一種礦井水井下處理裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種礦井水井下處理裝置。包括自動過濾機、旋流分離器、無機膜處理設備、污泥濃縮池和壓力供水罐；自動過濾機、旋流分離器連接無機膜處理設備，無機膜處理設備包括無機膜元件及容器，容器前端連接進水箱，容器后端連接集水箱，進水箱和集水箱連接循環設備，循環設備同時連接污泥濃縮池和壓力供水罐，壓力供水罐還同時連接無機膜處理設備。本實用新型結構簡單，實用性強，易于操作，安全性高，節能減排，大幅節約了電能和水資源。
【專利說明】
一種礦井水井下處理裝置
技術領域
[0001]本實用新型屬于固液分離領域，具體涉及一種利用無機膜過濾器處理礦井水裝置。
【背景技術】
[0002]礦井水是在煤礦開采過程中產生的廢水，主要含有煤泥、泥沙和采礦過程中產生的人為廢水，但人為廢水量非常小，對于一個正常涌水的礦井而言幾乎可以忽略不計的，礦井水含有大量煤粉、巖石粉塵等懸浮物雜質和微生物，顏色呈灰黑色。如果礦井水不經過處理直接進行排放，則水中含有大量的煤粉和泥沙會給礦區附近的環境造成嚴重的污染，并造成了嚴重的水資源浪費，隨著環保形勢的嚴峻以及中國最嚴厲的水資源征收政策的出臺，礦井水不處理而造成的經濟負擔已經影響到煤炭企業正常的利潤空間，礦井水處理與回用已經勢在必行。
[0003]目前，按照處理工藝來分，處理礦井廢水的方法主要多種，常見的有(I)化學絮凝(和或過濾法)沉淀法，在礦井水中加入絮凝劑，靜置一段時間，使懸浮的煤粉等雜質絮凝成大的團聚物，然后再沉淀下來。但這種方法不但需要使用大量的絮凝劑，而且處理效果較差，處理周期較長占地面積大，如果管理不善含會導致上清液不能達到直接排放的標準，還需進一步再處理，而且由于需要添加化學藥劑，增加了二次污染；(2)氣浮法，通過向礦井水中輸入一定的氣體并結合絮凝劑，使懸浮的煤粉等雜質絮凝成大的團聚物聚集在氣泡上面而懸浮到水面上進行去除，這種工藝占地面積小，但水質不穩定，運行費高；(3)電磁分離法，為近來新興工藝，在絮凝沉淀的基礎上，利用礦井水中污染物磁敏感性的差異，借助外來磁場將物資進行磁化處理從而達到強化分離的技術。該技術水中含有可磁化的雜質越多處理效果越好，具有效率高、設備體積小，可去除細菌病原體以及部分有機物的優點，但需要絮凝劑的加入和外界磁種的加入，導致運行費用居高不下；(4)膜技術，膜技術處理廢水技術已經非常成熟，無論是有機膜還是無機膜均應用的十分成功。在礦井水處理采用最多的是無機膜，由于礦井水中含有大量的不溶性微顆粒固體物質會對有機膜產生物理性損傷，而無機膜硬度高不害怕物理性損傷。現有的膜技術處理礦井廢水通過循環栗進行錯流過濾，流量大、壓力高，導致運行耗電量居高不下而且膜的水通量在短時間內大幅降低，導致膜的使用壽命縮短。
[0004]按照處理形式來分，礦井水處理分為地面上處理和井下處理。地面上處理是把井下產生的礦井水從幾百米甚至一千多米的井下提升到地面上在進行處理，處理方法如上述；井下處理就是直接在礦井下面進行處理，不用提升到地面。煤礦開采過程中需要大量的工業用水，如果對礦井水直接在礦井下進行處理后直接回用，顯然能減少大量的提升費用。正常礦井水處理直接費用由兩部分構成，一部分為提升費用，另一部分為運行費用，而往往提升費用占到直接費用的90% ;另一方面，如果礦井水提升到地面上處理后回用還必須輸送到井下使用，這造成了極大的能源浪費。本處理工藝就是從節能減排出發讓井下產生的廢水在井下處理然后繼續用于井下的一種處理工藝，節能減排環保，具有良好的應用和推廣價值。
[0005]目前礦井水綜合利用方向主要有兩個，即生產用水和生活用水。井下用水對水質要求不高，主要是懸浮物和pH值的物理指標，井下生產用水主要用在綜采機和井下消防噴霧降塵用水，這部分用水為井下用水大戶；地面生產用水主要是洗選煤用水、工業鍋爐用水和液壓乳化系統用水；生活用水主要是地面生活用水，包含生活飲用水和一般生活用水，此夕卜，把多余的礦井水回灌到地下，補充了地下水資源，降低了采煤引起的地表沉陷。
[0006]理論上，礦井水井下處理的上述工藝是均可以實現的，但是由于我國礦井的安全管理和井下地理位置決定了只有少數的處理工藝能夠適應井下處理。依靠大規模的土建構筑物的處理工藝肯定是不行的，井下構筑物施工難度比地面復雜的很多；沒有可靠的防爆設備是行不通的；占地面積大的設備也是行不通的，因為井下的建筑費用很高，另外礦井越深巖層受力越大建設越困難。
【實用新型內容】
[0007]為了解決上述礦井水井下處理的技術難題并克服現有無機膜在處理礦井水的技術中的不足，本實用新型提供一種控制單元簡單且自動化程度高礦井水井下處理裝置。
[0008]本實用新型的技術方案為:
[0009]一種礦井水井下處理工藝，包括如下步驟:
[0010]礦井水自流進入井下水倉，經過給水栗通過自動過濾機和旋流分離器進入到無機膜處理設備進行凈化；所述無機膜處理設備采用兩級供水栗模式，一級栗即為給水栗，采用潛污栗或離心栗或隔膜栗，將井下水倉的水直接栗入自動過濾機，經過旋流分離器進入無機膜處理設備，濃縮出水進入循環管道，經過二級栗循環栗進行循環處理，在循環的過程中定期排出一級栗進水量的5-10%到污泥濃縮池進行污泥濃縮，上清液回流到自動過濾機繼續處理；
[0011]同時，利用井下使用最多的氣體作為在線反洗動力形成壓力供水罐，通過壓力供水罐內氣體的壓力作為動力對無機膜處理設備和循環設備包括循環管道和循環栗進行在線清洗，其原理為高壓氣體爆破，清洗后膜通量可以恢復到原來的75-90%。
[0012]一種用于上述工藝的礦井水井下處理裝置，包括旋流分離器、無機膜處理設備、污泥濃縮池和壓力供水罐；所述自動過濾機前端連接給水栗，后端通過旋流分離器與無機膜處理設備相連；所述無機膜處理設備包括無機膜元件及容器，所述容器內設置內支撐板和若干個平行的無機膜元件，所述內支撐板和若干個平行的無機膜元件構成膜處理中心，所述容器前端通過法蘭I連接進水箱，所述進水箱設置旋流進水口，所述容器后端通過法蘭II連接集水箱，所述集水箱設置循環出水口，所述容器壁設置壓力表接口和凈水出口 ；所述進水箱和集水箱還設置若干個管道連接口，連接循環設備，從而實現進水箱和集水箱的連接，所述循環設備包括循環管道和循環栗，所述循環栗設置于所述循環管道上，所述循環管道連接污泥濃縮池和壓力供水罐，所述壓力供水罐還同時連接無機膜處理設備。
[0013]進一步，所述的膜處理中心為I個或2個以上串聯或并聯而成，所述串聯或并聯的個數優選為1-9，一個膜處理中心及其對應的容器構成一個膜處理單元，每個膜處理單元具有獨立的進水口、凈水口、循環水出口、排污口以及清洗接口，可以通過調整循環量和排放量來控制凈水產量；每個膜處理單元具有獨立的循環系統與自動清洗系統。
[0014]進一步，所述的容器形狀為圓形、方形或橢圓形。
[0015]進一步，所述法蘭I或法蘭II采用回轉式結構。
[0016]進一步，所述的無機膜元件的孔徑為I納米至50微米。
[0017]進一步，所述的無機膜元件的密封采用O型密封與活動的錐管螺紋連接模式。
[0018]進一步，所述法蘭I靠近進水箱一側設置漩渦截流板，所述漩渦截流板為渦旋切流式結構。
[0019]本實用新型的裝置利用井下專用的智能開關進行控制，智能開關分為1-6路，通過不同的智能開關進行有效的組合從而實現井下礦井水處理設備的自動控制，杜絕了常規的plc/dcs控制系統這些非安全的因素在井下工作，保證電氣系統的安全運行，這是組合智能開關在井下水處理設備全自動化控制的先例。
[0020]本實用新型的有益效果在于:
[0021](I)通過經濟效益分析，本實用新型與現有技術相比，節約了大量的電能和水資源，是真正的節能減排造福后代的處理工藝與裝置。
[0022](2)本實用新型在進入自動過濾機前先進行旋流除砂，除去直徑大于100微米的無機顆粒物質，從而可防止對下一步系統的堵塞。
[0023](3)本實用新型的無機膜處理采用兩級供水栗模式，一級栗采用潛污栗、離心栗或隔膜栗，直接栗入進行膜處理凈化，濃縮出水進入循環管道，經過二級栗循環栗進行循環處理，再循環的過程中定期排出一級進水量的5-15%到污泥濃縮池進行污泥濃縮，上清液回流到自動過濾機繼續處理，循環處理，凈化效果好，處理效率高。
[0024](4)本實用新型采用井下使用最多的氣體作為在線反洗動力形成壓力供水罐，通過壓力供水罐內氣體的壓力作為動力對膜系統進行在線清洗，采用高壓氣體爆破的原理對膜系統進行清洗，清洗后膜通量恢復到原來的75-90%，安全省事，并且無需人工監控，節省人力。
[0025](5)本實用新型的無機膜處理設備進水采用旋流進水，保證設備端部不積累雜物，并減少對膜管的沖擊，減少事故發生，延長無機膜管的使用壽命。
[0026](6)本實用新型采用內支撐結構，有利于保護膜的安全運行和安裝的便利性。
[0027](7)本實用新型的端部法蘭采用回轉式結構，能夠減少安裝與維護時間，并且準確定位，不需要起吊設施，減少事故發生。
[0028](8)本實用新型單只無機膜元件的密封采用O型密封與活動的錐管螺紋連接模式，便于設備內膜管的安裝與維護。
[0029](9)本實用新型無機膜設備進水端板采用渦旋切流式設計，使水力負荷分布的更加均勻，并能平衡膜元件外部和中心管的壓力。切流式設計保持了原有的多孔端板的特點，該端板可以保護膜元件免受因較大顆粒撞擊而造成的損壞。
【附圖說明】
[0030]圖1為本實用新型裝置的結構示意圖。
[0031]圖2為本實用新型的含I個膜處理單元的無機膜處理設備的結構示意圖。
[0032]圖3為本實用新型的含2個串聯的膜處理單元的無機膜處理設備的結構示意圖。
[0033]圖4為本實用新型的含3個并聯的膜處理單元的無機膜處理設備的結構示意圖。
[0034]圖5為本實用新型的漩渦截流板的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0035]本實用新型的礦井水井下處理工藝，包括如下步驟:
[0036]礦井水自流進入井下水倉6，經過給水栗7通過自動過濾機I和旋流分離器2首先去除部分泥沙與較大顆粒物質后進入到無機膜處理設備3進行凈化；所述無機膜處理設備3采用兩級供水栗模式，一級栗即為給水栗7，采用潛污栗或離心栗或隔膜栗，井下水倉6的礦井水直接栗入自動過濾機1，經過旋流分離器2進入無機膜處理設備3，濃縮出水進入循環管道，經過循環栗8進行循環處理，在循環的過程中定期排出一級栗進水量的5-10%到污泥濃縮池4進行污泥濃縮，上清液回流到自動過濾機I繼續處理；
[0037]同時，利用井下使用最多的氣體作為在線反洗動力形成壓力供水罐5，通過壓力供水罐內氣體的壓力作為動力對無機膜處理設備3和循環設備包括循環管道和循環栗8進行在線清洗，其原理為高壓氣體爆破，清洗后膜通量可以恢復到原來的75-90%。
[0038]如圖1、圖2所示，上述的礦井水井下處理工藝所使用的裝置，包括自動過濾機1、旋流分離器2、無機膜處理設備3、污泥濃縮池4和壓力供水罐5 ;所述自動過濾機I前端連接給水栗7，后端通過旋流分離器2與無機膜處理設備3相連；所述無機膜處理設備3包括無機膜元件301及圓形、方形或橢圓形容器，所述容器內設置內支撐板302和若干個平行的無機膜元件301，所述內支撐板302和若干個平行的無機膜元件301構成膜處理中心，所述無機膜元件301的孔徑為I納米至50微米，所述無機膜元件301的密封采用O型密封與活動的錐管螺紋連接模式，所述容器前端通過回轉法蘭I 303連接進水箱304，所述回轉法蘭I 303靠近進水箱304 —側設置漩渦截流板9，所述漩渦截流板9采用渦旋切流式結構，所述進水箱304設置旋流進水口 305，所述容器后端通過回轉法蘭II 306連接集水箱307，所述集水箱307設置循環出水口 308，所述容器壁設置壓力表接口 309和凈水出口 310 ;所述進水箱304和集水箱307還設置若干個管道連接口，連接循環設備，從而實現進水箱和集水箱的連接，所述循環設備包括循環管道和循環栗8，所述循環栗8設置于所述循環管道上，所述循環管道連接污泥濃縮池4和壓力供水罐5，所述壓力供水罐5還同時連接無機膜處理設備3。
[0039]所述的膜處理中心為I個或2個以上串聯或并聯而成，所述串聯或并聯的個數優選為1-9，含2個串聯的膜處理單元的無機膜處理設備的結構示意圖如圖3所示，含3個并聯的膜處理單元的無機膜處理設備的結構示意圖如圖4所示。
[0040]一個膜處理中心及其對應的容器構成一個膜處理單元，每個膜處理單元具有獨立的進水口、凈水口、循環水出口、排污口以及清洗接口，可以通過調整循環量和排放量來控制凈水產量；每個膜處理單元具有獨立的循環系統與自動清洗系統。
[0041]本實用新型的裝置利用井下專用的智能開關進行控制，智能開關分為1-6路，通過不同的智能開關進行有效的組合從而實現井下礦井水處理設備的自動控制，杜絕了常規的plc/dcs控制系統這些非安全的因素在井下工作，保證電氣系統的安全運行。
[0042]礦井水井下處理的經濟效益分析
[0043]煤礦礦井廢水運行費用有井下廢水提升費用和地面處理費用兩部分組成，其中提升費用基本上站到90%以上。隨著礦井采掘面延伸處理費用中提升費用占的比例越來越大，如何選擇一個最佳運行高度滿足井下用水要求是本技術的經濟運行的關鍵點。
[0044]在我國，采礦工作者一般把采深等于及大于800m的礦井稱為深井，深部礦井開采隨著煤炭資源的減少而越來越多。隨著深度增加，巖體儲備了較高的能量，巷道開挖后的卸荷作用，使巖體中積聚的能量在較短的時間釋放出來，深部圍巖最大與最小主應力差有增大趨勢，致使剪應力增大，加速圍巖破壞，工程施工難度增加家，施工成本增高。據有關資料表明，同等條件下煤層巷道從600m開始，埋深每增加100m，巷道變形速度和變形量平均增加20%~ 30%左右，井深Ikm時的巷道失修率約是600~700m時的3~15倍，所以如何選取一個最佳高度運行平臺，必須考慮到上述問題。
[0045]按照用水水壓要求，水壓不小于1.6兆帕即可，這樣在井下提升高度不小于200米即可，結合上述因素和現有煤礦深度，一般選取700-800米較為合適，按照現有采掘的礦井深度按照1000米進行經濟效益分析的切入點。
[0046]I)提升費用的計算
[0047]提升lm3水每提升I米約0.0075元(電價0.78元/度，效率57%)，原有提升費用
7.5元/m3，采用井下處理技術僅需提升到300米，提升費用2.25元/m3 ；
[0048]2)井下輸送材料費用計算
[0049]采用地面向井下輸送，采用管道等級隨著井深增壓，材質要求越來越高，一般采用減壓處理，減壓處理增加了減壓閥的數量，并增加了閥門的維修量，并且減壓閥對水質要求較高，所以運行成本較高，經粗絡計算，每米管道費用約750元/米，若采用井下處理井下回用，正常工作壓力2.5兆帕的管道已經足夠使用，每米管道費用約350米，管道費用減少近一半多。
[0050]3)礦井水處理費用
[0051]4)水資源費用(外排水收取資源費)
[0052]5)排污費(沒有處理的礦井水)
[0053]現以設計產水量4500m3/d，設計工程投資2000.0萬元，每年經濟效益比較如下:
[0054]I)工程投資定義
[0055]整個工程的設計、施工、設備采購、安裝及正常運行的全部投資
[0056]2)運行電費節約費用:(7.5-2.25)*4500*360=850.5 萬元/ 年；
[0057]3)設備基礎投資費用減少量:200萬元，按照十年分攤，每年20.0萬元/年；
[0058]4)管道閥門每年維護費用減少量:約計100.0萬元/年；
[0059]5)水資源費每年150萬元/年；
[0060]6)排污費用(不計)；
[0061]節約費用合計約1120.5萬元；
[0062]通過上述闡述與技術經濟對比，該系統按照日出力量4500m3/d，系統投資2000萬元，通過詳細計算設備投資回收期約1.78年回收完畢，常規好項目投資回收期也不過是2年，并且節約了大量的電能和水資源，是一個真正的節能減排造福后代的處理工藝與裝置。
【主權項】
1.一種礦井水井下處理裝置，其特征在于包括:自動過濾機、旋流分離器、無機膜處理設備、污泥濃縮池和壓力供水罐；所述自動過濾機前端連接給水栗，后端通過旋流分離器與無機膜處理設備相連；所述無機膜處理設備包括無機膜元件及容器，所述容器內設置內支撐板和若干個平行的無機膜元件，所述內支撐板和若干個平行的無機膜元件構成膜處理中心，所述容器前端通過法蘭I連接進水箱，所述進水箱設置旋流進水口，所述容器后端通過法蘭II連接集水箱，所述集水箱設置循環出水口，所述容器壁設置壓力表接口和凈水出口 ；所述進水箱和集水箱還設置若干個管道連接口，連接循環設備，從而實現進水箱和集水箱的連接，所述循環設備包括循環管道和循環栗，所述循環栗設置于所述循環管道上，所述循環管道連接污泥濃縮池和壓力供水罐，所述壓力供水罐還同時連接無機膜處理設備。2.如權利要求1所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述的膜處理中心為I個或2個以上串聯或并聯而成，一個膜處理中心及其對應的容器構成一個膜處理單元，每個膜處理單元具有獨立的進水口、凈水口、循環水出口、排污口以及清洗接口，通過調整循環量和排放量來控制凈水產量；每個膜處理單元具有獨立的循環系統與自動清洗系統。3.如權利要求2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述串聯或并聯的個數為1_9 ο4.如權利要求1或2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述的容器形狀為圓形、方形或橢圓形。5.如權利要求1或2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述法蘭I或法蘭II采用回轉式結構。6.如權利要求1或2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述的無機膜元件的孔徑為I納米至50微米。7.如權利要求1或2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述的無機膜元件的密封采用O型密封與活動的錐管螺紋連接模式。8.如權利要求1或2所述的礦井水井下處理裝置，其特征在于:所述法蘭I靠近進水箱一側設置漩渦截流板，所述漩渦截流板為渦旋切流式結構。
【文檔編號】C02F9/02GK205419941SQ201520150696
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年3月17日
【發明人】魏毅宏, 陳星明, 龔為進, 陳高君, 徐玉森
【申請人】湖南平安環保股份有限公司