次，迂回部分采用45°弯头实现，所述微絮凝管道的尾部设有出水控制阀门。

4.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述超滤膜组件为多个膜组件并联设置的卷式聚瓷膜，运行方式为错流过滤。

5.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述超滤膜组件前端进水口连接保安过滤器，所述保安过滤器与所述微絮凝管道之间设有进水泵。

6.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述超滤膜组件的下部为反冲洗水排放口。

7.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述超滤膜组件出水端还连接有循环管道，所述循环管道的出水口与所述超滤膜组件的进水管连接，所述循环管道设有循环泵和循环控制阀门。

8.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述出水管道分为产生管道和连接管道，所述产水管道上设有产水阀门，所述连接管道与反冲洗水箱连接，所述连接管道上设有反冲洗水箱进水阀门，所述反冲洗水箱的下端为反冲洗管路，所述反冲洗管路上设置有反冲洗水箱出水阀门与反冲洗水泵。

9.根据权利要求8所述的超短流程同步除浊除氟装置，其特征在于，所述矿井水进水管道上和所述产水管道上均设有氟离子在线检测仪。

10.根据权利要求1所述的超短流程同步除浊除氟装置的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，矿井水进入射流器，除氟药剂从药剂箱进入射流器与矿井水混合；

S2，除氟药剂通过射流器内与矿井水进行初步混合，随后流入微絮凝管道，在微絮凝管道内矿井水中的胶体和细小悬浮物进一步与药剂发生反应，形成微絮体，通过加药混合微絮凝器流入超滤膜组件进行过滤；

S3，微絮凝后的矿井水流入超滤膜组件，超滤膜组件的出水作为产水排出。