一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，依次連接的水沙分離系統，細微顆粒預處理系統，三級加強混凝系統，絮體速分系統，污泥處理系統。本發(fā)明具有簡化水泵選型和維護、減少管路磨損和腐蝕、便于與后續(xù)水處理利用工藝連接等優(yōu)點。
【專利說明】一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統
所屬【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統。

【背景技術】
[0002]傳統的礦井水處理工藝是通過礦井的中央泵房花費巨大的能耗將水倉中匯集的礦井水提升到地面處理，同時，由于煤粉巖粉的沉積，水倉中一般是“一倉水、半倉泥”的狀態(tài)，嚴重影響了水倉的有效容積，對于防止水害存在很大的安全隱患。同時，由于水泵提升的是含懸浮物的污水，水泵效率受到嚴重影響，泵體及排水管道系統損毀嚴重。傳統工藝占地面積巨大、運行穩(wěn)定性差、運行成本高、投資大。而礦井下生產用水，需要在地面建設巨大的清水池，復雜的管道系統輸送到井下作業(yè)面，造成不必要的浪費。(I)井下水倉定期清淤難題:水倉中沉積的淤泥，需要及時清挖，這會帶來許多安全隱患、花費大量的清倉費用；地面處理工藝存在“拖泥帶水”現象，污染物轉移，造成環(huán)境的二次污染。。
[0003]隨著礦區(qū)水資源日益緊缺和用水量大的礦井循環(huán)經濟產業(yè)快速發(fā)展，礦井水的資源價值越來越受到重視，特別是在缺水礦區(qū)，礦井水已經成為主要的工業(yè)、生活用水水源，并明確寫入行業(yè)技術政策和設計規(guī)范。目前礦井礦井水處理技術中的排水處理與給水處理已經緊密不可分的系統工程，為資源化利用已經成為礦井水處理的首要目標；礦井類企業(yè)地面處理工藝容易造成煤泥的無序排放，浪費礦井資源。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的提供一種在礦井井下直接處理凈化、首先滿足井下生產用水、余量提升到地面綜合利用的技術工藝。滿足礦井企業(yè)節(jié)能、安全生產、降低生產成本、水資源綜合利用的需求。
[0005]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，依次連接的水沙分離系統，細微顆粒預處理系統，三級加強混凝系統，絮體速分系統，污泥處理系統；
所述的水沙分離系統包括提升機、刮板機溜槽、集泥池和皮帶式轉載機，提升機、刮板機溜槽分別固定在集泥池的兩側壁上，皮帶式轉載機與提升機相連通；
所述的細微顆粒預處理系統包括依次連接的三級沉淀池，皮帶式轉載機將礦井水送入第一級沉淀池，第一級沉淀池內設置氣動排泥泵，二三級池底部安裝有攪拌潛水渣漿泵，三級沉淀池沉積物通過泵輸送至后端的污泥處理系統，去除懸浮物后的礦井水通過靜態(tài)管道混合器、一級攪拌池；
所述的三級加強混凝系統為依次連接相通的靜態(tài)管道混合器、一級攪拌池、二級攪拌池和三級攪拌池，靜態(tài)管道混合器；
所述的絮體速分系統污泥處理系統泥磁分離裝置，由多個稀土磁盤連接組成，從三級攪拌池出來的礦井水進入泥磁分離裝置，經過過濾器后進行回收利用；
所述的污泥處理系統包括依次連接的污泥泵和壓濾機。
[0006]1、水沙分離系統:
礦井水中含有大量的直徑大于5mm的煤巖顆粒，按照粒度分級，約計占到懸浮物的70%以上，實現水與這部分大粒徑煤巖顆粒的分離，是該系統工藝技術的關鍵，也是后續(xù)工藝的基礎。由于井下條件限制，傳統的旋流除沙、重力沉降工藝無法應用。
[0007]本發(fā)明采用了孔徑0.5CM的斗式提升+底部40T刮板溜槽+80轉運皮帶結合工藝。在礦井水經中央水渠匯集后，首先流入巷道正負零以下設置的斗士集泥池，池內安裝角度80度，提斗脫水孔徑0.5cm的連續(xù)式斗式提升機，實現大部分顆粒的分離，集泥池后連接上傾角凹槽狀刮板溜槽打撈池，可以處理提斗剩余的顆粒物，提斗及溜槽收集的顆粒物，集中到提斗前端的轉運皮帶，可以連續(xù)、大處理量、高效地實現水沙分離及污泥的快速轉運至礦井運輸系統。除沙后的礦井水自流進入下一個處理單元。
[0008]2、細微顆粒預處理系統:
除沙后的礦井水，還大量含有粒徑小于5_至大于300 μ m的懸浮物(SS為進一步去除這部分污染物，該工藝設計了三級旋流圓形深錐沉淀池，第一級沉淀池內設置氣動排泥泵，將快速沉積的顆粒物輸送至后端的污泥處理系統，二三級池底部安裝前端攪拌潛水渣漿泵。水流切線進入，增加大顆粒懸浮物沉降速度及沉積量，沉積物通過泵輸送至后端的污泥池集中處理。去除懸浮物后的礦井水再自流進入下一單元。
[0009]3、三級加強混凝系統
經過預處理的礦井水，在通過細微顆粒處理單元后，先經過第三級預沉池后設置的傾角靜態(tài)管道混合器，混合器內投加PAC及重介質(Fe304含量3 95%，水分=8%，含硫^ 0.1%，真密度3 4.5g/cm3))進行第一季混凝反應，出水進入第一級高速攪拌池,槳葉式攪拌器，轉速150r/min，經充分混凝攪后，在第二級攪拌池內投加PAM (聚丙烯酰胺)，第二級框架式攪拌，轉速90r/min,第三級加強攪拌,框架式,轉速35r/min
經三級加強攪拌混凝的礦井水，形成了以重介質為核的微小絮凝體，將水中的懸浮物與重介質顆粒絮凝到一起。實現與水的初步分離，一起自流進入絮體速分系統。
[0010]4、絮體速分系統。
[0011]利用感生磁力將廢水中的重介質絮團懸浮物打撈分離出來，達到水質凈化和懸浮物回收的目的，必須滿足下列關系式
其中:
Fa一一作用在以重介質為核的絮團懸浮物上的磁力；
Σ Fm一一與磁力方向相反的所有機械力的合力。
[0012]Σ F機包括在水介質中的重力分量、微粒沿磁力Fa方向運動時所受到的水介質粘斥阻力和顆粒定向運動的加速阻力。
[0013]只有滿足FaSE匕1時，重介質絮團懸浮物才有可能在磁場作用下被吸附分離。
[0014]井下處理的效能定律按公式計算:
其中:
N-效能參數；
δ——顆粒密度； μ——水的粘度；
S&——磁作用的總有效面積； Q——處理流量； d—顆粒直徑。
[0015]磁力越大，井下處理設備效能越高，相關度為一次方正比關系。
[0016]磁力有效面積越大，井下處理設備效能越高，相關度為一次方正比關系。
[0017]該工藝選用稀土釹鐵硼永磁磁鋼(表面磁場強度3 3500gs相鄰磁場間強度2000gs)，形成工作空間的高磁場強度和高磁場梯度，使廢水中重介質微粒及絮凝吸附在其上的非磁性物質微粒，在磁場力作用下，克服流體阻力和微粒重力等機械外力，產生快速定向運動，吸附在稀土磁盤表面，從而將廢水中的懸浮物分離出來，完成絮體速分過程。去除懸浮物的礦井水自流進入下一單元
5、污泥處理系統:
系統4分離出的污泥絮體中，含有系統3投加的重介質，此部分污泥首先進入泥磁分離裝置回收重介質，回收率99%以上，回收的重介質通過投加泵循環(huán)投加到系統3。脫磁后的污泥會同系統2排出的污泥，通過污泥泵輸送至壓濾機脫水干化，泥餅通過井下運輸系統外運。
[0018]6、精密過濾系統:
系統4出水中含有10mg/l左右的SS，為保證后續(xù)綜合利用水質，系統出水再自流進入重力流精密過濾器，出水懸浮物保證在3-5mg/l之間。精密過濾器排泥進入系統5.7、井下回用系統:
根據礦井井下生產特點，井下消防、降塵、沖洗、回填、乳化油配水等生產環(huán)節(jié)會使用大量的生產用水。傳統辦法是將井下水倉匯集的污水，通過中央泵房提升到地面，在建設污水處理系統及水池，敷設管道，輸送到井下使用。需花費巨大的投資及能耗。
[0019]本發(fā)明采用井下直接回用工藝，通過多級變頻恒壓供水系統，將系統6的出水，根據礦井需求量，輸送到各作業(yè)點，滿足消防、降塵使用。同時根據乳化油配水需求量及水質情況，如果是潔凈水，可直接配用，如果礦化度及硬度超標，則配套UF+R0系統做深度處理，回用后的余量自流進入下一單元。
[0020]8、水倉排水系統:各礦井企業(yè)根據安全規(guī)程及設計規(guī)范，都會建有井下水倉及配套中央泵房排水系統，本發(fā)明系統7的出水，自流進入水倉，通過中央泵房，提升至地面。
[0021]9、地面綜合利用系統:
系統8排放至地面的是經過處理的潔凈水，根據礦井地面工廣的功能布局，地面設立根據水量滿足4個小時存儲時間的清水池，依此為水源，可供地面消防用水，電廠冷卻循環(huán)水，選礦用水，消毒后可供職工洗浴用水，辦公區(qū)生活雜用水等等。同時，如果系統7中乳化油配水不具備實現條件，可在地面水池取水，建設小型地面化水裝置，與乳化油科學配比后，通過管道，靜壓至各用油作業(yè)點。缺水地區(qū)可根據用量及水質，配套凈化單元作為引用水。經過上述9個系統，礦井企業(yè)可將生產過程中產生的污水最大限度的循環(huán)利用，減少抽取地下水源或外購生產、生活用水。
[0022]10、電控系統:
整套工藝實現自控、遠程控制，結合井下工業(yè)以太網，還可上傳現場視頻信號。在礦井地面調度室，可全程遠控、監(jiān)控工藝流程全過程。
[0023]本發(fā)明的有益效果是:①簡化水泵選型和維護地面處理方案將井下水倉水提升到地面，需要采用渣漿泵，井下處理方案則只要選用清水泵，同等規(guī)格的排水能力，采用清水泵能夠節(jié)約投資30%—50%，同時延長維護周期3—4 倍。
[0024]②減少管路磨損和腐蝕
礦井水中的煤泥和懸浮物不但磨損水泵部件，而且還嚴重磨損排水管路，據調查，同等條件下，井下處理方案排水管的使用壽命是井上處理方案排水管使用壽命的2-3倍。特別是對于酸性礦井水，在井下進行中和處理后再提升到地面，可以延長水泵和管路的使用壽命5倍以上。
[0025]③便于就近利用
目前礦井水資源化的重要利用途徑是用于井下降塵、灑水和消防用水以及乳化油配制用水。采用地面處理方案時，處理后的清潔礦井水需要重返井下，造成管路折返鋪設、往復運輸的浪費并增加設備運行成本。井下處理方案可以將清水直接輸送到井下用水點，便捷、高效，余量清水入倉后，可提升至地面作為綜合利用水源。
[0026]④減少土地占用
礦井水地面處理方案一般占用較大的土地面積，以日處理能力1000m3的礦井水處理廠為例，從預沉池到清水池需要5到6級構筑物，需要土地面積5000-8000m2，而井下處理方案，平面面積300m2即可；采用井下處理工藝，可以為煤礦發(fā)展新增地面生產系統置換土地。
[0027]⑤提高水倉有效容積效率。大部分礦井都在井下設計容積2000m3以上的中央水倉，礦井水中的大量煤泥、巖粉等很快在水倉沉淀，影響了有效容積和懸浮物沉降效率，一般每I到3個月就要清挖一次。井下處理方案可以直接、連續(xù)地處理礦井涌水，煤泥和懸浮物及時得到分離，保證了中央水倉的最大有效容積，大大提高了礦井防御洪水和水害的能力。
[0028]⑥實現機械化水倉清理
井下水倉清挖是高強度的艱苦勞動，受井下場地條件限制，作業(yè)中也屢屢發(fā)生工傷事故。而井下處理方案采用獨立的污泥處理系統回收煤泥，極大地減輕了煤泥在井下沉淀，極大減少了繁重的體力勞動，對于遠期水倉中沉積的少量煤泥可以采用新型機械便捷回收。
[0029]⑦不怕氣候變化影響。
[0030]礦井水地面處理系統會受到嚴寒、暴雨、沙塵等不利氣象條件的干擾，嚴重影響處理效果，特備是北方地區(qū)，需要加蓋、增加暖通設施隔離氣候影響。井下處理方案則環(huán)境條件恒定，有利持續(xù)運行。
[0031]⑧清水升井，便于利用。
[0032]礦井水井下處理工藝可以實現清水提升到地面，相當于在礦井中新打了一眼水源井，可以方便地供應生產、消防、降塵、洗浴、綠化等各種用途。
[0033]⑨便于與后續(xù)水處理利用工藝連接。
[0034]隨著東部老礦區(qū)深層開采和西部新礦區(qū)開采，需要特殊處理和深度處理的礦井水越來越多，特殊處理和深度處理工藝的必要前提是輸入清潔的原水，礦井水井下處理方案的出水水質可以達到特殊處理和深度處理工藝進水的要求。特別是目前大部分礦井都建設了地面礦井污水處理廠，清水升井后，可以把原有的污水廠可根據后續(xù)用水要求，改造為特殊及深度處理廠站。為后續(xù)處理提供了寶貴的建設空間。
[0035]⑩便于煤炭回收。
[0036]礦井水井下處理方案采用壓濾機回收煤泥，濾餅水分在40%左右，可以在井下直接進入運輸、提升系統，不僅最大限度回收了煤泥資源，而且有效解決了地面處理帶來的煤泥“拖泥帶水”問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]圖1是水沙分離系統結構示意圖。
[0038]圖2是細微顆粒預處理系統結構示意圖。
[0039]圖3是表7-1不意圖。

【具體實施方式】
[0041]一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，依次連接的水沙分離系統，細微顆粒預處理系統，三級加強混凝系統，絮體速分系統，污泥處理系統；
所述的水沙分離系統包括提升機1、刮板機溜槽2、集泥池3和皮帶式轉載機4，提升機
1、刮板機溜槽2分別固定在集泥池3的兩側壁上，皮帶式轉載機4與提升機I相連通；
所述的細微顆粒預處理系統包括依次連接的三級沉淀池，皮帶式轉載機4將礦井水送入第一級沉淀池5，第一級沉淀池4內設置氣動排泥泵6，二三級池底部安裝有攪拌潛水渣漿泵7，三級沉淀池沉積物通過泵輸送至后端的污泥處理系統，去除懸浮物后的礦井水通過靜態(tài)管道混合器進入一級攪拌池；
所述的三級加強混凝系統為依次連接相通的靜態(tài)管道混合器、一級攪拌池、二級攪拌池和三級攪拌池，靜態(tài)管道混合器；
所述的絮體速分系統污泥處理系統泥磁分離裝置，由多個稀土磁盤連接組成，從三級攪拌池出來的礦井水進入泥磁分離裝置，經過過濾器后進行回收利用；
所述的污泥處理系統包括依次連接的污泥泵和壓濾機。
[0042]協莊煤礦、龍固煤礦和福城煤礦三處井下處理凈化水處理系統的實際運行數據分析和計算結果匯總見圖3，數據比較分析見圖3。
[0043]從圖3可知:
Cl)煤礦井下處理凈化水處理系統實施前后節(jié)能量0.043-0.047kffh/ (thm),即每It礦井水提升10m可節(jié)電0.043-0.047kWh，平均節(jié)電0.045 kWh/ (thm)。
[0044](2)煤礦井下處理凈化水處理系統實施前后節(jié)能率8.83%-10.26%，平均為9.50%。
[0045](3)按項目實施后的排水量和排水高度折算年節(jié)電量如下:
①協莊煤礦:0.047kffh/ (thm) X5465254tX4.59hm=117.90 萬 kWh ；
②龍固煤礦:0.043kffh/ (thm) X 24019920t X 8.6hm=888.26 萬 kWh ；
③福城煤礦:0.045kffh/ (thm) X2117000tX3.94hm=37.53 萬 kWh ；
④合計:117.90 萬 kWh+888.26 萬 kWh+37.53 萬 kWh=1043.69 萬 kWh。
【權利要求】
1.一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，依次連接的水沙分離系統，細微顆粒預處理系統，三級加強混凝系統，絮體速分系統，污泥處理系統； 所述的水沙分離系統包括提升機、刮板機溜槽、集泥池和皮帶式轉載機，提升機、刮板機溜槽分別固定在集泥池的兩側壁上，皮帶式轉載機與提升機相連通； 所述的細微顆粒預處理系統包括依次連接的三級沉淀池，皮帶式轉載機將礦井水送入第一級沉淀池，第一級沉淀池內設置氣動排泥泵，二三級池底部安裝有攪拌潛水渣漿泵，三級沉淀池沉積物通過泵輸送至后端的污泥處理系統，去除懸浮物后的礦井水通過靜態(tài)管道混合器進入一級攪拌池； 所述的三級加強混凝系統為依次連接相通的靜態(tài)管道混合器、一級攪拌池、二級攪拌池和三級攪拌池，靜態(tài)管道混合器； 所述的絮體速分系統污泥處理系統泥磁分離裝置，由多個稀土磁盤連接組成，從三級攪拌池出來的礦井水進入泥磁分離裝置，經過過濾器后進行回收利用； 所述的污泥處理系統包括依次連接的污泥泵和壓濾機。
2.—種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，其特征在于:所述的稀土磁盤可替換為稀土釹鐵硼永磁磁鋼，其表面磁場強度3 3500gs相鄰磁場間強度2000gs。
3.根據權利要求1所述的一種井工礦井水井下凈化及循環(huán)利用系統，其特征在于:還包括井下回用系統、水倉排水系統和地面綜合利用系統。
【文檔編號】C02F9/12GK104370407SQ201410485558
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月12日 優(yōu)先權日:2014年11月12日
【發(fā)明者】張超, 尹燕廣, 崔宗 申請人:張超