CN217972678U - 一种高矿化度矿井水井下处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种高矿化度矿井水井下处理系统，属于矿井水处理技术领域，解决了现有的系统复杂、占地大、成本高的问题。系统包括预沉调节池、箱式杂化直滤膜装置、保安过滤器和反渗透装置；箱式杂化直滤膜装置包括壳体以及设置在壳体内的净水室和过滤室；过滤室内设置有多个杂化直滤膜组件，杂化直滤膜组件包括管状膜丝和固定件，管状膜丝的膜壁上设置有通孔；固定件包括环以及连接所述环中心与所述环边缘的固定条，管状膜丝的一端开口与净水室连通，管状膜丝的另一端开口绕过固定条后与所述净水室连通；多个杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置。该系统简单、占地小、成本低。
Description
技术领域
本实用新型涉及矿井水处理技术领域，尤其涉及一种高矿化度矿井水井下处理系统。
背景技术
地下水与煤系地层中碳酸盐类岩层及硫酸岩层长期直接接触，会导致该类矿物溶解于水，使矿井水中含有大量的Ca2+，Mg2+，K+，Na+，SO4 2-，Cl-，HCO3-等离子，浓度高，硬度大，形成高矿化度矿井水。该类矿井水的含盐量一般在1000-4000mg/L，有的甚至高达20000mg/L。高矿化度矿井水直排会造成生态环境带来危害，包括地表水体污染(含盐量增加)、土壤盐碱化、地表植被减少、浅地表地下水污染等。
现有的高矿化度矿井水处理装置主要是“混凝沉淀+过滤”装置，大量的投加絮凝剂及助凝剂会对矿井水造成二次污染，若过滤出水直接进行反渗透深度处理，会对反渗透膜造成不可挽回的损害，现有的矿井水处理装置水处理过程复杂，占地面积大，成本高。
实用新型内容
鉴于上述的分析，本实用新型旨在提供一种高矿化度矿井水井下处理系统，用以解决现有的矿井水处理系统水处理过程复杂，占地面积大，成本高的问题。
本实用新型的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本实用新型提供一种高矿化度矿井水井下处理系统，所述高矿化度矿井水井下处理系统包括依次连通的预沉调节池、箱式杂化直滤膜装置、保安过滤器和反渗透装置；
所述箱式杂化直滤膜装置包括壳体以及设置在所述壳体内的净水室和过滤室；
所述过滤室内设置有多个杂化直滤膜组件，所述杂化直滤膜组件包括管状膜丝和固定件，所述净水室设置在所述壳体内部的一端，所述固定件设置在所述壳体内部的另一端，所述管状膜丝的膜壁上设置有通孔；
所述固定件包括环以及连接所述环中心与所述环边缘的固定条，所述管状膜丝的一端开口与所述净水室连通，所述管状膜丝的另一端开口绕过所述固定条后与所述净水室连通；
多个所述杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置，所述过滤室内的多个所述杂化直滤膜组件共用同一个所述过滤室和所述净水室。
优选地，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括浓水反渗透装置，所述浓水反渗透装置与所述反渗透装置的浓水出口连通。
优选地，所述浓水反渗透装置与所述反渗透装置之间还设置有纳滤装置。
优选地，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括旋分除固装置，沿着待处理水的水流方向，所述旋分除固装置设置在所述预沉调节池的上游。
优选地，所述旋分除固装置包括煤泥浓缩装置和煤泥脱水装置。
优选地，所述管状膜丝上的通孔的直径为0.1μm-1μm。
优选地，所述固定件包括多个固定条，所述管状膜丝包括多个管状膜丝束，管状膜丝束与固定条一一对应，管状膜丝束分别绕过与其对应的固定条。
优选地，所述管状膜丝的两端开口相邻设置，多个管状膜丝束分别设置在净水室的不同位置，同一个管状膜丝束中的每条管状膜丝相互靠近设置。
优选地，所述箱式杂化直滤膜装置还包括进水主管道，所述壳体的设置有固定件的一端的侧面设置有进水口，所述进水口与所述进水主管道连通，所述预沉调节池与所述进水主管道连通。
优选地，所述箱式杂化直滤膜装置还包括错流主管道，所述净水室的边缘与所述壳体之间设置有间隔空间，所述壳体的设置有净水室的一端侧面设置有错流口，所述错流口与所述错流主管道连通，所述错流主管道与所述预沉调节池连通。
与现有技术相比，本实用新型至少可实现如下有益效果之一：
1、本实用新型的高矿化度矿井水井下处理系统为“直滤+反渗透”系统，采用该系统处理矿井水时，矿井水原水经过预沉调节池自然沉淀后直接进入箱式杂化直滤膜装置的壳体内的过滤室，比管状膜丝膜壁上的通孔大的溶质及溶质集团被截留在过滤室，小于通孔的溶剂(水)及小分子溶质通过通孔进入管状膜丝的管内，进而进入净水室，成为净化水，该系统水处理过程简单，无需添加混凝剂、絮凝剂，高效去除原水中的煤粉、砂石等悬浮物，箱式杂化直滤膜装置处理后的净水再经过保安过滤器和反渗透装置进行深度处理后即可得到纯水，不会对反渗透装置的反渗透膜造成损坏；并且，本实用新型的矿井水处理系统不需要絮凝池、化学药品池等，占地面积小、成本低，可以直接在井下处理矿井水，无需将矿井水排至地面处理。
2、本实用新型的箱式杂化直滤膜装置中设置多个所述杂化直滤膜组件，多个所述杂化直滤膜组件共用同一个过滤室和净水室，使得单位时间水处理量大，水处理效率高，并且，多个所述杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置，使水在每个杂化直滤膜组件周围均匀分布，平均分配管状膜丝的水处理量，一方面可以避免因部分管状膜丝水处理量较大而导致管状膜丝损坏，从而影响整个装置的使用寿命，另一方面，平均分配管状膜丝的水处理量也可以进一步提高水处理效率。
3、本实用新型的箱式杂化直滤膜装置中的管状膜丝的两端开口与净水室连通，管状膜丝的中部与固定件连接，使得管状膜丝在壳体内的位置固定，避免管状膜丝过度晃动而影响水处理，提高水处理效率；并且，由于管状膜丝的中部与固定件连接，管状膜丝在壳体内的位置固定，箱式杂化直滤膜装置在不同的放置方位下都可以进行水处理，不会因箱式杂化直滤膜装置的不同放置方式而导致管状膜丝结团影响水处理过程；通过膜丝环绕固定条的方式将管状膜丝的中部固定，不仅达到固定的目的，而且不会对管状膜丝造成损坏。
4、本实用新型还设置了纳滤装置和浓水反渗透装置，用于对反渗透装置排出的浓水进一步处理，提高产水率；并且，整个过程中产生的污泥进入污泥暂存池，浓水反渗透装置处理后得到的浓盐水不出井，在井下用于膏体充填和采空区黄泥灌浆防火，实现浓盐水的零排放，做到资源利用最大化。
本实用新型中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本实用新型的其他特征和优点将在随后的内容中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过文字以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本实用新型的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本实用新型的高矿化度矿井水井下处理系统；
图2为本实用新型的箱式杂化直滤膜装置示意图；
图3为本实用新型的固定件示意图。
附图标记：
1-壳体；2-净水室；3-管状膜丝；4-固定件；401-环；402-固定条；5-进水口；6-曝气口；7-错流口；8-产水口；9-过滤室；10-沉淀池；11-旋分除固装置；12-预沉调节池；13-直滤膜集成装置；14-保安过滤器；15-反渗透装置；16-纳滤装置；17-浓水反渗透装置；18-产水池。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本实用新型的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本实用新型的实施例一起用于阐释本实用新型的原理，并非用于限定本实用新型的范围。
本实用新型的一个具体实施例提供了一种高矿化度矿井水井下处理系统，如图1-图3所示，所述高矿化度矿井水井下处理系统包括依次连通的预沉调节池12、箱式杂化直滤膜装置13、保安过滤器14和反渗透装置15；
所述箱式杂化直滤膜装置13包括壳体1以及设置在所述壳体1内的净水室2和过滤室9；
所述过滤室9内设置有多个杂化直滤膜组件，所述杂化直滤膜组件包括管状膜丝3和固定件4，所述净水室2设置在所述壳体1内部的一端，所述固定件4设置在所述壳体1内部的另一端，所述管状膜丝3的膜壁上设置有通孔；
所述固定件4包括环401以及连接所述环401中心与所述环401边缘的固定条402，所述管状膜丝3的一端开口与所述净水室2连通，所述管状膜丝3的另一端开口绕过所述固定条402后与所述净水室2连通；
多个所述杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置，所述过滤室9内的多个所述杂化直滤膜组件共用同一个所述过滤室9和所述净水室2。
需要说明的是，所述高矿化度是指矿化度为1000mg/L以上。
实施时，矿井水首先进入预沉调节池12中进行沉淀处理和调节流量后进入箱式杂化直滤膜装置13中的过滤室9中，比管状膜丝3膜壁上的通孔大的溶质及溶质集团被截留在过滤室9，小于通孔的溶剂(水)及小分子溶质通过通孔进入管状膜丝3的管内，进而进入净水室2，成为净化水，所述净化水经过保安过滤器18过滤后进入反渗透装置19，通过反渗透装置19脱除水中大部分盐分，得到纯水。
与现有技术相比，本实施例提供的高矿化度矿井水井下处理系统为“直滤+反渗透”系统，采用该系统处理矿井水时，矿井水原水经过预沉调节池自然沉淀后直接进入箱式杂化直滤膜装置的壳体内的过滤室，比管状膜丝膜壁上的通孔大的溶质及溶质集团被截留在过滤室，小于通孔的溶剂(水)及小分子溶质通过通孔进入管状膜丝的管内，进而进入净水室，成为净化水，该系统水处理过程简单，无需添加混凝剂、絮凝剂，高效去除原水中的煤粉、砂石等悬浮物，箱式杂化直滤膜装置处理后的净水再经过保安过滤器和反渗透装置进行深度处理后即可得到纯水，不会对反渗透装置的反渗透膜造成损坏；并且，本实用新型的矿井水处理系统不需要絮凝池、化学药品池等，占地面积小、成本低，可以直接在井下处理矿井水，无需将矿井水排至地面处理。本实用新型的箱式杂化直滤膜装置中设置多个所述杂化直滤膜组件，多个所述杂化直滤膜组件共用同一个过滤室和净水室，使得单位时间水处理量大，水处理效率高，并且，多个所述杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置，使水在每个杂化直滤膜组件周围均匀分布，平均分配管状膜丝的水处理量，一方面可以避免因部分管状膜丝水处理量较大而导致管状膜丝损坏，从而影响整个装置的使用寿命，另一方面，平均分配管状膜丝的水处理量也可以进一步提高水处理效率。本实用新型的箱式杂化直滤膜装置中的管状膜丝的两端开口与净水室连通，管状膜丝的中部与固定件连接，使得管状膜丝在壳体内的位置固定，避免管状膜丝过度晃动而影响水处理，提高水处理效率；并且，由于管状膜丝的中部与固定件连接，管状膜丝在壳体内的位置固定，箱式杂化直滤膜装置在不同的放置方位下都可以进行水处理，不会因箱式杂化直滤膜装置的不同放置方式而导致管状膜丝结团影响水处理过程；通过膜丝环绕固定条的方式将管状膜丝的中部固定，不仅达到固定的目的，而且不会对管状膜丝造成损坏。
本实用新型中，反渗透又称逆渗透，是一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。反渗透的分离传质现象常用溶解扩散机理来解释，即透过组分选择性溶解在膜料液侧，然后在膜两侧静压差推动下扩散透过膜，对膜一侧的料液施加压力，当压力超过它的渗透压时，溶剂会逆着自然渗透的方向作反向渗透，从而在膜的低压侧得到透过的溶剂，即渗透液(纯水)；高压侧得到浓缩的溶液，即浓缩液(浓水)。
本实用新型中，反渗透装置15脱除水中大部分盐分，得到纯水(目标水)和浓水。为了提高产水率，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括浓水反渗透装置17，所述浓水反渗透装置17与所述反渗透装置15的浓水出口连通。所述浓水反渗透装置17对浓水做进一步反渗透处理，提高产水率。
为了防止反渗透装置15排出的浓水因硬度大而对浓水反渗透装置17的反渗透膜造成损坏，所述浓水反渗透装置17与所述反渗透装置15之间还设置有纳滤装置16。所述纳滤装置16用于将硬水软化，得到的软化水进入浓水反渗透装置17。
本实用新型中，反渗透装置15和浓水反渗透装置17优选为RO反渗透膜装置。该装置脱盐率高、运行成本低、无污染。
本实用新型中，所述系统还包括污泥暂存池，整个过程中产生的污泥进入污泥暂存池；所述系统还包括浓盐水库，浓水反渗透装置17处理后得到的浓盐水不出井，进入浓盐水库进行封存，后续可以用于井下膏体充填和采空区黄泥灌浆防火，实现浓盐水的零排放，做到资源利用最大化。
所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括产水池18，所述产水池18分别与反渗透装置15和浓水反渗透装置17连通，反渗透装置15和浓水反渗透装置17得到的纯水进入产水池18中。
考虑到矿井水中含有大量大颗粒固态物质，为了确保系统长期稳定运行，在直滤工艺前增设粗过滤环节，优选地，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括旋分除固装置11，沿着待处理水的水流方向，所述旋分除固装置11设置在所述预沉调节池12的上游。旋分除固装置11可以去除粒径大于0.2mm的颗粒。
进一步地，所述旋分除固装置11包括煤泥浓缩装置和煤泥脱水装置。煤泥浓缩装置将矿井水中的煤泥浓缩之后，再通过煤泥脱水装置脱水，即得到旋分除固之后的矿井水。
示例性地，沿着待处理水的水流方向，所述旋分除固装置11的上游还设置有沉淀池10，所述沉淀池10用于储存和初步沉淀矿井水。
本实用新型中，箱式杂化直滤膜装置13可以去除悬浮物、胶体微粒、细菌等大分子物质。
需要说明的是，过滤室9是指壳体1内部除了净水室2之外的其他空间。所述管状膜丝3由微米级的陶瓷膜颗粒和纳米级的PTFE粉料混合后经挤压拉伸形成，所述管状膜丝3具有高强度、耐久性好、高通量、稳定性好、耐污赌的优点。
示例性地，所述管状膜丝3的内径为0.5mm-10mm，外径为1mm-12mm；所述管状膜丝3上的通孔的直径为0.1μm-1μm。
需要说明的是，所述箱式杂化直滤膜装置13还包括进水主管道，所述壳体1的设置有固定件4的一端的侧面设置有进水口5，所述进水口5与所述进水主管道连通，所述预沉调节池12与所述进水主管道连通。
进一步地，所述进水口5的数量为2个以上，2个以上所述进水口5均匀分布。2个以上的进水口5可以提高水处理效率。
进一步地，所述箱式杂化直滤膜装置13还包括错流主管道，所述净水室2的边缘与所述壳体1之间设置有间隔空间，所述壳体1的设置有净水室2的一端侧面设置有错流口7，所述错流口7与所述错流主管道连通，所述错流主管道与所述预沉调节池12连通。
进一步地，所述错流口7的数量为2个以上，2个以上所述错流口7均匀分布。2个以上所述错流口7可以提高错流水循环，提高水处理效率。
需要说明的是，所述壳体1的设置有固定件4的一端的端头设置有曝气口6，所述壳体1的设置有净水室2的一端的端头设置有产水口8。
具体来说，所述箱式杂化直滤膜装置13还包括气体主管道和产水主管道；其中，所述曝气口6与所述气体主管道连通；所述产水口8分别与所述净水室2和所述产水主管道连通。
为了提高曝气的效果，所述曝气口6的数量与所述杂化直滤膜组件的数量相同，所述曝气口6与所述杂化直滤膜组件一一对应设置。这样可以保证对每个杂化直滤膜组件进行充分曝气。
所述预沉调节池12分别与所述进水主管道和错流主管道连通，所述保安过滤器14与所述产水主管道连通，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括储气罐，所述储气罐与所述气体主管道连通。
示例性地，所述固定件4可以通过焊接或卡接方式与壳体1固定连接。
值得注意的是，管状膜丝3的数量可以根据处理水的量来确定，为了提高水处理效率，管状膜丝3的数量为多个，例如100-500个。
考虑到大量管状膜丝3在一起容易产生互相缠绕，为了避免互相缠绕，所述固定件4包括多个固定条402，所述管状膜丝3包括多个管状膜丝束，管状膜丝束与固定条402一一对应，管状膜丝束分别绕过与其对应的固定条402。
为了便于管状膜丝3分束且膜丝之间不相互缠绕，所述管状膜丝3的两端开口相邻设置，多个管状膜丝束分别设置在净水室2的不同位置，即同一束管状膜丝中的每条管状膜丝3相互靠近设置。
本实用新型中，所述壳体1为长方体或正方体。
本实用新型中，为了提高水处理效率，所述箱式杂化直滤膜装置13包括70-100个杂化直滤膜组件，对所述杂化直滤膜组件的排列方式没有特别的限定。例如，所述箱式杂化直滤膜装置13包括78个杂化直滤膜组件，多个所述杂化直滤膜组件呈13×6排列，还可以设置成两个13×3阵列。
采用本实用新型的高矿化度矿井水井下处理系统处理矿井水时，矿井水在沉淀池10中经过初步沉淀后进入旋分除固装置11，去除粒径大于0.2mm的颗粒；旋分除固处理后的水进入预沉淀调节池12，进行再次沉淀处理和调节流量后进入通过进水主管道输送至箱式杂化直滤膜装置13的进水口5，矿井水通过进水口5进入壳体1内的过滤室9，比管状膜丝3膜壁上的通孔大的溶质及溶质集团被截留在过滤室9，小于通孔的溶剂(水)及小分子溶质通过通孔进入管状膜丝3的管内，进而进入净水室2，成为净化水，净水室2中的净化水通过产水口8进入产水主管道排入保安过滤器14；净水室2与壳体1内壁之间的水通过错流口7进入错流主管道排入预沉调节池12；当壳体1的内壁以及管状膜丝3的外表面吸附过多污垢时，储气罐为气体主管道提供气源，通过气体主管道向曝气口6通气体，通过曝气口6向壳体1内曝气进行气擦洗，气体的扰动使得污垢从壳体1的内壁以及管状膜丝3的外表面脱落；经过保安过滤器14过滤处理后的水进入反渗透装置15进行反渗透处理，产生的纯水进入产水池18，产生的浓水经纳滤装置16软化后进入浓水反渗透装置17进行反渗透处理，产生的纯水进入产水池18。整个过程中产生的污泥进入污泥暂存池；浓水反渗透装置17处理后得到的浓盐水不出井，进入浓盐水库进行封存，后续可以用于井下膏体充填和采空区黄泥灌浆防火，实现浓盐水的零排放，做到资源利用最大化。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述高矿化度矿井水井下处理系统包括依次连通的预沉调节池(12)、箱式杂化直滤膜装置(13)、保安过滤器(14)和反渗透装置(15)；
所述箱式杂化直滤膜装置(13)包括壳体(1)以及设置在所述壳体(1)内的净水室(2)和过滤室(9)；
所述过滤室(9)内设置有多个杂化直滤膜组件，所述杂化直滤膜组件包括管状膜丝(3)和固定件(4)，所述净水室(2)设置在所述壳体(1)内部的一端，所述固定件(4)设置在所述壳体(1)内部的另一端，所述管状膜丝(3)的膜壁上设置有通孔；
所述固定件(4)包括环(401)以及连接所述环(401)中心与所述环(401)边缘的固定条(402)，所述管状膜丝(3)的一端开口与所述净水室(2)连通，所述管状膜丝(3)的另一端开口绕过所述固定条(402)后与所述净水室(2)连通；
多个所述杂化直滤膜组件分多排平行排列，且相邻两排的杂化直滤膜组件相互交错设置，所述过滤室(9)内的多个所述杂化直滤膜组件共用同一个所述过滤室(9)和所述净水室(2)。
2.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括浓水反渗透装置(17)，所述浓水反渗透装置(17)与所述反渗透装置(15)的浓水出口连通。
3.根据权利要求2所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述浓水反渗透装置(17)与所述反渗透装置(15)之间还设置有纳滤装置(16)。
4.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述高矿化度矿井水井下处理系统还包括旋分除固装置(11)，沿着待处理水的水流方向，所述旋分除固装置(11)设置在所述预沉调节池(12)的上游。
5.根据权利要求4所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述旋分除固装置(11)包括煤泥浓缩装置和煤泥脱水装置。
6.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述管状膜丝(3)上的通孔的直径为0.1μm-1μm。
7.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述固定件(4)包括多个固定条(402)，所述管状膜丝(3)包括多个管状膜丝束，管状膜丝束与固定条(402)一一对应，管状膜丝束分别绕过与其对应的固定条(402)。
8.根据权利要求7所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述管状膜丝(3)的两端开口相邻设置，多个管状膜丝束分别设置在净水室(2)的不同位置，同一个管状膜丝束中的每条管状膜丝(3)相互靠近设置。
9.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述箱式杂化直滤膜装置(13)还包括进水主管道，所述壳体(1)的设置有固定件(4)的一端的侧面设置有进水口(5)，所述进水口(5)与所述进水主管道连通，所述预沉调节池(12)与所述进水主管道连通。
10.根据权利要求1所述的高矿化度矿井水井下处理系统，其特征在于，所述箱式杂化直滤膜装置(13)还包括错流主管道，所述净水室(2)的边缘与所述壳体(1)之间设置有间隔空间，所述壳体(1)的设置有净水室(2)的一端侧面设置有错流口(7)，所述错流口(7)与所述错流主管道连通，所述错流主管道与所述预沉调节池(12)连通。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN116062932A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-05 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种深层回注协同封存二氧化碳的矿井水净化系统及工艺 |
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2022
- 2022-07-04 CN CN202221700828.4U patent/CN217972678U/zh active Active
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| CN116062932A (zh) * | 2023-01-05 | 2023-05-05 | 中煤科工西安研究院(集团)有限公司 | 一种深层回注协同封存二氧化碳的矿井水净化系统及工艺 |
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Legal Events
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