CN112028194B - 矿井水闪混低速多级加药方法与装置 - Google Patents

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Abstract

一种矿井水闪混低速多级加药方法和装置，其通过设置闪速混合区、低速混合区和固液分离区，分别朝矿井水处理站进水喷射溶解态PAC、低速投加溶解态阳离子型PAM和通过斜板沉降池完成污泥沉降，实现高效固液分离，分析后清水和污泥分别从沉降池顶部及底部排出；由此，本发明通过矿井水自井下抽出时自带的水势，在其流动过程中创造高紊流场用以破碎水中悬浮物并进行混凝造粒，并通过改变助凝剂投加角度实现絮体生长成型，同时完成矿井水中浊度的去除。

Description

矿井水闪混低速多级加药方法与装置
技术领域
本发明涉及矿井水处理与利用的技术领域，尤其涉及一种矿井水闪混低速多级加药方法与装置。
背景技术
矿井水是指煤炭资源人工开发过程中，破坏了地下含水层原有稳定结构，从而在矿井下涌出的一类水源，其主要来源于地表入渗补给第四系松散层中的水以及地下水。在我国西部地区,矿井水中主要污染物质为煤粉、岩尘等，水体呈现高悬浮物、高浊度的水质特性，上述悬浮物粒径通常位于50μm以下，采用自然沉降的方法难以去除。
在实际处理过程中，往往采用混凝加药的方法对水中悬浮物质进行去除，但由于水量较大，需建造较大体积的混凝反应池进行混凝沉淀，产生了较大的土建成本与能源消耗。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种矿井水闪混低速多级加药方法与装置，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿井水闪混低速多级加药方法与装置，通过矿井水自井下抽出时自带的水势，在其流动过程中创造高紊流场用以破碎水中悬浮物并进行混凝造粒，并通过改变助凝剂投加角度实现絮体生长成型，同时完成矿井水中浊度的去除。
为实现上述目的，本发明公开了一种矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：在矿井水处理站进水处设置闪速混合区，朝矿井水处理站进水喷射溶解态PAC，通过调整喷射角度及速度创造高剪切力以形成高紊流场，对水中悬浮物质进行快速破碎；
步骤二：在PAC喷射区的下方设置低速混合区，对完成快速破碎的矿井水进行低速投加溶解态阳离子型PAM，创造低紊流场进行凝聚，从而利用PAM的吸附架桥作用，能有效提高水中悬浮物质的沉降速度；
步骤三：从低速混合区凝聚后矿井水处理站进水进入固液分离区，沉降后即可实现高效固液分离，而后上清液由顶部溢流口进入下一处理单元，污泥由底部排出。
其中：在闪速混合区喷射溶解态PAC的方向位于矿井水进水的延长线方向上，与出水方向呈180°夹角，持续时间为1-5min。
其中：在低速混合区投加溶解态阳离子型PAM的喷射方向位于矿井水进水方向的法线上，与出水方向呈30-45°的相反夹角，反应时间为5-10min。
其中：在固液分离区的沉降时间为25-30min，并采用斜板沉降池完成污泥沉降，最终实现高效固液分离。
其中：闪混加药区流量为1.5L/min，PAC浓度控制为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
其中：低速混合区流量为0.5L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈45°夹角，进行絮体的成型生长。
其中：闪混加药区流量为3L/min，PAC浓度为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
其中：低速混合区流量为1L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈40°夹角，进行絮体的成型生长。
其中：闪混加药区流量为5L/min，PAC浓度为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
其中：低速混合区流量为1.5L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈30°夹角，进行絮体的成型生长。
还公开了一种矿井水闪混低速多级加药装置，包括PAC储存罐、PAM储存罐和固液分离装置，其特征在于：
所述PAC储存罐的出口设有PAC输送管，所述PAC输送管的末端设有PAC加药口，所述PAC加药口的喷射方向和矿井水进水管的出水方向平齐，从而形成180°夹角的PAC喷射，所述PAM储存罐的出口设有PAM输送管，所述PAM输送管的末端设有位于PAC下方的PAM加药口，所述PAC加药口的喷射方向和水流方向形成一喷射夹角，所述固液分离装置设置于水流末端。
通过上述内容可知，本发明的矿井水闪混低速多级加药方法与装置具有如下效果：
1、操作简单，易于实现工业化。
2、处理成本低，只需在污水处理厂原有管道进行改造。
3、处理效率高，充分利用了矿井水井下抽出时自身水势。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明的矿井水闪混低速多级加药装置的结构示意图。
图2显示了本发明的矿井水闪混低速多级加药方法的示意图。
具体实施方式
参见图1和2，显示了本发明的矿井水闪混低速多级加药方法与装置。
所述矿井水闪混低速多级加药方法可包含如下步骤：
步骤一：在矿井水处理站进水处设置闪速混合区，朝矿井水处理站进水喷射溶解态PAC，通过调整喷射角度及速度创造高剪切力以形成高紊流场，对水中悬浮物质进行快速破碎。
步骤二：在PAC喷射区的下方设置低速混合区，对已完成快速破碎的矿井水进行低速投加溶解态阳离子型PAM，创造低紊流场进行凝聚，从而利用PAM的吸附架桥原理，能有效提高水中悬浮物质的沉降速度。
步骤三：从低速混合区凝聚后的矿井水进入固液分离区，静置后即可实现高效固液分离，而后上清液由顶部溢流口进入下一处理单元，污泥则由沉淀池底部排出。
其中，在闪速混合区喷射溶解态PAC的方向位于矿井水进水的延长线方向上，与出水方向呈180°夹角，持续时间可为1-5min。
其中，在低速混合区低速投加溶解态阳离子型PAM的喷射方向位于矿井水进水方向的法线上，与出水方向呈30-45°的相反夹角(参见图2)，反应时间为5-10min。
其中，在固液分离区的沉降时间为25-30min，并采用斜板沉淀池进行沉降，最终实现高效固液分离。
本发明还提供了一种矿井水闪混低速多级加药装置，其包括PAC储存罐11、PAM储存罐12和固液分离装置13，所述PAC储存罐11的出口设有PAC输送管14，所述PAC输送管14的末端设有PAC加药口15，所述PAC加药口15的喷射方向和矿井水进水管10的出水方向平齐，从而形成180°夹角的PAC喷射，所述PAM储存罐12的出口设有PAM输送管16，所述PAM输送管16的末端设有位于PAC下方的PAM加药口17，所述PAC加药口17的喷射方向和水流方向形成一喷射夹角，所述喷射夹角为20-45°，所述固液分离装置13设置于水流末端。
由此，本发明能在闪速混合区利用矿井水自井下中央水仓抽出时自身水势，在其相反方向喷射溶液态PAC，水中悬浮微粒被迅速打散，并与PAC分解产生的水合铝离子迅速结合成大颗粒悬浮物；在低速混合区实现絮凝体的成型生长，进一步通过吸附架桥等作用结合成具有体积巨大，高沉降性能的絮体；在固液分离区沉降后加药后的矿井水在该阶段自然沉降后实现固液分离。
根据本发明的实施例一：
首先，针对水文地质条件划分类型为简单的矿区，最大涌水量≤180m3/h，按照井下直接回用率50％计算，自井下抽出时水量为90m3/h，浊度设定为200NTU。
随后，在进入矿井水处理站之前进行闪混低速多级加药，共有三个步骤：
闪混加药区，控制药剂流量维持在1.5L/min，采用PAC作为絮凝剂，药剂浓度控制在50mg/L，加药口径控制在φ5mm*4，药剂出口处与矿井水进水管呈180°夹角，使水中悬浮物质充分分散。
低速混合区，控制药剂流量维持在0.5L/min，采用阳离子PAM作为助凝剂，药剂浓度控制在0.5mg/l，加药口径控制在φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈45°夹角，进行絮体的成型生长。
固液分离区，最后加药后的矿井水进入沉降池，停留时间是25-30min，完成固液分离，污泥从沉降池底部排出。
最终，测定固液分离区上清液矿井水浊度达到10-20NTU，去除率达到90％。
实施例二：
首先，针对水文地质条件划分类型中等的矿区，180m3/h≤涌水量≤600m3/h，按照井下直接回用率50％计算，自井下抽出时水量设为200m3/h，浊度为200NTU。
随后，由出水管进入矿井水处理站之前进行加药，共有三个步骤：
闪混加药区，控制药剂流量维持在3L/min，采用PAC作为絮凝剂，药剂浓度控制在50mg/L，加药口径控制在φ5mm*4，药剂出口处与矿井水进水管呈180°夹角，使水中悬浮物质充分分散。
低速混合区，控制药剂流量维持在1L/min，采用阳离子PAM作为助凝剂，药剂浓度控制在0.5mg/l，加药口径控制在φ10mm*2，调整药剂出口出与矿井水进水管呈40°夹角，进行絮体的成型生长。
固液分离区，最后加药后的矿井水进入沉降池，停留时间是25-30min，完成固液分离，污泥从沉降池底部排出。
最终，测定固液分离区上清液矿井水浊度达到10-20NTU，去除率达到90％。
实施例三：
首先，针对水文地质条件划分类型为复杂的矿区，涌水量≥600m3/h，按照井下直接回用率50％计算，自井下抽出时水量设为300m3/h，浊度设定为200NTU。
随后，由出水管进入矿井水处理站之前进行闪混加药，共有三个步骤：
闪混加药区，控制药剂流量维持在5L/min，采用PAC作为絮凝剂，药剂浓度控制在50mg/L，加药口径控制在φ5mm*4，药剂出口处与矿井水进水管呈180°夹角，使水中悬浮物质充分分散。
低速混合区，控制药剂流量维持在1.5L/min，采用阳离子PAM作为助凝剂，药剂浓度控制在0.5mg/l，加药口径控制在φ10mm*2，调整药剂出口出与矿井水进水管呈30°夹角，进行絮体的成型生长。
固液分离区，最后加药后的矿井水进入沉降池，停留时间是25-30min，完成固液分离，污泥从沉降池底部排出。
最终，测定固液分离区上清液矿井水浊度达到5-10NTU，去除率达到95％。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (9)

1.一种矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于包含如下步骤：
步骤一：在矿井水处理站进水处设置闪速混合区，朝矿井水处理站进水喷射溶解态PAC，通过调整喷射角度及速度创造高剪切力以形成高紊流场，对水中悬浮物质进行快速破碎，其中在闪速混合区喷射溶解态PAC的方向位于矿井水进水的延长线方向上，与出水方向呈180°夹角，持续时间为1-5min，从而在其相反方向喷射溶液态PAC，水中悬浮微粒被迅速打散，并与PAC分解产生的水合铝离子迅速结合成大颗粒悬浮物；
步骤二：在PAC喷射区的下方设置低速混合区，对完成快速破碎的矿井水进行低速投加溶解态阳离子型PAM，创造低紊流场进行凝聚，从而利用PAM的吸附架桥作用，能有效提高水中悬浮物质的沉降速度，其中在低速混合区投加溶解态阳离子型PAM的喷射方向位于矿井水进水方向的法线上，与出水方向呈30-45°的相反夹角，反应时间为5-10min从而在低速混合区实现絮凝体的成型生长，进一步通过吸附架桥作用结合成具有体积巨大，高沉降性能的絮体；
步骤三：从低速混合区凝聚后矿井水处理站进水进入固液分离区，沉降后即可实现高效固液分离，而后上清液由顶部溢流口进入下一处理单元，污泥由底部排出。
2.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：在固液分离区的沉降时间为25-30min，并采用斜板沉降池完成污泥沉降，最终实现高效固液分离。
3.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：闪混加药区流量为1.5L/min，PAC浓度控制为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
4.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：低速混合区流量为0.5L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈45°夹角，进行絮体的成型生长。
5.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：闪混加药区流量为3L/min，PAC浓度为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
6.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：低速混合区流量为1L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈40°夹角，进行絮体的成型生长。
7.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：闪混加药区流量为5L/min，PAC浓度为50mg/L，加药口径为φ5mm*4。
8.如权利要求1所述的矿井水闪混低速多级加药方法，其特征在于：低速混合区流量为1.5L/min，PAM浓度为0.5mg/l，加药口径为φ10mm*2，药剂出口出与矿井水进水管呈30°夹角，进行絮体的成型生长。
9.一种实现权利要求1-8中任一所述矿井水闪混低速多级加药方法的矿井水闪混低速多级加药装置，包括PAC储存罐、PAM储存罐和固液分离装置，其特征在于：
所述PAC储存罐的出口设有PAC输送管，所述PAC输送管的末端设有PAC加药口，所述PAC加药口的喷射方向和矿井水进水管的出水方向平齐，从而形成180°夹角的PAC喷射，所述PAM储存罐的出口设有PAM输送管，所述PAM输送管的末端设有位于PAC下方的PAM加药口，所述PAC加药口的喷射方向和水流方向形成一喷射夹角，所述固液分离装置设置于水流末端。
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