公布日：2023.12.19
申请日：2023.10.25
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/44(2023.01)I;C02F1/04(2023.01)I;C02F5/00(2023.01)I;C02F11/12(2019.01)I;C02F1/56(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F1/
00(2023.01)N;C02F103/10(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
一种高矿化度矿井水零排放处理装置及方法，为了解决现有高矿化度矿井水处理技术中膜易堵塞，造成处理能力降低，膜清洗次数增加，费用增加，以及结晶形成的混盐无有效方法进行再利用，成本较高的问题，本发明专利包括井下预处理装置、井上脱盐处理装置、井上浓缩结晶装置三部分，井下预处理装置包括调节沉淀池、混合反应池、曝气动态膜池、污泥浓缩池；井上脱盐处理装置包括纳滤膜装置、反渗透膜装置；井上浓缩结晶装置包括机械压缩蒸发装置a、机械压缩蒸发装置b，本发明专利将当下的先进技术应用到高矿化度矿井水处理中，在达到高矿化度矿井水零排放目标的同时，具有操作简单、处理效率高、资源回收率高的优点。
权利要求书
1.一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：包括井下预处理装置、井上脱盐处理装置和井上浓缩结晶装置；所述井下预处理装置包括调节沉淀池(1)、混合反应池(2)、曝气动态膜池(3)和污泥浓缩池(4)；所述调节沉淀池(1)连接混合反应池(2)，混合反应池(2)连接曝气动态膜池(3)，所述曝气动态膜池(3)外设有鼓风机(31)，所述曝气动态膜池(3)内底部设有曝气头(32)，所述鼓风机(31)连接曝气头(32)，所述曝气动态膜池(3)顶部设有刮渣机(34)，所述曝气动态膜池(3)内设有动态膜(33)，所述曝气动态膜池(3)外设有抽吸泵(35)；所述曝气动态膜池(3)连接污泥浓缩池(4)；所述井上脱盐处理装置包括纳滤膜装置(5)与反渗透膜装置(6)，所述曝气动态膜池(3)连接纳滤膜装置(5)，所述纳滤膜装置连接反渗透膜装置(6)；所述井上浓缩结晶装置包括机械压缩蒸发装置a(8)和机械压缩蒸发装置b(9)，所述纳滤膜装置(5)连接机械压缩蒸发装置a(8)，所述反渗透膜装置(6)连接机械压缩蒸发装置b(9)；还包括清水池(7)，所述反渗透膜装置(6)连接有清水池(7)。
2.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述混合反应池(2)内设有机械搅拌装置(21)。
3.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述调节沉淀池(1)后端设有斜板(11)。
4.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：还包括贮水池a(51)与高压泵a(52)，所述贮水池a(51)上部连接抽吸泵(35)，所述贮水池a(51)下部通过高压泵a(52)连接纳滤膜装置(5)。
5.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：还包括贮水池b(61)与高压泵b(62)，所述贮水池b(61)上部连接纳滤膜装置(5)，所述贮水池b(61)下部通过高压泵b(62)连接反渗透膜装置(6)。
6.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述机械压缩蒸发装置a(8)包括预热器a(81)、加热器a(82)、蒸发器a(83)和压缩机a(84)，所述蒸发器a(83)顶部通过压缩机a(84)连接加热器a(82)上部，所述加热器a(82)顶部连接蒸发器a(83)下部，所述预热器a(81)顶部连接加热器a(82)下部，所述预热器a(81)一端连接加热器a(82)底部，另一端连接纳滤膜装置(5)。
7.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述机械压缩蒸发装置b(9)包括预热器b(91)、加热器b(92)、蒸发器b(93)和压缩机b(94)，所述蒸发器b(93)顶部通过压缩机b(94)连接加热器b(92)上部，所述加热器b(92)顶部连接蒸发器b(93)下部，所述预热器b(91)顶部连接加热器b(92)下部，所述预热器b(91)一端连接加热器b(92)底部，另一端连接反渗透膜装置(6)。
8.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述混合反应池(2)内设有软化剂和混凝剂，所述软化剂为石灰、纯碱、苛性钠、石膏中的一种或两种，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或两种。
9.如权利要求1所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述动态膜(33)采用平板网状或烧结聚乙烯过滤管作为支撑结构。
10.一种高矿化度矿井水零排放处理方法，使用权利要求1-9所述的一种高矿化度矿井水零排放处理装置，其特征在于：所述步骤包括：第一步，高矿化度矿井水进入井下预处理装置中的调节沉淀池(1)，所述调节沉淀池(1)水力停留时间2～4小时，调节沉淀池(1)后端设斜板(11)，提高煤粉的沉淀效率，污泥经污泥管自流进入污泥浓缩池(4)浓缩；第二步，经过调节沉淀池(1)的废水进入混合反应池(2)，所述混合反应池(2)水力停留时间0.5～1小时，混合反应池(2)内设搅拌器，投加软化剂和混凝剂，所述软化剂为石灰、纯碱、苛性钠、石膏中的一种或两种，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或两种，软化剂的投加量为10～100mg/L,混凝剂的投加量为15～30mg/L，钙镁硬度生成沉淀，细小煤灰及胶体脱稳生成絮体；第三步，经过混合反应池(2)后的废水进入曝气动态膜池(3)，所述曝气动态膜池(3)水力停留时间1～2小时，鼓风机(31)鼓入空气经曝气头(32)切割后形成微小气泡，乳化油由气泡上升至水面，由刮渣板(34)刮除，浮渣进入污泥浓缩池(4)；絮体由烧结聚乙烯过滤管支撑结构动态膜(33)拦截，进行钙镁硬度、细小煤粉、胶体的去除，进一步降低出水杂质，絮体也由气泡上升至水面，由刮渣板(34)刮除，浮渣进入污泥浓缩池(4)；第四步，经过曝气动态膜池(3)处理后的废水由抽吸泵(35)自井下提升至地面上的贮水池a(51)，经高压泵a(52)加压后进入纳滤膜装置(5)，纳滤膜装置(5)的压力为0.5～1.0MPa，截留水中的二价离子；第五步，经过纳滤膜装置(5)处理后的废水进入贮水池b(61)，经高压泵b(62)加压后进入反渗透膜装置(6)，反渗透膜装置(6)的压力为2～10Mpa，截留水中的一价离子，出水进入清水池(7)；第六步，纳滤膜装置(5)的浓缩液由机械压缩蒸发装置a(8)处理后得到二价盐，纳滤膜装置(5)的回收率≥80％，二价盐脱盐率≥97％，反渗透膜装置(6)的浓缩液由机械压缩蒸发装置b(9)处理后得到一价盐，反渗透膜装置(6)的回收率≥75％，脱盐率≥95％，所述机械压缩蒸发装置a(8)与机械压缩蒸发装置b(9)的蒸发温度为40℃～100℃，蒸发每吨浓缩液的耗电量25KW～100KW。
发明内容
本发明专利为了解决现有高矿化度矿井水处理技术中膜易堵塞，造成处理能力降低，膜清洗次数增加，运行费用增加，结晶形成的混盐无有效方法进行再利用，作为危废处理，成本较高的问题。
本发明专利的技术方案为：一种高矿化度矿井水零排放处理装置，包括井下预处理装置、井上脱盐处理装置和井上浓缩结晶装置；
所述井下预处理装置包括调节沉淀池、混合反应池、曝气动态膜池和污泥浓缩池；
所述调节沉淀池连接混合反应池，混合反应池连接曝气动态膜池，所述曝气动态膜池外设有鼓风机，所述曝气动态膜池内底部设有曝气头，所述鼓风机连接曝气头，所述曝气动态膜池顶部设有刮渣机，所述曝气动态膜池内设有动态膜，所述曝气动态膜池外设有抽吸泵；所述曝气动态膜池连接污泥浓缩池；
所述井上脱盐处理装置包括纳滤膜装置与反渗透膜装置，所述曝气动态膜池连接纳滤膜装置，所述纳滤膜装置连接反渗透膜装置；
所述井上浓缩结晶装置包括机械压缩蒸发装置a和机械压缩蒸发装置b，所述纳滤膜装置连接机械压缩蒸发装置a，所述反渗透膜装置连接机械压缩蒸发装置b；
还包括清水池，所述反渗透膜装置连接有清水池。
所述混合反应池内设有机械搅拌装置。
所述调节沉淀池设有斜板连接混合反应池。
还包括贮水池a与高压泵a，所述贮水池a上部连接抽吸泵，所述贮水池a下部通过高压泵a连接纳滤膜装置。
还包括贮水池b与高压泵b，所述贮水池b上部连接纳滤膜装置，所述贮水池b下部通过高压泵b连接反渗透膜装置。
所述机械压缩蒸发装置a包括预热器a、加热器a、蒸发器a和压缩机a，所述蒸发器a顶部通过压缩机a连接加热器a上部，所述加热器a顶部连接蒸发器a下部，所述预热器a顶部连接加热器a下部，所述预热器a一端连接加热器a底部，另一端连接纳滤膜装置。
所述机械压缩蒸发装置b包括预热器b、加热器b、蒸发器b和压缩机b，所述蒸发器b顶部通过压缩机b连接加热器b上部，所述加热器b顶部连接蒸发器b下部，所述预热器b顶部连接加热器b下部，所述预热器b一端连接加热器b底部，另一端连接反渗透膜装置。
所述混合反应池内设有软化剂和混凝剂，所述软化剂为石灰、纯碱、苛性钠、石膏中的一种或两种，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或两种。
所述动态膜采用平板网状或烧结聚乙烯过滤管作为支撑结构。
一种高矿化度矿井水零排放处理方法，所述步骤包括：
第一步，高矿化度矿井水进入井下预处理装置中的调节沉淀池，所述调节沉淀池水力停留时间2～4小时，调节沉淀池后端设斜板，提高煤粉的沉淀效率，污泥经污泥管自流进入污泥浓缩池浓缩；
第二步，经过调节沉淀池的废水进入混合反应池，所述混合反应池水力停留时间0.5～1小时，混合反应池内设搅拌器，投加软化剂和混凝剂，所述软化剂为石灰、纯碱、苛性钠、石膏中的一种或两种，所述混凝剂为聚合氯化铝、聚合硫酸铁、聚丙烯酰胺中的一种或两种，软化剂的投加量为10～100mg/L,混凝剂的投加量为15～30mg/L，钙镁硬度生成沉淀，细小煤灰及胶体脱稳生成絮体；
第三步，经过混合反应池后的废水进入曝气动态膜池，所述曝气动态膜池水力停留时间1～2小时，鼓风机鼓入空气经曝气头切割后形成微小气泡，乳化油由气泡上升至水面，由刮渣机刮除，浮渣进入污泥浓缩池；絮体由烧结聚乙烯过滤管支撑结构动态膜拦截，进行钙镁硬度、细小煤粉、胶体的去除，进一步降低出水杂质，絮体也由气泡上升至水面，由刮渣机刮除，浮渣进入污泥浓缩池；
第四步，经过曝气动态膜池处理后的废水由抽吸泵自井下提升至地面上的贮水池a，经高压泵a加压后进入纳滤膜装置，纳滤膜装置的压力为0.5～1.0MPa，截留水中的二价离子；
第五步，经过纳滤膜装置处理后的废水进入贮水池b，经高压泵b加压后进入反渗透膜装置，反渗透膜装置的压力为2～10Mpa，截留水中的一价离子，出水进入清水池；
第六步，纳滤膜装置的浓缩液由机械压缩蒸发装置a处理后得到二价盐，纳滤膜装置的回收率≥80％，二价盐脱盐率≥97％，反渗透膜装置的浓缩液由机械压缩蒸发装置b处理后得到一价盐，反渗透膜装置的回收率≥75％，脱盐率≥95％，所述机械压缩蒸发装置a与机械压缩蒸发装置b的蒸发温度为40℃～100℃，蒸发每吨浓缩液的耗电量25KW～100KW。
本发明专利的优点在于：
(1)本发明专利将高矿化度矿井水预处理装置设置在井下，处理后的矿井水一部分直接回用作矿下除尘，一部分提升至地面经脱盐处理装置、浓缩结晶装置处理后出水回用，同时回收一价盐和二价盐。将矿井水高效经济地循环利用，实现高矿化度矿井水的零排放。通知实现分盐回收，回收的工业盐价格在500元/吨左右。既解决了盐的出路，减少了处理成本，又增加了经济效益。
(2)预处理装置有效去除高矿化度矿井水中的悬浮物、钙镁离子，减少膜处理装置的负荷，减轻膜污染，提高产水率。
(3)曝气动态膜池中曝气一方面起到气浮的作用，将乳化油、细小絮体带至水面，由刮渣机刮除；另一方面对动态膜产生剪切作用，进行动态膜的更新，因此，不需要对动态膜进行反冲洗，简化了处理工艺。
（发明人：赵军利;候振华;王春辉;程爱华;代革联;田华;许珂）