申请日2017.03.07
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F9/04; C02F101/20
摘要
本发明涉及一种高铁高碱度矿井水处理方法和系统，所述系统包括多级旋流曝气池、多流向强化澄清器、超滤膜装置、pH调节池、氢氧化钙投加装置以及酸投加装置;多级旋流曝气池、多流向强化澄清器、超滤膜装置以及pH调节池依次连接，氢氧化钙投加装置用于将氢氧化钙投加入多级旋流曝气池内，酸投加装置用于将酸加到pH调节池中，pH调节池的出水回用于矿井下煤矿洗选等使用。本发明解决了目前高含铁高碱度矿井水无法有效处理排放或回用，影响企业当地水生态环境的问题。
权利要求书
1.一种高含铁高碱度矿井水处理工艺，其包括如下步骤：
(1)矿井水首先进入多级旋流曝气池进行充分水力搅拌和曝气，并在旋流曝气池投加氢氧化钙，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙;
(2)所述旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器，并在多流向强化澄清器中进行快速沉淀，多流向强化澄清器的污泥一部分在内部回流到所述多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分污泥排放;
(3)所述多流向强化澄清器出水进入超滤膜装置;超滤膜装置的浓水及日常反冲洗排水全部回流至所述旋流曝气池;
(4)所述超滤膜装置出水进入pH调节池，加酸将pH值调至6.5-8.5;
(5)pH调节池的出水进行回收利用，优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，步骤具体为：
(1)矿井水首先进入多级旋流曝气池进行充分水力搅拌和曝气，使二价铁氧化为三价铁，并在旋流曝气池投加氢氧化钙，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙,生成氢氧化铁沉淀、氢氧化镁沉淀及碳酸钙沉淀，并使重金属也形成该金属的氢氧化物或碳酸盐沉淀，并利用三价铁的混凝作用将悬浮物转化为大颗粒絮体;
(2)所述旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器，并在多流向强化澄清器进行快速沉淀，去除大部分铁和悬浮物，及部分有机物，多流向强化澄清器的污泥一部分在内部回流到所述多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分污泥排放;
(3)所述多流向强化澄清器出水进入超滤膜装置，去除剩余的悬浮物、胶体形态的铁、细菌及大型病毒;超滤膜装置的浓水及日常反冲洗排水全部回流至所述旋流曝气池;
(4)所述超滤膜装置出水进入pH调节池，加酸将pH值调至6.5-8.5;
(5)pH调节池的出水进行回收利用，优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
3.根据权利要求1-2之一所述的处理工艺，其特征在于，所述多级旋流曝气池采用串联处理，优选为6级，单个旋流曝气池内部形状为竖直的圆柱体，每一级旋流曝气池的池顶部设置有开孔，矿井水通过池顶部的开孔沿池壁切线方向水平进水，利用水力流动造成轴心为竖直方向的螺旋形旋流搅拌效果;池底侧壁设置开孔，用于使出水从池底侧壁的开孔沿切线方向水平进入连接水管后，水管向上连接至下一级旋流曝气池的池顶部的开孔。优选，每个旋流曝气池池底部下方设置圆锥形污泥斗，池底侧壁设置的开孔位于圆锥形污泥斗的上方;圆锥形污泥斗用于收集对应的每一级旋流曝气池沉淀的排泥，用于将所述排泥全部回流到多级旋流曝气池最前端，与矿井水的进水混合。优选，在所述圆锥形污泥斗上部的池底平面布置有用于曝气的布气系统，布气系统为微孔曝气系统和/或穿孔管曝气系统。
4.根据权利要求1-3之一所述的处理工艺，其特征在于，所述多流向强化澄清器包括混凝区、搅拌絮凝区、斜板沉淀区以及污泥区;所述混凝区设置搅拌絮凝区的上游，并与搅拌絮凝区连通，用于使混凝区形成的小絮体进入搅拌絮凝区;斜板沉淀区设置在搅拌絮凝区的下游，用于使在搅拌絮凝区形成大絮体进入斜板沉淀区，污泥区设置在斜板沉淀区的下方，大絮体在重力的作用下接触到斜板表面附着聚集下滑，沉入斜板沉淀区下方的污泥区。
5.根据权利要求1-4之一所述的处理工艺，其特征在于，多级旋流曝气池总停留时间在10分钟-6小时，单个旋流曝气池停留时间在2分钟-1.5小时，曝气的气水体积比为0.1：1到10：1，氢氧化钙投加后水体pH值控制在不低于10，多流向强化澄清器停留时间在8分钟-2小时，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为10%-90%。优选，多级旋流曝气池总停留时间优选1.5小时，优选为六级旋流曝气池，单个旋流曝气池停留时间优选15分钟，曝气的气水体积比优选为3：1，氢氧化钙投加后水体pH值优选控制在10.3，多流向强化澄清器停留时间优选15分钟，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为优选为50%。
6.一种高含铁高碱度矿井水处理系统，其包括多级旋流曝气池、多流向强化澄清器、超滤膜装置、pH调节池、氢氧化钙投加装置以及酸投加装置;多级旋流曝气池具有水力搅拌装置和曝气装置，水力搅拌装置和曝气装置用于将矿井水进行充分水力搅拌和曝气;氢氧化钙投加装置用于将氢氧化钙投加入多级旋流曝气池内，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙;多级旋流曝气池连接多流向强化澄清器，用于使旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器进行快速沉淀，多流向强化澄清器具有前端的搅拌絮凝区，用于将多流向强化澄清器的污泥一部分内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分排放;多流向强化澄清器连接超滤膜装置，用于将多流向强化澄清器的出水导入超滤膜装置，超滤的浓水及日常反冲洗排水全部回流至旋流曝气池，超滤膜装置连接pH调节池，用于将超滤膜装置的出水导入到pH调节池，酸投加装置用于将酸加到pH调节池中，以使pH调至6.5-8.5;pH调节池设置出水口，用于将从出水口流出的出水回收利用;优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
7.根据权利要求6所述的处理系统，其特征在于，所述多级旋流曝气池采用串联处理，优选为6级，单个旋流曝气池内部形状为竖直的圆柱体，每一级旋流曝气池的池顶部设置有开孔，矿井水通过池顶部的开孔沿池壁切线方向水平进水，利用水力流动造成轴心为竖直方向的螺旋形旋流搅拌效果;池底侧壁设置开孔，用于使出水从池底侧壁的开孔沿切线方向水平进入连接水管后，水管向上连接至下一级旋流曝气池的池顶部的开孔。优选，每个旋流曝气池池底部下方设置圆锥形污泥斗，池底侧壁设置的开孔位于圆锥形污泥斗的上方;圆锥形污泥斗用于收集对应的每一级旋流曝气池沉淀的排泥，用于将所述排泥全部回流到多级旋流曝气池最前端，与矿井水的进水混合。优选，在所述圆锥形污泥斗上部的池底平面布置有用于曝气的布气系统，布气系统为微孔曝气系统和/或穿孔管曝气系统。
8.根据权利要求7所述的处理系统，其特征在于，所述多流向强化澄清器包括混凝区、搅拌絮凝区、斜板沉淀区以及污泥区;所述混凝区设置搅拌絮凝区的上游，并与搅拌絮凝区连通，用于使混凝区形成的小絮体进入搅拌絮凝区;斜板沉淀区设置在搅拌絮凝区的下游，用于使在搅拌絮凝区形成大絮体进入斜板沉淀区，污泥区设置在斜板沉淀区的下方，大絮体在重力的作用下接触到斜板表面附着聚集下滑，沉入斜板沉淀区下方的污泥区。
9.根据权利要求8所述的处理系统，其特征在于，多级旋流曝气池总停留时间在10分钟-6小时，单个旋流曝气池停留时间在2分钟-1.5小时，曝气的气水体积比为0.1：1到10：1，氢氧化钙投加后水体pH值控制在不低于10，多流向强化澄清器停留时间在8分钟-2小时，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为10%-90%。优选，多级旋流曝气池总停留时间优选1.5小时，优选为六级旋流曝气池，单个旋流曝气池停留时间优选15分钟，曝气的气水体积比优选为3：1，氢氧化钙投加后水体pH值优选控制在10.3，多流向强化澄清器停留时间优选15分钟，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为优选为50%。
说明书
一种高含铁高碱度矿井水处理工艺和系统
技术领域
本发明涉及一种高含铁高碱度矿井水处理工艺和系统，即采用旋流曝气池-多流向强化澄清器-超滤-pH调节池-出水回用于井下的流程来处理矿井水的工艺和系统。
背景技术
矿井水是煤炭开采过程中的外排水，其水质与当地地下水水质密切相关，但比地下水普遍具有含盐量高，浊度较大，可能含铁锰等特点。常规的处理方式是通过混凝沉淀去除矿井水中的悬浮物和重金属离子等，而后回用于井下或外排。
而我国北部部分地区的矿井水具有硬度高碱度高，富含二价铁的特点，常规处理方法难以去除二价铁，导致处理后的水在空气中暴露一段时间后，二价铁少量氧化为三价铁，造成水体浑浊发黄。如果该处理后水回用于井下，水中带来的铁形成沉淀会附着在设备表面，造成设备快速锈蚀等恶果，同时由于水的高硬度，也会在设备表面积累水垢，造成垢下腐蚀;如果直接外排于地表水系统，会造成水中含铁大大增加，破坏水系统生物生存环境，造成大部分生物死亡，部分嗜铁细菌大量繁殖，迅速造成水生物生态平衡破坏，而所排放水的高硬度也会造成河床盐碱化。因此常规的处理方式无法有效处理该矿井水。
发明内容
针对上述高含铁高碱度矿井水处理的问题，本发明提供一种高含铁高碱度矿井水处理的工艺和系统。本发明的目的是提供一种成熟可靠的高含铁高碱度矿井水处理工艺，解决目前高含铁高碱度矿井水无法有效处理排放或回用，影响企业当地水生态环境的问题。
本发明采用的技术方案如下：一种高含铁高碱度矿井水处理工艺，其包括如下步骤：
(1)矿井水首先进入多级旋流曝气池进行充分水力搅拌和曝气，并在旋流曝气池投加氢氧化钙，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙;
(2)所述旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器，并在多流向强化澄清器中进行快速沉淀，多流向强化澄清器的污泥一部分在内部回流到所述多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分污泥排放;
(3)所述多流向强化澄清器出水进入超滤膜装置;超滤膜装置的浓水及日常反冲洗排水全部回流至所述旋流曝气池;
(4)所述超滤膜装置出水进入pH调节池，加酸将pH值调至6.5-8.5;
(5)pH调节池的出水进行回收利用，优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
其中，步骤具体为：
(1)矿井水首先进入多级旋流曝气池进行充分水力搅拌和曝气，使二价铁氧化为三价铁，并在旋流曝气池投加氢氧化钙，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙,生成氢氧化铁沉淀、氢氧化镁沉淀及碳酸钙沉淀，并使重金属也形成该金属的氢氧化物或碳酸盐沉淀，并利用三价铁的混凝作用将悬浮物转化为大颗粒絮体;
(2)所述旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器，并在多流向强化澄清器进行快速沉淀，去除大部分铁和悬浮物，及部分有机物，多流向强化澄清器的污泥一部分在内部回流到所述多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分污泥排放;
(3)所述多流向强化澄清器出水进入超滤膜装置，去除剩余的悬浮物、胶体形态的铁、细菌及大型病毒;超滤膜装置的浓水及日常反冲洗排水全部回流至所述旋流曝气池;
(4)所述超滤膜装置出水进入pH调节池，加酸将pH值调至6.5-8.5;
(5)pH调节池的出水进行回收利用，优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
其中，所述多级旋流曝气池采用串联处理，优选为6级，单个旋流曝气池内部形状为竖直的圆柱体，每一级旋流曝气池的池顶部设置有开孔，矿井水通过池顶部的开孔沿池壁切线方向水平进水，利用水力流动造成轴心为竖直方向的螺旋形旋流搅拌效果;池底侧壁设置开孔，用于使出水从池底侧壁的开孔沿切线方向水平进入连接水管后，水管向上连接至下一级旋流曝气池的池顶部的开孔。优选，每个旋流曝气池池底部下方设置圆锥形污泥斗，池底侧壁设置的开孔位于圆锥形污泥斗的上方;圆锥形污泥斗用于收集对应的每一级旋流曝气池沉淀的排泥，用于将所述排泥全部回流到多级旋流曝气池最前端，与矿井水的进水混合。优选，在所述圆锥形污泥斗上部的池底平面布置有用于曝气的布气系统，布气系统为微孔曝气系统和/或穿孔管曝气系统。
其中，所述多流向强化澄清器包括混凝区、搅拌絮凝区、斜板沉淀区以及污泥区;所述混凝区设置搅拌絮凝区的上游，并与搅拌絮凝区连通，用于使混凝区形成的小絮体进入搅拌絮凝区;斜板沉淀区设置在搅拌絮凝区的下游，用于使在搅拌絮凝区形成大絮体进入斜板沉淀区，污泥区设置在斜板沉淀区的下方，大絮体在重力的作用下接触到斜板表面附着聚集下滑，沉入斜板沉淀区下方的污泥区。
其中，多级旋流曝气池总停留时间在10分钟-6小时，单个旋流曝气池停留时间在2分钟-1.5小时，曝气的气水体积比为0.1：1到10：1，氢氧化钙投加后水体pH值控制在不低于10，多流向强化澄清器停留时间在8分钟-2小时，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为10%-90%。优选，多级旋流曝气池总停留时间优选1.5小时，优选为六级旋流曝气池，单个旋流曝气池停留时间优选15分钟，曝气的气水体积比优选为3：1，氢氧化钙投加后水体pH值优选控制在10.3，多流向强化澄清器停留时间优选15分钟，所述多流向强化澄清器的污泥区的污泥内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区的污泥回流比例为优选为50%。
还提供一种高含铁高碱度矿井水处理系统，其包括多级旋流曝气池、多流向强化澄清器、超滤膜装置、pH调节池、氢氧化钙投加装置以及酸投加装置;多级旋流曝气池具有水力搅拌装置和曝气装置，水力搅拌装置和曝气装置用于将矿井水进行充分水力搅拌和曝气;氢氧化钙投加装置用于将氢氧化钙投加入多级旋流曝气池内，优选在后两级旋流曝气池投加氢氧化钙;多级旋流曝气池连接多流向强化澄清器，用于使旋流曝气池的出水进入多流向强化澄清器进行快速沉淀，多流向强化澄清器具有前端的搅拌絮凝区，用于将多流向强化澄清器的污泥一部分内部回流到多流向强化澄清器前端的搅拌絮凝区，另一部分排放;多流向强化澄清器连接超滤膜装置，用于将多流向强化澄清器的出水导入超滤膜装置，超滤的浓水及日常反冲洗排水全部回流至旋流曝气池，超滤膜装置连接pH调节池，用于将超滤膜装置的出水导入到pH调节池，酸投加装置用于将酸加到pH调节池中，以使pH调至6.5-8.5;pH调节池设置出水口，用于将从出水口流出的出水回收利用;优选回用于矿井下煤矿洗选等使用。
本处理工艺和系统与常规矿井水处理工艺和系统相比，具有如下优点：(1)可以去除矿井水中的二价铁，避免了矿井水回用的管道和设备因附着铁锈而发生锈蚀，且出水基本不含悬浮固体和胶体，也减轻了管道和设备的点蚀和污垢附着;(2)可以去除高碱度矿井水中的部分硬度及部分碱度，避免了管道和设备的结垢，减轻了引起土地和河床盐碱化;(3)在比较精细的控制下还可以使水中含盐量不升高甚至降低，减轻了管道和设备的盐蚀，减轻了对周边水环境的盐平衡的破坏;(4)虽然矿井水处理成本比常规工艺升高，但大大减缓了输送管道和用户设备的腐蚀或结垢，延长了管道和设备的使用寿命，总体来考虑要经济得多。