CN217148841U - 一种高浊度矿井水的处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种高浊度矿井水的处理系统，属于矿井水处理技术领域。一种高浊度矿井水的处理系统，包括调节池，所述调节池的进水口与矿井水连接，出水口与超磁分离设备连接，所述超磁分离设备的出水口与高密度沉淀池连接，所述高密度沉淀池的出水口与无阀滤池连接，所述无阀滤池的出水口与活性炭过滤器连接，所述活性炭过滤器的出水口与超滤膜设备连接，所述超滤膜设备的出水口连接清水池。本实用新型基于上述处理系统对高浊度矿井水以及矿井水中的COD、氨氮、总磷、氟化物、石油类、重金属等污染物实现良好的去除效率，处理后的出水水质可达到《地表水环境质量标准》(GB3838‑2002)中的III类水标准。

Description

一种高浊度矿井水的处理系统

技术领域

本实用新型属于矿井水处理技术领域，具体涉及一种煤炭开采过程中产生的高浊度矿井水的处理系统。

背景技术

在煤炭开采过程中，必然要排放大量的矿井涌水。相关研究统计，我国吨煤开采约产生2t矿井水，矿井水的排放是煤炭行业的行业性污染源之一。受污染矿井水的外排、渗漏会造成地表水和地下水污染以及矿区生态破坏等问题。解决矿井水污染问题的最有效路径就是加强矿井水的处理与利用，不仅是对水资源开发的拓宽，也是缓解矿区缺水问题的最佳选择，同时是保护生态环境、防止水污染的重要途径。把矿井水作为水资源开发利用，是优化矿区水资源结构的首选方案：一方面可置换出大量地表水及地下水，从而促进水资源结构的优化，有利于地表及地下水资源，改善缺水地区的水环境；另一方面，有利于减少矿区内因过度开采地下水而造成地下水位下降和地面沉降问题。

煤矿矿井水的污染主要是由于采煤活动造成的。煤矿在生产过程中，由于地下水在流经采煤工作面时会携带大量的煤粉、岩粉等悬浮物杂质，使矿井水浑浊，颜色多呈灰黑色。矿井水常具有以下几个方面的水质特征，具体为：

(1)高悬浮物。矿井水中悬浮物含量很不稳定，悬浮物浓度差异较大，含量为每升几百至几千毫克，悬浮物粒度小(平均只有2～8μm)、比重轻、沉降速度慢。总悬浮物中约85％以上的粒径在50μm以下。煤粉的平均密度一般只有1.3～1.5g/cm³，远小于地表水中泥沙颗粒物的平均密度2.4～2.6g/cm³。

(2)含有一定的有机物。水体中少量的废机油、乳化油、废坑木腐烂物、落入各种动植物残骸、井下粪便等有机污染。

(3)混凝过程中矾花形成困难，混凝沉淀效果差。矿井水中悬浮物质多为有机物(煤粉)和无机物(岩粉)的复合体，且不同煤化阶段的煤分子芳香综合环周边有较多极性基团(-COOH、-OH等)，随着煤化程度增高而逐渐减少，最后完全失去这些极性基团而成憎水物质。因此含悬浮物矿井水中煤粉表面与水和无机混凝剂的亲和能力要比地表水系中泥砂颗粒物差得多。由于矿井水中悬浮物所含煤屑中碳分子具有还原性，悬浮物的去除能大大降低COD_cr。

(4)含较多细菌。受到井下生产及生活活动的影响，矿井水中含有较多的细菌和病毒。

矿井水中COD浓度与悬浮物浓度密切相关，随着悬浮物含量的减少而降低，因此矿井水中COD的去除主要围绕如何提高悬浮物的去除率来进行。悬浮物的传统处理工艺以混凝、沉淀、过滤为基本流程，处理后水质可以满足《煤炭工业污染物排放标准》及一般回用水要求。这些处理工艺主要以重力沉降原理对水体的悬浮物进行分离，技术成熟可靠，但是设备占地面积大，水力停留时间长，底泥(煤泥)含水率高，对场地、池容的要求很大。

因此，加速矿井水的资源化开发与利用，寻求技术先进、经济可行的工艺技术处理矿井水，对保证煤矿正常生产，保护生态环境，提高综合效益，实现可持续发展意义重大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种煤矿开采过程中产生的高浊度矿井水的处理系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种高浊度矿井水的处理系统，包括调节池，所述调节池的进水口与矿井水连接，出水口与超磁分离设备连接，所述超磁分离设备的出水口与高密度沉淀池连接，所述高密度沉淀池的出水口与无阀滤池连接，所述无阀滤池的出水口与活性炭过滤器连接，所述活性炭过滤器的出水口与超滤膜设备连接，所述超滤膜设备的出水口连接清水池。

进一步地，所述调节池设置pH调节装置，以使矿井水的重金属在碱性条件下反应生成沉淀物。

进一步地，所述调节池的出水口与所述超磁分离设备的混凝反应池进水口连接，所述超磁分离设备的出水口与所述高密度沉淀池的混凝池连接。

进一步地，所述超磁分离设备的混凝反应池上部设置隔油设施，当矿井水中石油超标时，通过撇油机将石油打捞去除。

进一步地，所述超磁分离设备和高密度沉淀池分别与药剂投加装置连接。

进一步地，所述清水池分别连接无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备，以对所述无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备进行反冲洗。

进一步地，所述高浊度矿井水的处理系统，还包括：污泥池和与所述污泥池连接的压滤机，所述污泥池分别与超磁分离设备、高密度沉淀池、无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备连接，所述污泥池和压滤机的上清液分别回流至所述调节池。

进一步地，所述清水池与消毒装置连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

本实用新型处理系统针对矿井的水质特点，采用科学合理的工艺路线，处理技术先进，运行稳定，耐冲击负荷能力强，占地面积小，处理后的水质满足利用要求。

具体地，矿井水进入调节池，在调节池内进行水质水量的调节，还可起到初步沉淀的作用；调节池出水进入超磁分离设备的混凝反应池中，反应池上部设置隔油设施，当矿井水中石油超标时，通过撇油机将石油打捞去除。

矿井水在超磁分离设备的的混凝反应池内与药剂，包括PAC(聚合氯化铝)、PAM(聚丙烯酰胺)，及磁种混合均匀，通过混凝搅拌完成磁种与非磁性悬浮物的结合，同时将水中的金属沉淀物拦截，形成微絮团，在超磁分离设备的高磁强度下，实现微絮团与水体的快速分离，由磁盘分离出来的微絮团经磁回收设备回收磁种，磁种循环利用，出水进入高密度沉淀池的混凝池内。

在高密度沉淀池的混凝池内投加药剂，主要为氨氮去除剂和絮凝剂，通过投加氨氮去除剂分解水中的氨氮；通过投加絮凝剂，和磷酸盐反应生成不溶性盐再析出，从而去除水中的总磷；同时利用混凝过程产生的絮凝体进一步拦截氟、镉、铅及悬浮物，经沉淀和过滤将其去除。

经高密度沉淀池的出水顺次进入无阀滤池和活性炭过滤器，当矿井水通过滤层时，水中残留的氟离子、镉、铅被吸附在滤层上得到进一步的去除。

活性炭过滤器的出水进入超滤膜设备，超滤膜设备通过具有净化、浓缩、分离的膜组件，进一步去除水中溶解性的悬浮物，出水进入清水池，利用次氯酸钠消毒后回用或达标排放。

本实用新型基于上述处理系统对高浊度矿井水以及矿井水中的COD、氨氮、总磷、氟化物、石油类等主要污染物实现良好的去除效率，处理后主要污染物的排放限值满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的III类水标准。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1：本实用新型一种高浊度矿井水的处理系统的结构示意图；

其中，1-调节池，2-超磁分离设备，3-高密度沉淀池，4-无阀滤池，5-活性炭过滤器，6-超滤膜设备，7-清水池，8-pH调节装置，9-第一药剂投机装置，10-第二药剂投加装置，11-反冲洗管道，12-污泥池，13-压滤机，14-污泥管道，15-消毒装置。

具体实施方式

为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步清楚阐述本实用新型的内容，但本实用新型的保护内容不仅仅局限于下面的实施例。在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本实用新型的限制。

参阅图1，本实用新型提供一种高浊度矿井水的处理系统，其包括调节池1，调节池1的进水口与矿井水连接，出水口与超磁分离设备2连接，超磁分离设备2的出水口与高密度沉淀池3连接，高密度沉淀池3的出水口与无阀滤池4连接，无阀滤池4的出水口与活性炭过滤器5连接，活性炭过滤器5的出水口与超滤膜设备6连接，超滤膜设备6的出水口连接清水池7。

在一些实施例中，调节池1设置pH调节装置8，以使矿井水的重金属在碱性条件下反应生成沉淀物。pH调节装置8用于投加碱性物质，调节矿井水的pH使其呈碱性。

在一些实施例中，调节池1的出水口与超磁分离设备2的混凝反应池进水口连接，超磁分离设备2的出水口与高密度沉淀池3的混凝池连接。

在一些实施例中，超磁分离设备2和高密度沉淀池3分别与药剂投加装置连接。其中，超磁分离设备2连接的第一药剂投机装置9用于分别投加助凝剂和混凝剂；高密度沉淀池3连接的第二药剂投加装置10用于分别投加氨氮去除剂和絮凝剂，上述药剂均选用本领域常规的市售药剂。

本实用新型采用超磁分离设备2，将超磁分离技术应用于矿井水处理，其净化机理是依靠稀土永磁材料所产生的高强磁场，对水体中的悬浮物，通过投加磁种介质与微絮凝药剂，在强磁场力的作用下对赋磁性水体悬浮物进行快速分离。超磁分离水处理技术因其分离速度快，大大地缩短了水力停留时间，为工程设施占地面积的缩小提供了可能，超磁分离设备2用于矿井水处理，具有以下显著的特点：1)处理时间短、速度快、处理量大。磁盘瞬间产生大于重力640倍的磁力，处理效率高、流程短，总的处理时间大约3分钟。2)占地小、出水稳定。3)排泥浓度高。磁盘直接强磁吸附污泥，连续打捞提升出水面，通过卸渣系统排放的泥浓度高。4)运行费用低。采用微磁絮凝技术投加药量少，且磁种循环利用率高，运行费用低。5)日常维护方便。设备无反洗，自动化程度高，工业运行稳定可靠。

超磁分离设备2选用市售成套设备，其主要包括超磁分离磁盘机、药剂投加装置、混凝反应池和磁种回收系统。经调节池1调节后的矿井水进入混凝反应池中，混凝反应池是磁种、药剂与矿井水的混合空间，通过机械搅拌的方式使矿井水与投加物质混合均匀，凝聚成磁性絮体；然后磁性絮体在超磁分离磁盘机的超强磁场力的作用下，克服流体的阻力和自身的重力，产生快速定向运行，吸附在磁盘的表面，通过设备的卸渣装置，实现泥渣与水体的分离，从而达到净化水质的目的；通过磁分离机分离将磁种和悬浮物所形成的絮团打散后，接着通过磁分离磁鼓的分选，使磁种和非磁性物质分离出来，回收的磁种再次进入原系统作为磁种投加，分离出来的非磁性物质进入污泥池。

在一些实施例中，超磁分离设备2的混凝反应池上部设置隔油设施，当矿井水中石油超标时，通过撇油机将石油打捞去除。其中，隔油设施可以采用隔油挡板或隔油槽。

本实用新型中超磁分离设备2的出水口与高密度沉淀池3连接，高密度沉淀池3选用市售设备，其主要包括混凝池、絮凝池和斜板沉淀池，矿井水进入混凝池，在此投加凝聚剂，通过搅拌器快速混合，发生凝聚反应，生成小颗粒矾花；之后进入絮凝池，投加助凝剂，在搅拌叶轮作用下与沉淀/浓缩区回流泥渣接触反应生成大颗粒矾花；出水慢速地经过推流式反应区进入斜板沉淀池，这样可避免矾花破碎，并产生涡旋，使大量的悬浮固体颗粒在该区均匀沉积。矾花在沉淀区下部汇集成污泥并浓缩。逆流式斜管沉淀区将剩余的矾花沉淀。清水由集水槽系统汇集后排出。沉淀区设有污泥搅拌装置，浓缩泥渣部分回流至絮凝区，目的在于加速矾花的生长以及增加矾花的密度，剩余部分送至污泥池。高密度沉淀池3把机械混合凝聚、机械强化絮凝、斜管沉淀三个过程进行优化组合，从而获得了更好的处理效果。

在一些实施例中，清水池7分别连接无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6，以对无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6进行反冲洗。具体的，清水池7与无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6之间分别连接反冲洗管道11。

在一些实施例中，高浊度矿井水的处理系统，还包括：污泥池12和与污泥池12连接的压滤机13，污泥池12分别与超磁分离设备2、高密度沉淀池3、无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6连接。具体的，污泥池12用于收集超磁分离设备2、高密度沉淀池3、无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6的污泥，污泥池12与超磁分离设备2、高密度沉淀池3、无阀滤池4、活性炭过滤器5和超滤膜设备6之间分别连接污泥管道14；压滤机13用于对污泥进行脱水、浓缩，降低污泥含水率。

此外，污泥池12和压滤机13分别与调节池1连接，以将污泥池12和压滤机13得到的上清液回流至调节池1内二次处理。

在一些实施例中，清水池7与消毒装置15连接，通过向清水池7中投加次氯酸钠等消毒剂对水进行消毒，达到回用或达标排放的效果。

本实用新型用于处理某煤矿矿井水，进水、各处理单元及出水中主要污染物的检测结果如下：

由上表可知，本实用新型高浊度矿井水经本系统处理后，主要污染物得到有效去除，浓度明显降低，排放限值满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的III类水标准要求。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：包括调节池，所述调节池的进水口与矿井水连接，出水口与超磁分离设备连接，所述超磁分离设备的出水口与高密度沉淀池连接，所述高密度沉淀池的出水口与无阀滤池连接，所述无阀滤池的出水口与活性炭过滤器连接，所述活性炭过滤器的出水口与超滤膜设备连接，所述超滤膜设备的出水口连接清水池。

2.如权利要求1所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述调节池设置pH调节装置，以使矿井水中的重金属在碱性条件下反应生成沉淀物。

3.如权利要求2所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述调节池的出水口与所述超磁分离设备的混凝反应池进水口连接，所述超磁分离设备的出水口与所述高密度沉淀池的混凝池连接。

4.如权利要求3所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述超磁分离设备的混凝反应池上部设置隔油设施，当矿井水中石油超标时，通过撇油机将石油打捞去除。

5.如权利要求1所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述超磁分离设备和高密度沉淀池分别与药剂投加装置连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述清水池分别连接无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备，以对所述无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备进行反冲洗。

7.如权利要求6所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：还包括：污泥池和与所述污泥池连接的压滤机，所述污泥池分别与超磁分离设备、高密度沉淀池、无阀滤池、活性炭过滤器和超滤膜设备连接，所述污泥池和压滤机的上清液分别回流至所述调节池。

8.如权利要求7所述的一种高浊度矿井水的处理系统，其特征在于：所述清水池与消毒装置连接。

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