专利名称：：一种煤矿井下用矿井水深度处理装置及方法
技术领域：
：本发明属于环境工程污水再生利用
技术领域：
，涉及一种水处理装置，特别涉及一种煤矿井下用矿井水深度处理装置及方法。
背景技术：
：我国煤炭资源丰富，长期以来在我国一次能源生产和消费构成中均占2/3以上，在未来相当长的时期内，以煤为主的能源供应格局不会改变。我国煤炭矿区主要分布在华东、华北、东北、西北等缺水地区，矿井水处理后回用到生产生活已成为解决矿区水资源短缺的主要途径之一，也是国家节能减排政策及《矿井水利用专项规划》的具体要求。我国煤矿井下用水主要包括降尘喷雾、设备冷却及配制乳化液等。其中降尘喷雾用水量较大，但对水质要求较低，一般经过净化处理的矿井水即可满足；而设备冷却、配制乳化液等用水量只占很小一部分，但其对水质要求较高，需要进行脱盐处理，才能达到《工业循环冷却水设计规范》及《煤矿企业矿山支护标准——液压支架(柱)用乳化油、浓縮物及其高含水液压液MT76-2002》中的有关要求。目前对于这种矿井水主要有两种处理利用途径，一是在地面对矿井水进行净化处理，去除悬浮物后用于井下生产，往往会造成综采、综掘等设备结垢、腐蚀、管路堵塞，减低设备可靠性，縮短维修周期，造成安全及经济上的损失；另一种方法是在地面对矿井水进行深度处理，去除悬浮物及超标的盐类，然后用于井下生产，这需要在地面建立规模较大的矿井水深度处理工厂，并在井下铺设专用管线，投资巨大。并且由于仅有少部分井下用水对水质要求较高，其他用水仅需净化处理即可，所以这种处理方法存在相当大的浪费，实际应用较少。上述矛盾制约了矿井水在煤矿井下生产的应用，在实际生产过程中，往往是一边大量外排矿井水，一边大量开采地下水，对资源及环境形成巨大浪费及破坏。申请号200610114466的中国发明专利公开了一种矿井水井下处理系统，该系统布置在井下，包括沉淀系统、过滤系统、阻垢系统、供水系统，所述矿井水首先经过沉淀系统沉淀，再经过滤系统过滤，后经阻垢系统阻垢后，得到可以回用的清水。所述沉淀系统包括沉淀池，沉淀池包括平流区和斜板区，矿井水依次过平流区和斜板区进行沉淀。所述过滤系统包括初级过滤器、精过滤器，精过滤器为双滤料精过滤器，其内部设有果壳滤料和陶粒滤料两种滤料。阻垢系统的阻垢仪为电子型或永磁型的阻垢装置。还包括反冲洗装置，用于对过滤系统进行清洗。但是，该发明的矿井水井下处理系统由于含有耗电的装置，仍需电力或其它动力进行控制，因此在井下工作时整个处理系统对操作的安全性要求较高，存在一定的安全隐患。另外，该发明主要针对铁锰等金属离子含量较高的矿井水进行处理，对于含盐量较高的矿井水处理效果仍不理想，而且该发明整体结构复杂，整套系统的维修和保养比较费时费工。
发明内容针对现有技术的上述不足，本发明提供了一种无需电力及其他动力、可以满足井下安全要求的煤矿井下用矿井水深度处理装置，该装置利用煤矿井下现有管网中的水压，对经过普通净化处理的矿井水或井下洁净矿井水进行深度处理，去除其中过量的溶解性盐类，用于少数对水质要求较高的机械设备，从而缓解井下用水过程中存在的矛盾。本发明还针对现有技术所存的上述技术问题，提供一种煤矿井下用矿井水深度处理方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的—种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于该装置布置在井下，包括用于降低和稳定管道来水压力的压为调节单元；用于去除矿井水中杂质的一级过滤单元；用于去除水中钙、镁离子的除硬单元；用于去除水中残留杂质的二级过滤单元；禾口进一步去除水中阴、阳离子的纳滤单元；所述的压力调节单元、一级过滤单元、除硬单元、二级过滤单元、纳滤单元和控制单元通过管道依次相连。所述的矿井水首先经过压力调节单元降压，再经过一级过滤单元过滤，然后进入除硬单元去钙镁离子，再进入二级过滤单元二次过滤，最后经过纳滤单元得到可以回用的清水。本发明的装置将上述各单元有机结合起来，将管道来水压力从2.53.5Mpa减压稳定调节至0.60.7Mpa作为矿井水深度处理的动力，使整个系统无需电力及其他动力。作为优选，还包括用于控制压力调节单元和一级过滤单元的控制单元，控制单元以液压控制系统为主，由控制过滤器、控制关断阀及二位三通控制阀依次连接组成，二位三通控制阀通过管路与设置在压力调节单元和一级过滤单元的自动控制阀相连接。本发明的装置可以根据需要增加液压控制单元，实现设备的自动开停、远程控制等功能，从而提高水处理的自动控制能力。控制单元主要用于远程控制过滤器等设备反冲洗及系统开停等。作为优选，所述的压力调节单元包括过滤器、减压阀和流量调节阀，设于压力调节单元前端的给水入口依次与过滤器、减压阀、流量调节阀通过管道连接。压力调节单元主要用于将管道来水压力从2.53.5Mpa减压稳定调节至0.60.7Mpa，且不仅限于上述范围。作为优选，所述的一级过滤单元包括一级过滤器和反冲洗控制阀，所述的一级过滤器是叠片过滤器。一级过滤器可以采用50ym叠片过滤器，也可以是各种自清洗过滤器或者各种介质过滤器，主要用于去除矿井水中的铁锈、沙粒、煤粉及黏性物质等，当截留杂质达到一定数量时可以手动或自动反冲洗，将杂质排出。作为优选，所述的除硬单元包括自动软化器，所述的二级过滤单元包括设有排污口的二级过滤器，二级过滤器与自动软化器通过管道连接，所述的二级过滤器为袋式过滤器或滤芯过滤器。自动软化器可以选用C117型树脂，用于去除水中的C^+、Mg"等，防止其在纳滤膜表面结垢，当树脂饱和后可以自动吸取食盐溶液进行再生，以恢复除硬能力。二级过滤器一般选用10iim袋式过滤器或普通的滤芯过滤器，主要用于去除水中残留的浊度等，当截留杂质过多时，需要更换滤袋或滤芯以恢复过滤能力。作为优选，所述的纳滤单元包括纳滤装置及压力控制阀，所述的纳滤装置由纳滤膜和压力容器构成。纳滤单元是所述的煤矿井下用矿井水深度处理装置的关键部件，用于去除水中的各种阴阳离子，使出水达到前述标准要求。作为优选，所述的矿井水深度处理装置安装在钢制箱体内，箱体底部设有滑撬和牵引孔。本发明的全部组件可以安装在钢制箱体内，箱体底部设有滑撬和牵引孔，通过与外部巻扬机配合可以在井下不通车的巷道内移动、安装定位等。此结构适应于煤矿井下工作环境，便于移动、拖拽，同时安装维护简单，适应于我国煤矿目前的技术水平。组装后的装置使用时只需要安装进出水管、液位控制管及排污管道，即可开始工作；运行维护只需要定期添加无碘食用盐(主要化学成分为氯化钠)。—种煤矿井下用矿井水深度处理方法，其特征在于矿井水经管道首先进入所述的压力调节单元使管道来水压力从2.53.5Mpa减压稳定调节至0.60.7Mpa，然后经一级过滤单元过滤去除矿井水中的杂质，再经除硬单元去除矿井水中的钙镁离子，接着进入二级过滤单元二级过滤去除水中残留的浊度，最后进入纳滤单元去除水中的阴阳离子使出水达标。作为优选，所述的压力调节单元和一级过滤单元通过控制单元进行远程控制，可以提高水处理的工作效率，实现设备的自动开停、远程控制等功能，从而提高水处理的自动控制能力。本发明的煤矿井下用矿井水深度处理装置从井下供水管道中接取经过普通净化处理的矿井水或洁净矿井水进行深度处理，去掉其中的盐类，使其达到《工业循环冷却水设计规范》及《煤矿企业矿山支护标准——液压支架(柱)用乳化油、浓縮物及其高含水液压液MT76-2002》中的有关要求。本发明的装置成套性好，安全性高，可以配置在煤矿井下工作面等集中用水地点，不需要铺设专用管路，同时还可以充分利用现有的管路、矿井水处理设施等，是对煤矿企业实现节能减排的有力支持。同时，本装置具有不用电的特点，解决了目前地面上普遍采用的深度处理设备应用于井下时需要庞大安全保障设备的困扰。图1为本发明的流程图。图2为本发明实施例1的结构示意图。图3为本发明实施例2的结构示意图。附图标记说明1截止阀，2过滤器，3减压阀，4安全阀，5流量调节阀，6压力控制源，7自动液位控制阀，11球阀，12反冲洗控制阀，13—级过滤器，14自动反冲洗控制阀，15精密过滤系统，21自动软化器，31二级过滤器，41纳滤装置，42压力控制阀，51控制过滤器、52控制关断阀，53二位三通控制阀，1-1压力调节单元，2-2—级过滤单元，3-3除硬单元，4-4二级过滤单元，5-5纳滤单元，6-6控制单元。具体实施例方式通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。实施例1如图2所示，一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，该装置布置在井下，包括通过管道依次相连的压力调节单元l-l、一级过滤单元2-2、除硬单元3-3、二级过滤单元4-4和纳滤单元5-5。满足进水压力0.72.0Mpa的矿井水深度处理，处理能力为12t/h。压力调节单元1-1主要包括过滤器2和减压阀3。设于压力调节单元1-1前端的给水入口依次与过滤器2、减压阀3、流量调节阀5通过管道连接，过滤器2与给水入口之间设有截止阀l，减压阀3和流量调节阀5之间设有安全阀4，安全阀4用来保证前述减压阀故障时的安全泄压，防止后续设备损坏。给水入口与矿井水管道通过法兰连接。过滤器采用标准Y型70目管道过滤器。—级过滤单元2-2包括一级过滤器13及反冲洗控制阀12。一级过滤器13采用1只2寸50ym的叠片过滤器。反冲洗控制阀12设于一级过滤器13的进口与出口管路上，反冲洗控制阀12与压力调节单元l-l、除硬单元3-3的连接管道上设有球阀11。反冲洗控制阀12选用手动三向阀，也可采用液压三向阀。矿井水由一级过滤器13前的反冲洗控制阀进入一级过滤器13，由其后的反冲洗控制阀流出。矿井水通过一级过滤器13后的反冲洗控制阀进入一级过滤器13内，反向冲洗，由一级过滤器13前的反冲洗控制阀排出，实现运行与反洗的切换。球阀11主要用于过滤器拆检时截断水流。除硬单元3-3主要包括自动软化器21。自动软化器21的进口与处于一级过滤单元2-2末端的球阀11通过管道连接，自动软化器21的出口与二级过滤单元4-4通过管道连接。自动软化器21主要包括主、辅软化罐，将二者连接起来的自动控制头及盐箱。主、辅软化罐采用316L不锈钢制造，内装软化树脂，本实施例中采用C117型树脂，也可以是其他牌号树脂。进、出水管分别接至自动控制头的进出水口，自动控制头通过机械装置控制内部阀门通、断，实现矿井水软化及树脂再生。二级过滤单元4-4主要包括设有排污口的二级过滤器31，二级过滤器31与自动软化器21通过管道连接，且在此段连接管道上设有阀门。二级过滤器31采用lOym精度的袋式过滤器，也可以采用相同规格滤芯过滤器，主要用于过滤经过软化后矿井水中的微小颗粒物、有机物及树脂碎屑等。纳滤单元5-5主要包括纳滤装置41及压力控制阀42。纳滤装置41主要由压力容器和内置的纳滤膜组成，纳滤装置41的进口通过单向阀与二级过滤单元4-4出口通过管道连接，压力控制阀42设于纳滤装置41的浓水排放口处，以控制浓水排放压力，进而控制水的回收率及脱盐率。该实施例中，纳滤膜采用美国GE公司HL系列膜原件，回收率达到60%以上，脱盐率85%以上。本装置使用时，洁净矿井水或经过净化处理的矿井水经管道进入本发明所述的设备后，先经过压力调节单元，使水压从0.72.OMpa减压、稳定调节至0.60.7Mpa，经反冲洗控制阀进入叠片过滤器，去除水中铁锈、砂粒及煤渣等颗粒物。当过滤一段时间后，杂质堵塞过滤器使前后压差达到0.1Mpa时，手动反转反冲洗控制阀，使水流反向进入叠片过滤器实现反冲洗。过滤后的矿井水进入自动软化器，在自动控制头的控制下，进入软化罐，由树脂交换掉其中的C^+、Mg"等易结垢的阳离子，之后进入二级过滤器。二级过滤器主要用于拦截水中的细小颗粒及树脂等，之后矿井水进入纳滤装置，由纳滤膜分离出溶解性盐类含量极少的产品水，其余绝大部分溶解性盐类在纳滤膜外侧成为浓水排出系统。经过工程实践，实施例1所述装置的主要出水指标完全满足标准要求，可以用于井下机械设备的给水处理。表1为以北方某煤矿的矿井水为原水的工程实践过程中，主要进、出水水质指标与国家标准要求的对照数据。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2—种煤矿井下用矿井水深度处理装置，具体方案同实施例l，不同之处在于如图1所示，在实施例1所述装置的基础上增加了以液压控制系统为主的控制单元6-6，改进了压力调节单元；增加了一级过滤单元数量，改变反冲洗形式；改变纳滤单元型号及数量。增加的液压控制系统实现了设备的自动开停、远程控制等功能，可以满足进水压力2.03.5Mpa的矿井水深度处理，处理能力为5t/h，回收率70%以上。如图3所示，具体改进如下压力调节单元1-1由原来的一级减压改为二级减压，使系统可以处理的来水压力更高；在流量调节阀5之后的管路上，依次增加了为液压控制系统提供压力源的压力控制源6的接口及自动液位控制阀7，从而实现了系统的自动开、停功能。0044]—级过滤单元2-2增加了一级过滤器13即叠片过滤器的数量，由原来的单过滤器改为三过滤器并联工作，每个并联管道上依次设置球阀11、自动反冲洗控制阀14(实施例1中是反冲洗控制阀12)、一级过滤器13和球阀ll，将反冲洗方式改为内源反冲洗，从而相对减少了自动反冲洗控制阀的数量，并在其后增加了由2只20ym袋式过滤器并联组成的精密过滤系统15。该过滤器的结构形式及工作原理同二级过滤单元4-4。纳滤系统改为处理能力更大的HL80系列膜元件。控制单元6-6以液压控制系统为主，液压控制系统由控制过滤器51、控制关断阀52及二位三通控制阀53组成。控制过滤器51采用3/4寸100Pm手动清洗叠片过滤器，主要滤除控制水源中的机械杂质。控制关断阀52采用普通球阀。二位三通控制阀53为手动控制阀门，通过尼龙软管与上述自动液位控制阀7、自动反冲洗控制阀14相连，实现系统的开停、反冲洗等操作。液压控制系统可以安装于设备本体上；也可以独立于设备本体，安装在工作现场，通过液压管路对系统工作状态进行控制。经过工程实践，实施例2所述装置的主要出水指标完全满足标准要求，可以用于井下机械设备的给水处理。表2为以北方某煤矿的矿井水为原水的工程实践过程中，主要进、出水水质指标与国家标准要求的对照数据。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>由于我国现有煤矿工作面深度分布范围较广，从露天开采到近千米的工作面均有，实施例1适应于70-200米深度范围的工作面使用；实施例2适应于200-350米深度范围的工作面使用。以上实施例的工程实践可知，本发明的装置利用煤矿井下现有管网中的水压，对经过普通净化处理的矿井水或井下洁净矿井水进行深度处理，可以有效去除其中过量的溶解性盐类，使其达到《工业循环冷却水设计规范》及《煤矿企业矿山支护标准——液压支架(柱)用乳化油、浓縮物及其高含水液压液MT76-2002》中的有关要求，其出水可用于对水质要求较高的机械设备，从而缓解井下用水过程中存在的矛盾。该设备无需电力及其他动力，可以满足井下安全要求。本发明的全部组件可以安装在钢制箱体内，箱体底部设有滑撬和牵引孔，通过与外部巻扬机配合可以在井下不通车的巷道内移动、安装定位等。此结构适应于煤矿井下工作环境，便于移动、拖拽，同时安装维护简单，适应于我国煤矿目前的技术水平。组装后的装置使用时只需要安装进出水管、液位控制管及排污管道，即可开始工作；运行维护只需要定期添加无碘食用盐(主要化学成分为氯化钠)。应说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。权利要求一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于该装置布置在井下，包括用于降低和稳定管道来水压力的压力调节单元；用于去除矿井水中杂质的一级过滤单元；用于去除水中钙、镁离子的除硬单元；用于去除水中残留杂质的二级过滤单元；和进一步去除水中阴、阳离子的纳滤单元；所述的压力调节单元、一级过滤单元、除硬单元、二级过滤单元、纳滤单元和控制单元通过管道依次相连。2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于还包括用于控制压力调节单元和一级过滤单元的控制单元，控制单元以液压控制系统为主，由控制过滤器、控制关断阀及二位三通控制阀依次连接组成，二位三通控制阀通过管路与设置在压力调节单元和一级过滤单元的自动控制阀相连接。3.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的压力调节单元包括过滤器、减压阀和流量调节阀，设于压力调节单元前端的给水入口依次与过滤器、减压阀、流量调节阀管道连接。4.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的一级过滤单元包括一级过滤器和反冲洗控制阀，所述的一级过滤器是叠片过滤器。5.根据权利要求3所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的一级过滤单元包括一级过滤器和反冲洗控制阀，所述的一级过滤器是叠片过滤器。6.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的除硬单元包括自动软化器，所述的二级过滤单元包括设有排污口的二级过滤器，二级过滤器与自动软化器管道连接，所述的二级过滤器为袋式过滤器或滤芯过滤器。7.根据权利要求1或2所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的纳滤单元包括纳滤装置及压力控制阀，所述的纳滤装置由纳滤膜和压力容器构成。8.根据权利要求5所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理装置，其特征在于所述的纳滤单元包括纳滤装置及压力控制阀，所述的纳滤装置由纳滤膜和压力容器构成。9.一种煤矿井下用矿井水深度处理方法，其特征在于矿井水经管道首先进入所述的压力调节单元使管道来水压力从2.53.5Mpa减压稳定调节至0.60.7Mpa，然后经一级过滤单元过滤去除矿井水中的杂质，再经除硬单元去除矿井水中的钙镁离子，接着进入二级过滤单元二级过滤去除水中残留的浊度，最后进入纳滤单元去除水中的阴阳离子使出水达标。10.根据权利要求9所述的一种煤矿井下用矿井水深度处理方法，其特征在于所述的压力调节单元和一级过滤单元通过控制单元进行远程控制。全文摘要本发明涉及一种水处理装置，特别涉及一种煤矿井下用矿井水深度处理装置及方法，该装置包括压力调节单元、一级过滤单元、除硬单元、二级过滤单元、纳滤单元，利用该装置处理矿井水时矿井水首先经过压力调节单元降压，再经过一级过滤单元过滤，然后进入除硬单元去钙镁离子，再进入二级过滤单元二次过滤，最后经过纳滤单元得到可以回用的清水。本发明的装置将上述各单元有机结合起来，将管道来水压力从2.5～3.5MPa减压稳定调节至0.6～0.7MPa作为矿井水深度处理的动力及水源，使整个系统无需电力及其他动力，解决了目前地面上普遍采用的深度处理设备应用于井下时需要庞大安全保障设备的困扰。文档编号C02F9/02GK101712516SQ20091025260公开日2010年5月26日申请日期2009年11月25日优先权日2009年11月25日发明者周如禄,朱留生,毛维东,郭中权,高亮申请人:煤炭科学研究总院杭州环境保护研究所