專利名稱：一種礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢水處理及環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)及其對應(yīng)的水處理方法。
背景技術(shù)：
礦井涌水是典型的具有煤礦特點的工業(yè)廢水，由于我國煤礦大多數(shù)分布于北方和西方干旱和半干旱地區(qū)，水資源匱乏，因此將礦井涌水處理后作為煤礦生產(chǎn)用水，可以緩解礦區(qū)用水緊張的狀況。近30年來，我國在煤礦礦井涌水處理與利用方面取得了很大的成績，但通常做法是將礦井涌水提升到地面進行處理后再通過管路系統(tǒng)輸送至井下利用。這種方式在地面需要較大的場地建水處理設(shè)施，基建費用高，泵的提升費用和管道鋪設(shè)的費用也較大。對井工開采的煤礦，礦井涌水在井下直接處理后作為生產(chǎn)用水，可以減少管路投資，同時節(jié)省排水費用。地面礦井水凈化處理工藝通常為混凝沉淀(或澄清)_過濾-消毒工藝，系統(tǒng)復(fù)雜，不適合在煤礦井下狹小空間中使用。我國專利“煤礦采空區(qū)水的凈化方法”(ZL02129397. X)直接將礦井涌水引導(dǎo)進入采空區(qū)，這種方法只能凈化處理含懸浮物很低的礦井水，一般要求懸浮物含量小于200mg/L，甚至更低。而我國以綜采為主的煤礦礦井涌水中的懸浮物含量通常為每升數(shù)百至上千mg，該類礦井涌水中含有大量以煤屑、巖粉為主的懸浮物，若直接引導(dǎo)進入采空區(qū)，非常容易在采空區(qū)前端沉降下來，造成淤積和堵塞，由于淤塞后的采空區(qū)無法疏通，從而大大縮短整個采空區(qū)的使用年限；有些采空區(qū)空間巨大，充填物巖石、矸石、殘煤成份獨特，礦井涌水進入采空區(qū)后要歷經(jīng)幾十天至數(shù)月時間才流出采空區(qū)，期間發(fā)生復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)，使出水中含有過量的鐵、錳，給工業(yè)用水帶來很大危害，必須進一步鐵、錳后才能利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點，提供一種工藝流程短、無需投加水處理藥劑、使用壽命長的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)及其處理方法，該種系統(tǒng)可有效處理礦井涌水中的懸浮物、膠體物質(zhì)、鐵、錳等，確保出水水質(zhì)，采用的技術(shù)方案是一種礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)包括預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元，礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)依次流經(jīng)所述預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元。本發(fā)明的技術(shù)特征還有所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)還包括依次相連接的清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，所述清水池連接在所述曝氣氧化過濾單元之后，從所述井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。本發(fā)明的技術(shù)特征還有所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)還包括依次相連接的濾池、清水池、變頻供水系統(tǒng)和管網(wǎng)，所述曝氣氧化處理單元處理后的礦井涌水經(jīng)過提升泵提升后流入所述清水池中。本發(fā)明的技術(shù)特征還有所述預(yù)沉淀單元的底部鋪設(shè)有用于沉泥礦車運動的輕軌本發(fā)明的技術(shù)特征還有所述曝氣氧化過濾單元過濾濾料為天然錳砂或者石英砂。本發(fā)明的技術(shù)特征還有一種用于權(quán)利要求2所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)的礦井涌水處理方法，所述礦井涌水處理方法包括以下步驟
1)礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)進入到預(yù)沉淀單元，在所述預(yù)沉淀單元停留4-24小時后引出，以去除水中較大的懸浮物，使從預(yù)沉淀單元引出水的懸浮物小于< 200mg/L ；
2)預(yù)沉淀單元引出水進入到采空區(qū)，對水進行沉淀、過濾和吸附，進一步去除水中的懸浮物，使采空區(qū)引出水出水濁度〈20NTU ；
3)采空區(qū)引出水進入到曝氣氧化過濾單元，在該單元中對水再次過濾，過濾濾料為天然錳砂或石英砂，使從曝氣氧化過濾單元引出水出水濁度<1NTU，#< O. 3mg/L，錳
<O. lmg/L ；
4)曝氣氧化過濾單元引出水依次流經(jīng)清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，從所述井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。本發(fā)明的技術(shù)特征還有步驟3)中所述天然猛砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm，濾料厚度為800 1200mm，濾速為5 7m/h，適合于采空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含猛量低于I. 5mg/L的水質(zhì)。本發(fā)明的技術(shù)特征還有一種用于權(quán)利要求3所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)的礦井涌水處理方法，所述礦井涌水處理方法包括以下步驟
1)礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)進入到預(yù)沉淀單元，在所述預(yù)沉淀單元停留4-24小時后引出，以去除水中較大的懸浮物，使從預(yù)沉淀單元引出水的懸浮物小于< 200mg/L ；
2)預(yù)沉淀單元引出水進入到采空區(qū)，對水進行沉淀、過濾和吸附，進一步去除水中的懸浮物，使采空區(qū)引出水出水濁度〈20NTU ；
3)采空區(qū)引出水進入到曝氣氧化過濾單元，在該單元中對水再次過濾，過濾濾料為天然錳砂或石英砂，使從曝氣氧化過濾單元引出水出水濁度<1NTU，#< O. 3mg/L，錳
<O. lmg/L ；
4)曝氣氧化過濾單元引出水先由提升泵提升后注入濾池，再依次經(jīng)清水池、變頻供水系統(tǒng)和管網(wǎng)區(qū)，從所述管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。本發(fā)明的技術(shù)特征還有步驟3)中所述天然猛砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm，濾料厚度為800 1200mm，濾速為5 7m/h，適合于采空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含猛量低于I. 5mg/L的水質(zhì)。本發(fā)明的有益效果在于1)在礦井涌水進入采空區(qū)前先通過預(yù)沉淀單元去除大部分以煤粉、巖屑為主的懸浮物，從而避免采空區(qū)前端被懸浮物淤積、堵塞，有效延長采空區(qū)使用年限；
2)采空區(qū)出水進入曝氣氧化過濾單元，可以有效地去除礦井涌水中的鐵、錳等物質(zhì)，確保出水水質(zhì)；
3)變頻供水系統(tǒng)不僅能夠確保井下管網(wǎng)所需的水量和水質(zhì)，而且節(jié)省能耗；
4)整個礦井涌水復(fù)用系統(tǒng)流程簡短、動力設(shè)備少、易于實現(xiàn)自動化；
5)本方法簡便易行，成本低，效率高，水質(zhì)凈化效果好。


附圖I是本發(fā)明實施例一工藝流程圖，附圖2是本發(fā)明實施例二工藝流程圖。具體實 施方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明具體實施方式
進行說明。礦井涌水中含有的懸浮物主要包括煤粉、巖屑和粘土等，懸浮物含量通常在6kg/m3以下。預(yù)沉淀單元水力停留時間為4 24h,預(yù)沉淀單元斷面多為井下常用的拱形巷道斷面,斷面為寬4mX高3m和寬5mX寬4m的拱形。礦井涌水通過預(yù)沉淀單元斷面的流速小于O. 02m/s，通常粒徑和比重較大的煤粉、巖屑和粘土等，在預(yù)沉淀單元中只受到顆粒本身在水中的重力水流阻力的作用，具有自由沉降的性質(zhì)，可以在預(yù)沉淀單元中得以有效地去除，使預(yù)沉單元出水中懸浮物含量小于200mg/L。在預(yù)沉淀單元底部鋪設(shè)有輕軌，便于定期清理預(yù)沉淀單元底部沉泥，通過礦車、皮帶和提升設(shè)備輸送到地面。我國煤礦以井工開采為主，煤層開采后形成采空區(qū)，大部分礦井采用全部跨落法處理頂板，不同粒徑的煤層上履巖(砂質(zhì)泥巖、粉砂巖、細砂巖、中砂巖)、煤矸石、殘煤、粘土和其它一些礦物顆粒構(gòu)成采空區(qū)充填物，空間巨大，空隙、裂隙極為發(fā)育，具有較大的納污能力。礦井涌水流經(jīng)采空區(qū)時，流速很小，可以忽略不計，由于采空區(qū)內(nèi)的填充物的特殊構(gòu)造，礦井涌水中的懸浮物和膠體物質(zhì)在沉淀、過濾、吸附等作用下被截留在采空區(qū)，從而使礦井涌水通過采空區(qū)得以凈化，采空區(qū)出水濁度〈20NTU。選擇采空區(qū)處理礦井涌水時，要求采空區(qū)要有良好的儲水構(gòu)造和儲水條件，煤層底板及其下伏巖構(gòu)成良好的隔水層，防止采空區(qū)透水事故發(fā)生，保證采空區(qū)集水區(qū)域不泄漏。礦井涌水中的鐵以+ 2價或+ 3價氧化態(tài)存在，經(jīng)過預(yù)沉淀后的礦井涌水流經(jīng)采空區(qū)的過程中，由于缺少溶解氧，再加上采空區(qū)內(nèi)巖石、煤矸、殘煤等的物理化學(xué)作用，使礦井涌水和礦物質(zhì)中的+3價鐵和+4價的錳還原成為溶解性的+2價鐵和+2價的錳，使礦井涌水流出采空區(qū)后鐵錳含量較高。水中鐵的含量高時，水有鐵腥味，易出現(xiàn)黃色或棕黃色沉淀物，阻塞管道，有時會出現(xiàn)紅水，嚴重影響礦井水的利用。曝氣氧化過濾單元主要由曝氣氧化池和濾池構(gòu)成，曝氣氧化池依靠煤礦井下巷道中的壓縮空氣，通曝氣氧化池底部鋪設(shè)備的穿孔曝氣池或曝氣頭進行曝氣，使
氧化生成, Μ*》氧化生成MiO2 ,再通過濾池將懸浮的mom!粒子和
^ 2沉淀物從水中分離出去，從而達到礦井涌水除鐵、錳的目的。曝氣氧化過濾單元通過
氧化吸附去除礦井水中的鐵錳以外，還能進一步地去除殘留的懸浮物和膠體物質(zhì)。曝氣氧化過濾單元適合于采空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含錳量低于I. 5mg/L的水，出水濁度
<1NTU，#< O. 3mg/Lji< O. lmg/L。曝氣氧化過濾單元為壓縮空氣曝氣，每立方米礦井涌水的需氣量(以L計)，一般為原水+2價鐵含量(以mg/L)的2 5倍。濾池濾料為天然猛砂或石英砂，猛砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm,濾料厚度為800 1200mm,濾速為 5 7m/h。實施例一本礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)包括依次相連接的預(yù)沉淀單元、采空區(qū)、曝氣氧化過濾單元、清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，從井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。預(yù)沉淀單元的底部鋪設(shè)有用于沉泥礦車運動的輕軌。曝氣氧化過濾單元過濾濾料為天然錳砂或者石英砂。采用本系統(tǒng)進行礦井涌水處理的方法包括以下步驟
1)礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)進入到預(yù)沉淀單元，在預(yù)沉淀單元停留4-24小時后引出，以去除水中較大的懸浮物，使從預(yù)沉淀單元引出水的懸浮物小于< 200mg/L ；
2)預(yù)沉淀單元引出水進入到采空區(qū)，對水進行沉淀、過濾和吸附，進一步去除水中的懸浮物，使采空區(qū)引出水出水濁度〈20NTU ；
3)采空區(qū)引出水進入到曝氣氧化過濾單元，在該單元中對水再次過濾，過濾濾料 為天然錳砂或石英砂，使從曝氣氧化過濾單元引出水出水濁度<1NTU，#< O. 3mg/L，錳
<O. lmg/L ;天然猛砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm,濾料厚度為800 1200mm，濾速為5 7m/h，適合于采空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含錳量低于I. 5mg/L的水質(zhì)。4)曝氣氧化過濾單元引出水依次流經(jīng)清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，從井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。實施例二 本礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)包括依次相連接的預(yù)沉淀單元、采空區(qū)、曝氣氧化過濾單元、濾池、清水池、變頻供水系統(tǒng)和管網(wǎng)，曝氣氧化處理單元處理后的礦井涌水經(jīng)過提升泵提升后流入清水池中。預(yù)沉淀單元的底部鋪設(shè)有用于沉泥礦車運動的輕軌。曝氣氧化過濾單元過濾濾料為天然錳砂或者石英砂。某煤礦礦井涌水一直穩(wěn)定在350 550m3/h，井下復(fù)用水量最大為200 m3/h，處理復(fù)用系統(tǒng)進、出水水質(zhì)如表I所示,礦井涌水自流進入預(yù)沉池,預(yù)沉池為3條寬4m、高3m、長IOOm的拱形平巷，巷道底部鋪設(shè)輕軌以便清巷道底部沉淀裝置和礦車進出，3條巷道當I條清泥時使用另外2條，水力停留時間為6 8h，在預(yù)沉巷道出水端設(shè)置高2米的擋水墻，礦井涌水在預(yù)沉巷道完成預(yù)沉淀去除顆粒和比重較大的懸浮物后，從擋水墻上方溢流進入采空區(qū)。該礦為井工開采，建礦以來以綜合機械化放頂煤開采技術(shù)為主，煤層開采后形成巨大采空區(qū)，約120萬m3，采空區(qū)充填物以不同粒徑的巖石、煤矸石、殘煤和粘土礦物組成，經(jīng)預(yù)沉淀后的礦井涌水進入采空區(qū)后，在沉淀、截留、吸附和其它物理化學(xué)過程作用下，使得礦井涌水中的懸浮物和膠體物質(zhì)在采空區(qū)內(nèi)得以有效地去除。在采空區(qū)出水端的巷道內(nèi)設(shè)置檔水墻，采空區(qū)出水(濁度〈20NTU)從擋水墻的上方溢流進入曝氣氧化過濾單元。本實施例中的曝氣氧化過濾單元包括曝氣氧化池、提升泵和濾池組成。曝氣氧化池有效尺寸為10X4. 5X2. 23m，有效容積為100m3，水力停留時間為30min。曝氣氧化池底部布置穿孔曝氣管，采用壓縮風(fēng)機曝氣，每立方米礦井涌水的需氣量為10L。過濾采用壓力式相互沖洗濾池，外形尺寸10. 5X2. 3X2. 25m,濾料為單層石英砂，粒徑為O. 5 I. 2mm,濾料厚度為800 mm,濾速為5m。清水池容積為960m3,利用廢棄的拱形巷道寬4m、高3m、長100m，并在兩端設(shè)置擋水墻改造而成。變頻供水系統(tǒng)由2臺供水泵和控制系統(tǒng)組成，2臺供水泵I用I備。表I某煤礦礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)進、出水水質(zhì)
權(quán)利要求
1.一種礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)包括預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元，礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)依次流經(jīng)所述預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元。
2.按照權(quán)利要求I所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)還包括依次相連接的清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，所述清水池連接在所述曝氣氧化過濾單元之后，從所述井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。
3.按照權(quán)利要求I所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)還包括依次相連接的濾池、清水池、變頻供水系統(tǒng)和管網(wǎng)，所述曝氣氧化處理單元處理后的礦井涌水經(jīng)過提升泵提升后流入所述清水池中。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述預(yù)沉淀單元的底部鋪設(shè)有用于沉泥礦車運動的輕軌。
5.按照權(quán)利要求2或3所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，其特征在于所述曝氣氧化過濾單元過濾濾料為天然錳砂或者石英砂。
6.一種用于權(quán)利要求2所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)的礦井涌水處理方法，其特征在于所述礦井涌水處理方法包括以下步驟 1)礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)進入到預(yù)沉淀單元，在所述預(yù)沉淀單元停留4-24小時后引出，以去除水中較大的懸浮物，使從預(yù)沉淀單元引出水的懸浮物小于< 200mg/L ； 2)預(yù)沉淀單元引出水進入到采空區(qū)，對水進行沉淀、過濾和吸附，進一步去除水中的懸浮物，使采空區(qū)引出水出水濁度〈20NTU ； 3)采空區(qū)引出水進入到曝氣氧化過濾單元，在該單元中對水再次過濾，過濾濾料為天然錳砂或石英砂，使從曝氣氧化過濾單元引出水出水濁度<1NTU，#< O. 3mg/L，錳<O. lmg/L ； 4)曝氣氧化過濾單元引出水依次流經(jīng)清水池、變頻供水系統(tǒng)和井下管網(wǎng)區(qū)，從所述井下管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。
7.按照權(quán)利要求6所述的礦井涌水處理方法，其特征在于步驟3)中所述天然錳砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm,濾料厚度為800 1200mm,濾速為5 7m/h,適合于米空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含猛量低于I. 5mg/L的水質(zhì)。
8.一種用于權(quán)利要求3所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)的礦井涌水處理方法，其特征在于所述礦井涌水處理方法包括以下步驟 1)礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)進入到預(yù)沉淀單元，在所述預(yù)沉淀單元停留4-24小時后引出，以去除水中較大的懸浮物，使從預(yù)沉淀單元引出水的懸浮物小于< 200mg/L ； 2)預(yù)沉淀單元引出水進入到采空區(qū)，對水進行沉淀、過濾和吸附，進一步去除水中的懸浮物，使采空區(qū)引出水出水濁度〈20NTU ； 3)采空區(qū)引出水進入到曝氣氧化過濾單元，在該單元中對水再次過濾，過濾濾料為天然錳砂或石英砂，使從曝氣氧化過濾單元引出水出水濁度〈1NTU，鐵< O. 3mg/L,錳<O. lmg/L ； 4)曝氣氧化過濾單元引出水先由提升泵提升后注入濾池，再依次經(jīng)清水池、變頻供水系統(tǒng)和管網(wǎng)區(qū)，從所述管網(wǎng)區(qū)中引出生產(chǎn)用水。
9.按照權(quán)利要求8所述的礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)的礦井涌水處理方法，其特征在于步驟3)中所述天然猛砂粒徑為O. 6 2. Omm,石英砂粒徑為O. 5 I. 2mm,濾料厚度為800 1200mm，濾速為5 7 m/h，適合于采空區(qū)出水含鐵量低于6. Omg/L、含錳量低于1.5mg/L的水質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)及其處理方法，采用技術(shù)方案是礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)，所述礦井涌水處理復(fù)用系統(tǒng)包括預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元，礦井涌水經(jīng)引導(dǎo)依次流經(jīng)所述預(yù)沉淀單元、采空區(qū)和曝氣氧化過濾單元。有益效果在于在礦井涌水進入采空區(qū)前先通過預(yù)沉淀單元去除大部分以煤粉、巖屑為主的懸浮物，從而避免采空區(qū)前端被懸浮物淤積、堵塞，有效延長采空區(qū)使用年限；采空區(qū)出水進入曝氣氧化過濾單元，可以有效地去除礦井涌水中的鐵、錳等物質(zhì)，確保出水水質(zhì)；整個礦井涌水復(fù)用系統(tǒng)流程簡短、動力設(shè)備少、易于實現(xiàn)自動化；本方法簡便易行，成本低，效率高，水質(zhì)凈化效果好。
文檔編號C02F103/10GK102616957SQ20121008605
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者周如祿, 周金平, 張廣學(xué), 楊建華, 楊建超, 趙艷斌, 郭中權(quán) 申請人:兗州煤業(yè)股份有限公司, 煤炭科學(xué)研究總院杭州環(huán)保研究院