CN220887247U - 一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型给出了一种矿井水无机膜‑有机膜混合直滤净化系统，包括矿井水进水管道、调节池、初步过滤管道、有机膜过滤器、有机膜浓水输水管道、中间水箱、有机膜浓水回流管道、过渡输送管道、无机膜过滤器、无机膜产水管道、无机膜浓水输送管道和煤泥浓缩池，初步过滤管道上设置有恒流泵，有机膜浓水输水管道管道上设置有中间水箱进水调节阀，有机膜浓水回流管道上设置有有机膜浓水错流阀。该系统无需添加混凝剂，即能够实现直净化浑浊矿井水，显著降低了处理成本，同时避免了由于药剂添加不合理导致的不可逆膜污染。

Description

一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统

技术领域

本实用新型属于水质净水技术领域，涉及净水系统，具体涉及一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统。

背景技术

随着近年来矿井水的提标改造，传统的混凝沉淀+砂滤/多介质过滤工艺由于流程长占地面积大，并且需要添加混凝剂，处理成本高；此外，过量的混凝剂进入后端膜系统造成严重的不可逆膜污染。

有机膜（例如聚四氟乙烯超微滤膜）和无机膜（例如碳化硅陶瓷膜）是目前较为常用的两种短流程直接过滤膜，这两种膜无需添加混凝剂就可以直接净化浑浊矿井水，但是两种膜系统适用的悬浮物浓度范围不同，且在二者的适用悬浮物浓度范围之外时，其处理水的能耗会升高，抗冲击能力会降低，同时产水的水质不稳定并且会下降。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，解决现有技术中净化矿井水的系统处理成本高且容易造成不可逆膜污染的技术问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，包括矿井水进水管道，矿井水进水管道的出水端与调节池的第一进水端相连通，调节池的第一出水端与初步过滤管道的进水端相连通，初步过滤管道的第一出水端与有机膜过滤器的第一进水端相连通，有机膜过滤器的第一出水端与有机膜产水管道相连通；有机膜过滤器的第二出水端与有机膜浓水输水管道的进水端相连通，有机膜浓水输水管道的第一出水端与中间水箱的进水端相连通；有机膜浓水输水管道的第二出水端与有机膜浓水回流管道的进水端相连通，有机膜浓水回流管道的出水端与调节池的第二进水端相连通；

所述的中间水箱的出水端与过渡输送管道的进水端相连通，过渡输送管道的出水端与无机膜过滤器的进水端相连通，无机膜过滤器的第一出水端与无机膜产水管道相连通，无机膜过滤器的第二出水端与无机膜浓水输送管道的进水端相连通，无机膜浓水输送管道的出水端与煤泥浓缩池相连通；

所述的初步过滤管道上设置有恒流泵，所述的有机膜浓水输水管道上设置有中间水箱进水调节阀，所述的有机膜浓水回流管道上设置有有机膜浓水错流阀。

本实用新型还具有如下技术特征：

该系统还包括第一反清洗水箱，第一反清洗水箱的出水端与第一反清洗管道的进水端相连通，第一反清洗管道的出水端与有机膜过滤器的第二进水端相连通，第一反清洗管道上设置有第一反清洗水泵。

该系统还包括高压气体输送管道，高压气体输送管道的出气端与第二反清洗水箱的进气端相连通，第二反清洗水箱的出水气端与第二反清洗管道的进水气端相连通，第二反清洗管道的出水气端与无机膜过滤器的进水气端相连通。

该系统还包括清水箱、碱洗箱和酸洗箱；所述的清水箱的出水端与清水箱出水管道的进水端相连通，所述的碱洗箱的出水端与碱洗箱出水管道的进水端相连通，所述的酸洗箱的出水端与酸洗箱出水管道的进水端相连通；所述的清水箱出水管道、碱洗箱出水管道和酸洗箱出水管道的出水端均与清洗液输送主管道的进水端相连通，清洗液输送主管道的第一出水端与清洗液第一输送支路管道的进水端相连通，清洗液第一输送支路管道的出水端与初步过滤管道相连通，清洗液输送主管道的第二出水端与清洗液第二输送支路管道的进水端相连通，清洗液第二输送支路管道的出水端与过渡输送管道相连通。

所述的清水箱出水管道、碱洗箱出水管道和酸洗箱出水管道上分别设置有出液控制阀；所述的清洗液输送主管道上设置有清洗泵，所述的清洗液第一输送支路管道上设置有清洗液第一控制阀，所述的清洗液第二输送支路管道上设置有清洗液第二控制阀。

所述的有机膜过滤器的第三出水端与第一清洗水管道相连通；所述的无机膜过滤器的第三出水端与第二清洗水管道相连通。

该系统还包括储气罐，储气罐的出气端与气体输送管道的进气端相连通，气体输送管道的出气端与有机膜过滤器的进气端相连通；所述的气体输送管道上设置有空气压缩机和进气阀，进气阀位于有机膜过滤器与空气压缩机之间。

所述的初步过滤管道上设置有杂质过滤器，杂质过滤器位于调节池和恒流泵之间。

所述的无机膜浓水输送管道上设置有无机膜浓水错流阀。

所述的调节池、有机膜过滤器、中间水箱和无机膜过滤器的底部分别设置有排泥管，排泥管上设置有排泥阀。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益的技术效果：

（Ⅰ）本实用新型的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，采用调节池初步沉降处理浑浊矿井水后，通过毛发过滤器进一步除去杂质，然后进入有机膜过滤器进行初步浓缩后，有机膜过滤器的产水进入清水池，有机膜过滤器的浓水部分回流，另一一部分进入中间水箱，中间水箱的初步浓缩水经过无机膜过滤器进一步浓缩，浓缩后的煤泥水进入浓缩池进行混凝沉淀，浓缩池清水回流至调节池。上述过程无需添加混凝剂，即能够实现直净化浑浊矿井水，显著降低了处理成本，同时避免了由于药剂添加不合理导致的不可逆膜污染。

（Ⅱ）本实用新型的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化方法，将有机膜和无机膜耦合在一起，能够降低矿井水处理的运行能耗，提高抗冲击能力，在广阔的悬浮物浓度内均能够保证产水水质优良且稳定。

（Ⅲ）本实用新型的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化方法，将通过定量考虑膜材料成本和运行费用，给出了动态调节两种膜净化系统达到最低运行成本的计算公式，该方法能够充分发挥有机膜在中低浓度悬浮物条件下的吨水处理费用低和无机膜在高悬浮物的吨水处理费用相对较低的优势，兼顾了整体的处理成本和高质量产水。

附图说明

图1为矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统的整体结构示意图。

图2为当电费以1元/度计时的进水悬浮物浓度值浓度-有机膜过滤器的运行成本曲线S₁和进水悬浮物浓度值浓度-无机膜过滤器的运行成本曲线S₂。

图3为当电费以0.5元/度计时的进水悬浮物浓度值浓度-有机膜过滤器的运行成本曲线S₁和进水悬浮物浓度值浓度-无机膜过滤器的运行成本曲线S₂。

图4为当电费以1元/度计且原水的悬浮物浓度为300 mg/L时的净水工艺流程示意图。

图5为当电费以1元/度计且原水的悬浮物浓度为600 mg/L时的净水工艺流程示意图。

图中各标号的含义为：1-矿井水进水管道，2-调节池，3-初步过滤管道，4-有机膜过滤器，5-有机膜产水管道，6-有机膜浓水输水管道，7-中间水箱，8-有机膜浓水回流管道，9-过渡输送管道，10-无机膜过滤器，11-无机膜产水管道，12-无机膜浓水输送管道，13-煤泥浓缩池，14-恒流泵，15-中间水箱进水调节阀，16-有机膜浓水错流阀，17-第一反清洗水箱，18-第一反清洗管道，19-第一反清洗水泵，20-高压气体输送管道，21-第二反清洗水箱，22-第二反清洗管道，23-清水箱，24-碱洗箱，25-酸洗箱，26-清水箱出水管道，27-碱洗箱出水管道，28-酸洗箱出水管道，29-清洗液输送主管道，30-清洗液第一输送支路管道，31-清洗液第二输送支路管道，32-出液控制阀，33-清洗泵，34-清洗液第一控制阀，35-清洗液第二控制阀，36-第一清洗水管道，37-第二清洗水管道，38-储气罐，39-气体输送管道，40-空气压缩机，41-进气阀，42-杂质过滤器，43-无机膜浓水错流阀，44-排泥管，45-排泥阀。

以下结合实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

具体实施方式

本实用新型中：

临界悬浮物浓度的实际含义为：当有机膜过滤器和无机膜过滤器的运行成本相等时的进水悬浮物浓度值浓度。

需要说明的是，本实用新型中的所有用到的零部件和装置，在没有特殊说明的情况下，均采用本领域已知的零部件和装置，例如：

有机膜过滤器4用现有技术中已知的常规的有机膜过滤器，例如聚四氟乙烯膜过滤器。

无机膜过滤器10采用现有技术中已知的常规的无机膜过滤器，例如碳化硅陶瓷膜过滤器。

遵从上述技术方案，以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实施例给出一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，如图1所示，包括矿井水进水管道1，矿井水进水管道1的出水端与调节池2的第一进水端相连通，调节池2的第一出水端与初步过滤管道3的进水端相连通，初步过滤管道3的第一出水端与有机膜过滤器4的第一进水端相连通，有机膜过滤器4的第一出水端与有机膜产水管道5相连通；有机膜过滤器4的第二出水端与有机膜浓水输水管道6的进水端相连通，有机膜浓水输水管道6的第一出水端与中间水箱7的进水端相连通；有机膜浓水输水管道6的第二出水端与有机膜浓水回流管道8的进水端相连通，有机膜浓水回流管道8的出水端与调节池2的第二进水端相连通。

中间水箱7的出水端与过渡输送管道9的进水端相连通，过渡输送管道9的出水端与无机膜过滤器10的进水端相连通，无机膜过滤器10的第一出水端与无机膜产水管道11相连通，无机膜过滤器10的第二出水端与无机膜浓水输送管道12的进水端相连通，无机膜浓水输送管道12的出水端与煤泥浓缩池13相连通。初步过滤管道3上设置有恒流泵14，有机膜浓水输水管道6管道上设置有中间水箱进水调节阀15，有机膜浓水回流管道8上设置有有机膜浓水错流阀16。

本实施例中，调节池2的作用为对矿井水进行沉淀，以去除大颗粒煤泥。煤泥浓缩池13能够对无机膜过滤器10产生的浓水进行再次沉淀，并将上层清水进行回收利用。

本实施例中，通过恒流泵14控制有机膜过滤器4的进水量，能够使得有机膜过滤器清水产量保持基本恒定，当有机膜过滤器4内的有机膜收到污染导致阻塞时，则增大恒流泵14的功率并提高进水压力，当进水压力与产水测压力差值达到设计上限时，系统进入反清洗。

作为本实施例的一种具体方案，该系统还包括第一反清洗水箱17，第一反清洗水箱17的出水端与第一反清洗管道18的进水端相连通，第一反清洗管道18的出水端与有机膜过滤器4的第二进水端相连通，第一反清洗管道18上设置有第一反清洗水泵19。

本实施例中，当系统进入反清洗时，第一反清洗水箱17内的水体在第一反清洗水泵19的驱动下，通过第一反清洗管道18进入有机膜过滤器4中，对有机膜过滤器4进行清洗，避免由于有机膜过滤器4阻塞导致系统运行终止的现象。

作为本实施例的一种具体方案，该系统还包括高压气体输送管道20，高压气体输送管道20的出气端与第二反清洗水箱21的进气端相连通，第二反清洗水箱21的出水气端与第二反清洗管道22的进水气端相连通，第二反清洗管道22的出水气端与无机膜过滤器10的进水气端相连通。

本实施例中，当系统进入反清洗时，高压气体进入第二反清洗水箱21内并与水体混合，形成气液混合物，该气液混合物通过第二反清洗管道22进入无机膜过滤器10中，对无机膜过滤器10进行清洗，避免由于无机膜过滤器10阻塞导致系统运行终止的现象。

作为本实施例的一种具体方案，该系统还包括清水箱23、碱洗箱24和酸洗箱25；清水箱23的出水端与清水箱出水管道26的进水端相连通，碱洗箱24的出水端与碱洗箱出水管道27的进水端相连通，酸洗箱25的出水端与酸洗箱出水管道28的进水端相连通；清水箱出水管道26、碱洗箱出水管道27和酸洗箱出水管道28的出水端均与清洗液输送主管道29的进水端相连通，清洗液输送主管道29的第一出水端与清洗液第一输送支路管道30的进水端相连通，清洗液第一输送支路管道30的出水端与初步过滤管道3相连通，清洗液输送主管道29的第二出水端与清洗液第二输送支路管道31的进水端相连通，清洗液第二输送支路管道31的出水端与过渡输送管道9相连通。

本实施例中，清水箱23、碱洗箱24和酸洗箱25内分别装有水、碱洗液和酸洗液，用于实现对有机膜过滤器4和无机膜过滤器10的化学清洗。

作为本实施例的一种具体方案，清水箱出水管道26、碱洗箱出水管道27和酸洗箱出水管道28上分别设置有出液控制阀32；清洗液输送主管道29上设置有清洗泵33，清洗液第一输送支路管道30上设置有清洗液第一控制阀34，清洗液第二输送支路管道31上设置有清洗液第二控制阀35。

本实施例中，通过出液控制阀32控制水、碱洗液和酸洗液的输出和流量大小，清洗泵33用于将水、碱洗液和酸洗液送泵入有机膜过滤器4和无机膜过滤器10中。

作为本实施例的一种具体方案，有机膜过滤器4的第三出水端与第一清洗水管道36相连通；无机膜过滤器10的第三出水端与第二清洗水管道37相连通。

本实施例中，在对有机膜过滤器4和无机膜过滤器10实施化学清洗的过程中，可以将从有机膜过滤器4和无机膜过滤器10中流出的碱洗液和酸洗液通过第一清洗水管道36和第二清洗水管道37排出，或者将第一清洗水管道36和第二清洗水管道37的出水端与碱洗箱24和酸洗箱25连通，使得碱洗液和酸洗液回流至碱洗箱24和酸洗箱25内，实现碱洗液和酸洗液循环利用。

作为本实施例的一种具体方案，该系统还包括储气罐38，储气罐38的出气端与气体输送管道39的进气端相连通，气体输送管道39的出气端与有机膜过滤器4的进气端相连通；气体输送管道39上设置有空气压缩机40和进气阀41，进气阀41位于有机膜过滤器4与空气压缩机40之间。

本实施例中，气体输送管道39与有机膜过滤器4的底部设置的曝气孔相连通，储气罐38内的气体在空气压缩机40的驱动下，通过气体输送管道39和曝气孔进入有机膜过滤器4中，通过上述过程实现对有机膜过滤器4的曝气。

作为本实施例的一种具体方案，初步过滤管道3上设置有杂质过滤器42，杂质过滤器42位于调节池2和恒流泵14之间。本实施例中，杂质过滤器42用于将矿井水中较小的杂质例如毛发或者树叶除去。

作为本实施例的一种具体方案，无机膜浓水输送管道12上设置有无机膜浓水错流阀43。

作为本实施例的一种具体方案，调节池2、有机膜过滤器4、中间水箱7和无机膜过滤器10的底部分别设置有排泥管44，排泥管44上设置有排泥阀45。排泥管44用于将污泥或者沉积的浓水排出。

实施例2：

本实施例给出一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化方法，该方法采用实施例1中的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统；该方法具体包括如下步骤：

步骤一，获得临界悬浮物浓度：

取一系列进水悬浮物浓度值，计算每个进水悬浮物浓度值所对应的有机膜过滤器的运行成本，然后根据计算结果绘制散点图并用直线将相邻散点连接起来，获得进水悬浮物浓度值浓度-有机膜过滤器的运行成本曲线S₁；计算每个进水悬浮物浓度值所对应的无机膜过滤器的运行成本，然后根据计算结果绘制散点图并用直线将相邻散点连接起来，获得进水悬浮物浓度值浓度-无机膜过滤器的运行成本曲线S₂；取进水悬浮物浓度值浓度-有机膜过滤器的运行成本曲线S₁和进水悬浮物浓度值浓度-无机膜过滤器的运行成本曲线S₂的交点，该交点的所对应的进水悬浮物浓度值即为临界悬浮物浓度的值。

步骤二，获得调节池的悬浮物浓度：

将有机膜过滤器的错流倍数、有机膜过滤器清水产量之于其自身的倍数以及步骤一获得的临界悬浮物浓度代入公式Ⅰ中，计算并获得调节池的悬浮物浓度；所述的公式Ⅰ为：

公式Ⅰ。

式中：

表示调节池的悬浮物浓度。

表示有机膜过滤器的错流倍数，该参数取常规数值即可，一般取0.3～2。

表示有机膜过滤器清水产量之于其自身的倍数，即为1；本实施例中，有机膜过滤器清水产量根据根据膜通量、膜面积、运行时间和产水率系数，按照现有技术中已知的常规计算方法获得。

步骤三，获得中间水箱的悬浮物浓度的表达式：

将有机膜过滤器的错流倍数、有机膜过滤器清水产量之于其自身的倍数以及步骤二获得的调节池的悬浮物浓度代入公式Ⅱ中，计算并获得中间水箱的悬浮物浓度；所述的公式Ⅱ为：

公式Ⅱ。

式中：

表示中间水箱的悬浮物浓度。

步骤四，获得进入中间水箱的浓水量：

将步骤二的公式Ⅰ代入到步骤三的公式Ⅱ中，获得中间水箱的悬浮物浓度的公式Ⅲ；将原水的悬浮物浓度和中间水箱初始悬浮物浓度（即在有机膜浓水输水管道6中流动的水悬浮物浓度）视作相等，则能够获得公式Ⅳ；然后将公式Ⅲ代入公式Ⅳ中，获得公式Ⅴ；再将原水的悬浮物浓度、进入有机膜过滤器的水量、有机膜过滤器清水产量和步骤一中临界悬浮物浓度的取值代入公式Ⅴ中，计算并获得进入中间水箱的浓水量之于有机膜过滤器清水产量的倍数，将该倍数乘以有机膜过滤器清水产量，即能够获得进入中间水箱的浓水量。

所述的公式Ⅲ为：

公式Ⅲ。

所述的公式Ⅳ为：

公式Ⅳ。

式中：

表示原水的悬浮物浓度，即流入矿井水进水管道1的矿井水的悬浮物浓度。

表示进入中间水箱的浓水量之于有机膜过滤器清水产量的倍数。

所述的公式Ⅴ为：

公式Ⅴ。

步骤五，获得回流至调节池的浓水量：

将有机膜过滤器的错流倍数和步骤四获得的进入中间水箱的浓水量之于有机膜过滤器清水产量的倍数代入公式Ⅵ中，计算并获得回流至调节池的浓水量之于有机膜过滤器清水产量的倍数，将该倍数乘以有机膜过滤器清水产量，即能够获得回流至调节池的浓水量。

所述的公式Ⅵ为：

公式Ⅵ。

式中：

表示回流至调节池的浓水量之于有机膜过滤器清水产量的倍数。

步骤六，调节水量：

启动系统，调节中间水箱进水调节阀15控制进入中间水箱的浓水量，使得进入中间水箱的浓水量达到步骤四中计算获得的数值；调节有机膜浓水错流阀16控制回流至调节池的浓水量，使得回流至调节池的浓水量达到步骤五中计算获得的数值。

步骤七，运行系统：

完成步骤六的水量调节后，开始正式运行系统，矿井水先进入调节池2进行沉淀，然后流入初步过滤管道3后在恒流泵14的驱动下进入有机膜过滤器4，有机膜过滤器4制得的清水流入有机膜产水管道5中，有机膜过滤器4产生的浓水进入无机膜过滤器10，无机膜过滤器10制得的清水流入无机膜产水管道11中，无机膜过滤器10产生的浓水通过无机膜浓水输送管道12流入煤泥浓缩池13中。

步骤八，反清洗：

步骤8.1，有机膜过滤器的反清洗：

当有机膜过滤器4的进水压力与产水测压力差值达到设计上限时，通过第一反清洗水箱17、第一反清洗管道18和第一反清洗水泵19对有机膜过滤器4进行反清洗，每次反清洗的时间为1～3min，反清洗的总时间为0.5～4 h，反清洗结束后产生的的浓水通过有机膜过滤器4的排泥管44排出。

步骤8.2，无机膜过滤器的反清洗：

当无机膜过滤器10的进水压力与产水测压力差值达到设计上限时，通过高压气体输送管道20、第二反清洗水箱21和第二反清洗管道22对无机膜过滤器10进行反清洗，反清洗时将高压气体的进气压力控制在2～6 bar，反清洗的总时间为0.5～4 h，反清洗结束后产生的的浓水通过无机膜过滤器10的排泥管44排出。

步骤九，化学清洗：

步骤9.1，有机膜过滤器的化学清洗：

当有机膜过滤器4的有机膜污染达到了不可逆的程度时，首先打开清水箱出水管道26上的出液控制阀32和清洗液第一控制阀34并启动清洗泵33，在清洗泵33的驱动下，清水箱23内的水通过清水箱出水管道26、清洗液输送主管道29和清洗液第一输送支路管道30进入有机膜过滤器4中，对有机膜过滤器4进行第一次水洗，第一次水洗的时间为3～10min。

第一次水洗结束后，关闭清水箱出水管道26上的出液控制阀32，打开碱洗箱出水管道27上的出液控制阀32，在清洗泵33的驱动下，碱洗箱24内的碱洗液通过碱洗箱出水管道27、清洗液输送主管道29和清洗液第一输送支路管道30进入有机膜过滤器4中，对有机膜过滤器4进行碱洗，碱洗时间为3～10min；碱洗液为次氯酸钠和氢氧化钠的水溶液，次氯酸钠和氢氧化钠的质量分数为0.1%～1.5%。

碱洗结束后，关闭碱洗箱出水管道27上的出液控制阀32，再次打开清水箱出水管道26上的出液控制阀32，进行第二次水洗，第二次水洗的时间为2～5min；第二次水洗结束后，关闭清水箱出水管道26上的出液控制阀32，打开酸洗箱出水管道28上的出液控制阀32，在清洗泵33的驱动下，酸洗箱25内的酸洗液通过酸洗箱出水管道28、清洗液输送主管道29和清洗液第一输送支路管道30进入有机膜过滤器4中，对有机膜过滤器4进行酸洗，酸洗时间为3～10min；酸洗液为柠檬酸的水溶液，柠檬酸的质量分数为0.2%～0.6%。

步骤9.2，无机膜过滤器的化学清洗：

当无机膜过滤器10的有机膜污染达到了不可逆的程度时，首先打开清水箱出水管道26上的出液控制阀32和清洗液第二控制阀35并启动清洗泵33，在清洗泵33的驱动下，清水箱23内的水通过清水箱出水管道26、清洗液输送主管道29和清洗液第二输送支路管道31进入无机膜过滤器10中，对无机膜过滤器10进行第一次水洗，第一次水洗的时间为3～10min。

第一次水洗结束后，关闭清水箱出水管道26上的出液控制阀32，打开碱洗箱出水管道27上的出液控制阀32，在清洗泵33的驱动下，碱洗箱24内的碱洗液通过碱洗箱出水管道27、清洗液输送主管道29和清洗液第二输送支路管道31进入无机膜过滤器10中，对无机膜过滤器10进行碱洗，碱洗时间为3～10min；碱洗液为次氯酸钠和氢氧化钠的水溶液，次氯酸钠和氢氧化钠的质量分数为0.1%～1.5%。

碱洗结束后，关闭碱洗箱出水管道27上的出液控制阀32，再次打开清水箱出水管道26上的出液控制阀32，进行第二次水洗，第二次水洗的时间为2～5min；第二次水洗结束后，关闭清水箱出水管道26上的出液控制阀32，打开酸洗箱出水管道28上的出液控制阀32，在清洗泵33的驱动下，酸洗箱25内的酸洗液通过酸洗箱出水管道28、清洗液输送主管道29和清洗液第二输送支路管道31进入无机膜过滤器10中，对无机膜过滤器10进行酸洗，酸洗时间为3～10min；酸洗液为柠檬酸的水溶液，柠檬酸的质量分数为0.2%～0.6%。

效果验证：

取一系列的进水悬浮物浓度值分别为100 mg/L、500 mg/L、1000 mg/L、1500 mg/L、2000 mg/L、3000 mg/L、4000 mg/L和5000 mg/L。将矿井水处理厂调节池底部煤泥加入水中，按照上述进水悬浮物浓度值取值，配置并获得一系列进水悬浮物浓度值浓度不同的溶液，用于模拟含有进水悬浮物浓度值的矿井水。

有机膜的使用寿命按照平均5年计算，每天运行20小时，运行时长为365天，在实际煤矿矿井水运行工程中，单位膜通量按照100 L/m²·h计算，单价为500元/ m²，计算并获得吨水处理膜材料费用为0.14元/m³。

采用4支膜面积16平方的有机膜组件进行模拟实验，产水通量为6.4t/h左右,设计单位通量为100 L/m²·h，将有机膜过滤器的错流倍数设置为2（即有机膜过滤器的浓水产量是清水产量的2倍），有机膜过滤器的产水率为30%～35%之间，运行15天，反清洗的运行压力为0.1MPa，原水的进水流量为100t/h。上述一系列进水悬浮物浓度值的取值以及其所对应的有机膜过滤器的运行成本如图2和表1所示。

表1、不同进水悬浮物浓度值的取值所对应的有机膜过滤器的运行成本

无机膜的使用寿命按照平均8年计算，每天运行20小时，365天，在实际煤矿矿井水运行工程中，单位膜通量按照200 L/m²·h计算，单价为5000元/ m²，可以算出吨水处理膜材料费用为0.43元/m³。

采用1个无机膜组件进行模拟实验，单个膜组件由61个膜面积为0.55m²管式膜组成，平均孔径40nm，产水通量为6.7t/h，设计单位通量为200L/m2·h，由于陶瓷膜设备可以耐受高悬浮物，因此不需要高错流，将无机膜过滤器的错流倍数设置为0.3（即无机膜过滤器的浓水产量是清水产量的0.3倍），运行15天。反清洗的运行压力为0.1MPa，原水的进水流量为100t/h。上述一系列进水悬浮物浓度值的取值以及其所对应的无机膜过滤器的运行成本如图3和表2所示。

表2、不同进水悬浮物浓度值的取值所对应的无机膜过滤器的运行成本

进水悬浮物浓度值浓度（mg/L）	无机物过滤器清水的悬浮物含量（mg/L）	反清洗的总时间（h）	吨水能耗（kW·h）	电费以1元/度计时，无机膜过滤器的运行成本（元/吨）	电费以0.5元/度计时，无机膜过滤器的运行成本（元/吨）
						100	＜1	4	0.19	0.62	0.525
500	＜1	4	0.22	0.65	0.54
						1000	＜1	3	0.27	0.7	0.565
1500	＜1	3	0.33	0.76	0.595
						2000	＜1	3	0.37	0.8	0.615
3000	＜1	2	0.42	0.85	0.64
						4000	＜1	2	0.52	0.95	0.69
5000	＜1	1	0.59	1.02	0.725

由图2和图3可知，有机膜过滤器在低悬浮物浓度下运行成本低，无机膜过滤器在高悬浮物浓度下运行成本低；另外，电价越低，则有机膜过滤器的适用浓度越广。

为了更直观的展示与单一种类过滤器相比，将有机膜过滤器和无机膜过滤器结合后的优势，在此给出原水的悬浮物浓度在两种取值下的系统运行成本：

当电费以1元/度计时，根据进水悬浮物浓度值浓度-有机膜过滤器的运行成本曲线S₁和进水悬浮物浓度值浓度-无机膜过滤器的运行成本曲线S₂可知，临界悬浮物浓度为950 mg/L；有机膜过滤器的错流倍数取为2，采用公式Ⅰ计算并获得调节池的悬浮物浓度为760 mg/L，采用公式Ⅲ计算并获得中间水箱的悬浮物浓度/>为1140 mg/L。

（A）将原水的悬浮物浓度取为300 mg/L，有机膜过滤器的错流倍数/>取为2，有机膜过滤器清水产量/>取为73.7t/h，临界悬浮物浓度为950 mg/L，采用公式Ⅴ计算并获得进入中间水箱的浓水量/>为26.3t/h，采用公式Ⅵ计算并获得回流至调节池的浓水量为120.9 t/h。根据上述取值并采用实施例2的步骤计算并获得的工艺流程如图4所示，由图4可知，该工艺下两种不同膜系统的进水悬浮物浓度值浓度平均值为临界进水悬浮物浓度值浓度，相比单一系统运行，这种混合膜系统运行成本更低。

（B）将原水的悬浮物浓度取为600 mg/L，有机膜过滤器的错流倍数/>取为2，有机膜过滤器清水产量/>取为47.4t/h，临界悬浮物浓度为950 mg/L，采用公式Ⅴ计算并获得进入中间水箱的浓水量/>为52.6t/h，采用公式Ⅵ计算并获得回流至调节池的浓水量为42.2 t/h。根据上述取值并采用实施例2的步骤计算并获得的工艺流程如图5所示，由图5可知，当进水悬浮物浓度值浓度高时回流至调节池的浓水越少，进入中间水箱作为碳化硅陶瓷膜进水的流量越大，由于两套系统设计时膜数量和组件数量已固定，因此一定时间内的平均进水悬浮物浓度值可以作为进水悬浮物浓度值设计参考值。/>

Claims (10)

1.一种矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，包括矿井水进水管道（1），矿井水进水管道（1）的出水端与调节池（2）的第一进水端相连通，调节池（2）的第一出水端与初步过滤管道（3）的进水端相连通，初步过滤管道（3）的第一出水端与有机膜过滤器（4）的第一进水端相连通，有机膜过滤器（4）的第一出水端与有机膜产水管道（5）相连通；有机膜过滤器（4）的第二出水端与有机膜浓水输水管道（6）的进水端相连通，有机膜浓水输水管道（6）的第一出水端与中间水箱（7）的进水端相连通；有机膜浓水输水管道（6）的第二出水端与有机膜浓水回流管道（8）的进水端相连通，有机膜浓水回流管道（8）的出水端与调节池（2）的第二进水端相连通；

所述的中间水箱（7）的出水端与过渡输送管道（9）的进水端相连通，过渡输送管道（9）的出水端与无机膜过滤器（10）的进水端相连通，无机膜过滤器（10）的第一出水端与无机膜产水管道（11）相连通，无机膜过滤器（10）的第二出水端与无机膜浓水输送管道（12）的进水端相连通，无机膜浓水输送管道（12）的出水端与煤泥浓缩池（13）相连通；

所述的初步过滤管道（3）上设置有恒流泵（14），所述的有机膜浓水输水管道（6）管道上设置有中间水箱进水调节阀（15），所述的有机膜浓水回流管道（8）上设置有有机膜浓水错流阀（16）。

2.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，该系统还包括第一反清洗水箱（17），第一反清洗水箱（17）的出水端与第一反清洗管道（18）的进水端相连通，第一反清洗管道（18）的出水端与有机膜过滤器（4）的第二进水端相连通，第一反清洗管道（18）上设置有第一反清洗水泵（19）。

3.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，该系统还包括高压气体输送管道（20），高压气体输送管道（20）的出气端与第二反清洗水箱（21）的进气端相连通，第二反清洗水箱（21）的出水气端与第二反清洗管道（22）的进水气端相连通，第二反清洗管道（22）的出水气端与无机膜过滤器（10）的进水气端相连通。

4.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，还包括清水箱（23）、碱洗箱（24）和酸洗箱（25）；所述的清水箱（23）的出水端与清水箱出水管道（26）的进水端相连通，所述的碱洗箱（24）的出水端与碱洗箱出水管道（27）的进水端相连通，所述的酸洗箱（25）的出水端与酸洗箱出水管道（28）的进水端相连通；所述的清水箱出水管道（26）、碱洗箱出水管道（27）和酸洗箱出水管道（28）的出水端均与清洗液输送主管道（29）的进水端相连通，清洗液输送主管道（29）的第一出水端与清洗液第一输送支路管道（30）的进水端相连通，清洗液第一输送支路管道（30）的出水端与初步过滤管道（3）相连通，清洗液输送主管道（29）的第二出水端与清洗液第二输送支路管道（31）的进水端相连通，清洗液第二输送支路管道（31）的出水端与过渡输送管道（9）相连通。

5.如权利要求4所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，所述的清水箱出水管道（26）、碱洗箱出水管道（27）和酸洗箱出水管道（28）上分别设置有出液控制阀（32）；所述的清洗液输送主管道（29）上设置有清洗泵（33），所述的清洗液第一输送支路管道（30）上设置有清洗液第一控制阀（34），所述的清洗液第二输送支路管道（31）上设置有清洗液第二控制阀（35）。

6.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，所述的有机膜过滤器（4）的第三出水端与第一清洗水管道（36）相连通；所述的无机膜过滤器（10）的第三出水端与第二清洗水管道（37）相连通。

7.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，该系统还包括储气罐（38），储气罐（38）的出气端与气体输送管道（39）的进气端相连通，气体输送管道（39）的出气端与有机膜过滤器（4）的进气端相连通；所述的气体输送管道（39）上设置有空气压缩机（40）和进气阀（41），进气阀（41）位于有机膜过滤器（4）与空气压缩机（40）之间。

8.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，所述的初步过滤管道（3）上设置有杂质过滤器（42），杂质过滤器（42）位于调节池（2）和恒流泵（14）之间。

9.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，所述的无机膜浓水输送管道（12）上设置有无机膜浓水错流阀（43）。

10.如权利要求1所述的矿井水无机膜-有机膜混合直滤净化系统，其特征在于，所述的调节池（2）、有机膜过滤器（4）、中间水箱（7）和无机膜过滤器（10）的底部分别设置有排泥管（44），排泥管（44）上设置有排泥阀（45）。