一种去除矿井水中残余铝的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明提供了一种去除矿井水中残余铝的方法，包括向待处理的矿井水中投加聚合氯化铝(PAC)和粉末活性炭，通过搅拌处理和静置沉淀处理，去除矿井水中的悬浮物，并采用活性炭过滤器吸附矿井水中的残余铝。本发明同时提供了一种去除矿井水中残余铝的装置，包括混凝反应池、加药装置、搅拌装置，沉淀池和和活性炭过滤器。经本发明的方法和装置处理后的矿井水，出水中残余铝含量可稳定维持在0.2mg/L以下，达到国家饮用水标准规定。
【专利说明】一种去除矿井水中残余铝的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及矿井水的处理方法，具体涉及一种采用聚合氯化铝和粉末活性炭降低 矿井水中残余铝并采用活性炭去除矿井水中残余铝的方法，属于废水处理领域。
【背景技术】
[0002] 煤炭在开采过程中将排出大量的矿井水。2010年，我国煤炭产量达到32. 4亿t， 煤矿矿井水排放量约61亿m3。按照矿井水的污染特性，矿井水主要分为高悬浮物矿井水、 高矿化度矿井水（又称矿井苦咸水）、酸性矿井水和特殊污染物矿井水等四大类。其中，高 悬浮物矿井水所占比例最大，约占60-70%左右。我国绝大部分煤炭产地均位于极度缺水地 区。因此，对矿井水进行有效处理后进行回用，是矿井水处理与资源化的必然选择。
[0003] 对于高悬浮物矿井水，我国大多数矿井排水均属于此类型。悬浮物含量高主要是 地下水受开采影响而带入的煤尘和岩粉。此类矿井水的处理方法基本上均是采用混凝、沉 淀、过滤和消毒工艺处理，达到矿井水净化目的后排放或回用。高悬浮物矿井水中SS (悬浮 物）含量一般在l〇〇-l〇〇〇mg/L。在井下水仓清仓时，SS含量最高可达每升上万毫克。并 且，矿井水中SS颗粒粒径非常小，平均只有2-8 μ m，总悬浮物中有85%以上的SS颗粒粒径 在50μπι以下。对于如此细小的颗粒物，采用自然沉降的方法是很难去除的。此外，细小颗 粒在水中还受颗粒的布朗运动的影响，颗粒界面间的相互作用使得矿井水水质复杂化，不 但具有悬浮液的特性，还具有胶体的某些性质。因此，必须向高悬浮物矿井水中投加适量混 凝剂，破坏矿井水中的胶体稳定性，使细微颗粒聚集成较大的絮团，加快沉降速度，提高净 化效果。常用的混凝剂是以铝盐为基础的聚合氯化铝（PAC)高分子混凝剂。但PAC的使用 会导致矿井水中出现较高浓度的残余铝，而铝在人体内的积累会对人体产生毒性，导致老 年痴呆、骨质疏松、神经功能紊乱等疾病的发生。鉴于水中铝的危害性，各国都制定了相应 的水环境中铝浓度标准，我国规定饮用水中铝浓度〈0. 2mg/L。根据文献，我国已查的40座 城市中，有32. 5%的城市饮用水中铝浓度超标，东北地区超标的城市高达76. 9%。由于大 部分高悬浮物矿井水经处理后会直接或间接地用作饮用水用途。因此，去除高悬浮物矿井 水中残余铝对保护人体健康、保护环境具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明针对矿井水处理中存在的问题，提供了一种去除矿井水中残余铝的方法， 采用聚合氯化铝（PAC)和粉末活性炭共同絮凝去除矿井水中的悬浮物，并采用活性炭吸附 矿井水中的残余铝，采用本发明方法处理矿井水，可使处理后的矿井是中残余铝的含量显 著降低，达到国家规定的饮用水标准。
[0005] 本发明一方面提供一种去除矿井水中残余铝的方法，包括如下步骤：
[0006] 将待处理的矿井水引入到混凝反应池中；
[0007] 将聚合氯化铝和粉末活性炭投入到所述混凝反应池的矿井水中；
[0008] 通过对投入了所述聚合氯化铝和粉末活性炭的矿井水进行搅拌处理，使矿井水中 的悬浮物混凝；
[0009] 通过对悬浮物已混凝的矿井水进行静置沉淀处理，得到去除了混凝悬浮物的清 水；
[0010] 利用活性炭过滤器吸附所述清水中残余的聚合氯化铝，从而得到净水。
[0011] 其中，所述聚合氯化铝的投加量为55-100mg/L。
[0012] 特别是，所述聚合氯化错的投加量为55_80mg/L。
[0013] 尤其是，所述聚合氯化铝的投加量优选为60mg/L。
[0014] 特别是，所述聚合氯化铝中Al2O3的含量为9. 6-10. 5%，优选为10%。
[0015] 尤其是，所述聚合氯化铝的盐基度为58. 2-63. 8%，优选为60%。
[0016] 特别是，所述聚合氯化铝的密度为I. 166-1. 183g/mL，优选为I. 175g/mL。
[0017] 聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，其主要成分主要是三氧化二铝即氧化铝， 具有高电荷聚合环链体形，对废水中的胶体和颗粒物具有高度电中和及桥联作用，可去除 废水中的难降解有机物、SS和重金属离子等污染物质。
[0018] 其中，所述聚合氯化铝投加量与粉末活性炭投加量的比值为：55-100 :4_6,即当 聚合氯化错的投加量为55-100mg/L时，粉末活性炭的投加量为4-6mg/L。
[0019] 特别是，所述聚合氯化铝投加量与粉末活性炭投加量的比值为：55-80 :4_6。
[0020] 尤其是，所述聚合氯化铝投加量与粉末活性炭投加量的比值优选为60 :4_6。
[0021] 特别是，所述聚合氯化铝投加量与粉末活性炭投加量的比值进一步优化为60 :5。
[0022] 尤其是，所述活性炭优选为褐煤基活性炭。
[0023] 特别是，所述褐煤基活性炭的粒径为0. 2-0. 4_，表面积为1000-1200m2/g。
[0024] 尤其是，所述褐煤基活性炭的成分含量为：灰份：8-12% ;水份< 4%。
[0025] 特别是，所述褐煤基活性炭的碘值为900-1100g/g。
[0026] 活性炭通过桥接固体悬浮颗粒，从而使悬浮物迅速沉降而得以去除。本发明采用 活性炭和聚合氯化铝一同降低矿井水中的悬浮物，可降低聚合氯化铝的投加量并增加混凝 效果，在增加悬浮物去除率的同时减少了矿井水中的残余铝含量。
[0027] 其中，所述搅拌处理为先在150-250r/min的搅拌速率下搅拌l-5min，然后降低搅 拌速率至 30-80r/min，搅拌 5-20min。
[0028] 特别是，所述搅拌处理为先在200r/min的搅拌速率下搅拌2min，然后降低搅拌速 率至 50r/min，揽拌 lOmin。
[0029] 在搅拌的作用下，添加剂与矿井水充分混合均匀。因为初步形成的絮凝体很容易 被打散，所以在开始的时候快速进行搅拌，以确保絮凝的稳定进行，不破坏絮凝体的分子结 构；之后，慢速搅拌可以使最终形成的絮凝体不会迅速沉淀下来，使整个絮凝达到最佳的效 果。
[0030] 其中，所述静置沉淀处理的时间为10_30min。
[0031] 特别是，所述静置沉淀处理的时间优选为20min。
[0032] 对悬浮物已混凝的矿井水进行静置沉淀处理，悬浮物由于重力作用沉降到水底， 上清液即为去除了悬浮物的清水。
[0033] 其中，利用活性炭过滤器吸附所述清水中残余的聚合氯化铝，从而得到净水。
[0034] 特别是，将所述清水引入活性炭过滤器，通过活性炭的吸附、网捕截留作用去除清 水中的残余铝，处理后的矿井水出水中残余铝含量可稳定维持在〇.2mg/L以下，达到国家 饮用水标准规定。
[0035] 尤其是，所述活性炭优选为褐煤基活性炭。
[0036] 特别是，所述褐煤基活性炭的粒径为0. 2-0. 4mm，孔径为2-100nm，表面积为 1000-1200m2/g。
[0037] 尤其是，所述褐煤基活性炭的成分含量为：灰份：8-12% ;水份彡4%。
[0038] 特别是，所述褐煤基活性炭的碘值为900-1100g/g。
[0039] 本发明另一方面提供一种去除矿井水中残余铝的装置，包括：
[0040] 混凝反应池，用于接受并保存来自矿井的待处理矿井水；
[0041] 加药装置，用于将聚合氯化铝和粉末活性炭投入到所述混凝反应池的矿井水中；
[0042] 混凝搅拌装置，用于对投入了所述聚合氯化铝和粉末活性炭的矿井水进行搅拌处 理，使矿井水中的悬浮物混凝；
[0043] 沉淀池，用于对悬浮物已混凝的矿井水进行静置沉淀处理，得到去除了混凝悬浮 物的清水；
[0044] 活性炭过滤器，用于吸附所述清水中残余的聚合氯化铝，从而得到净水。
[0045] 其中，所述加药装置包括：
[0046] 聚合氯化铝投加装置，用于将聚合氯化铝投入到所述混凝反应池的矿井水中；
[0047] 活性炭投加装置，用于将粉末活性炭投入到所述混凝反应池的矿井水中。
[0048] 其中，所述沉淀池底部还设有排泥装置，用于将沉降下来的污染物污泥定期排出。
[0049] 其中，所述活性炭过滤器的吸附材料优选为褐煤基活性炭。
[0050] 特别是，所述褐煤基活性炭的粒径为0· 2-0. 4mm，孔径为2-100nm，表面积为 1000-1200m2/g。
[0051] 尤其是，所述褐煤基活性炭的成分含量为：灰份：8-12% ;水份彡4%。
[0052] 特别是，所述褐煤基活性炭的碘值为900-1100g/g。
[0053] 其中，所述去除矿井水中残余铝的装置还包括设置在活性炭过滤器上方的反洗装 置，用于对所述活性炭过滤器定期进行反洗处理，去除其上的残留污染物，增加活性炭过滤 器的使用寿命。
[0054] 本发明的装置的工作过程和工作原理如下：
[0055] 待处理的矿井水泵入混凝反应池，在混凝反应池中，通过聚合氯化铝投加装置和 活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，期间通过混凝搅拌装置对矿井水进行充分充分搅 拌，对悬浮物进行混凝；在混凝过程中，由于粉末性炭的加入，一方面可以降低聚合氯化铝 的投药量，另一方面增加了混凝效果。经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，污 泥经排泥装置定期外排。经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，在活性 炭反应器中，清水中的残余铝通过活性炭滤料的吸附、过滤等协同作用，得到最大限度地去 除；活性炭过滤器通过反洗装置对活性炭反应器进行定期清洗，反洗排水再回流至混凝反 应池进行循环处理。最终，经处理后出水即净水外排回用或排放至外环境。
[0056] 本发明的优点和有益技术效果如下：
[0057] 1、本发明采用聚合氯化铝（PAC)和粉末活性炭共同絮凝去除矿井水中的悬浮物， 并采用活性炭吸附矿井水中的残余铝，采用本发明方法处理矿井水，可使处理后的矿井是 中残余铝的含量最大限度地去除，出水中残余铝含量可稳定维持在0. 2mg/L以下，达到国 家规定的饮用水标准。
[0058] 2、本发明在使用聚合氯化铝絮凝的同时加入粉末活性炭，粉末活性炭的加入使得 在降低悬浮物含量的同时降低了聚合氯化铝的投药量，进而降低了矿井水中的残余铝含 量。
[0059] 3、本发明采用活性炭过滤器对去除了悬浮物的矿井水进行吸附处理，在去除矿井 水中的悬浮物的同时有效的降低矿井水中残余铝的含量。
[0060] 4、本发明选用褐煤基活性炭进行处理，原料来源方便，价格低廉，适用于大规模的 推广和工业上的使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0061] 图1是本发明去除矿井水中残余铝的装置的结构示意图；
[0062] 附图标记说明：1、混凝反应池；2、聚合氯化铝投加装置；3、活性炭投加装置；4、混 凝搅拌装置；5、沉淀池；6、活性炭过滤器；7、排泥装置；8、反洗装置。
【具体实施方式】
[0063] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0064] 如图1所示，本发明去除矿井水中残余铝的装置包括混凝反应池 1，聚合氯化铝投 加装置2,活性炭投加装置3,混凝搅拌装置4,沉淀池5和活性炭过滤器6。
[0065] 混凝反应池1用于接受并保存来自矿井的待处理矿井水；聚合氯化铝投加装置2 用于将聚合氯化铝投入到所述混凝反应池的矿井水中；活性炭投加装置3用于将粉末活性 炭投入到所述混凝反应池的矿井水中；混凝搅拌装置4用于对投入了所述聚合氯化铝和粉 末活性炭的矿井水进行搅拌处理，使矿井水中的悬浮物混凝；沉淀池5用于对悬浮物已混 凝的矿井水进行静置沉淀处理，得到去除了混凝悬浮物的清水；沉淀池5底部还设有排泥 装置7,用于将沉降下来的污染物污泥定期排出；活性炭过滤器6用于吸附所述清水中残余 的聚合氯化铝，从而得到净水；在活性炭过滤器上方的反洗装置8用于对所述活性炭过滤 器定期进行反洗处理，去除其上的残留污染物，增加活性炭过滤器的使用寿命。
[0066] 待处理的矿井水泵入混凝反应池1，在混凝反应池中，通过聚合氯化铝投加装置2 和活性炭投加装置3对矿井水进行投药混凝，期间通过混凝搅拌装置4对矿井水进行充分 搅拌，对悬浮物进行混凝；经混凝后的矿井水自流流入沉淀池5进行静置沉淀，污泥经排泥 装置7定期外排；经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器6进行处理，在活性炭反应 器中，清水中的残余铝通过活性炭滤料的吸附、过滤等协同作用，得到最大限度地去除；活 性炭过滤器通过反洗装置8对活性炭反应器进行定期清洗，反洗排水再回流至混凝反应池 进行循环处理。最终，经处理后出水即净水外排回用或排放至外环境。
[0067] 本发明实施例中所用聚合氯化铝购自河南巩义试剂厂，其中Al2O3的含量为 10%，盐基度为60%。密度为I. 175g/mL，其它的Al2O3的含量为9. 6-10. 5%，盐基度为 58. 2-63. 8%。密度为I. 166-1. 183g/mL的聚合氯化铝均适用于本发明；粉末褐煤基活性 炭购自内蒙宝日希勒煤业有限公司，其粒径为〇. 2-0. 4mm，表面积为1000-1200m2/g，灰份为 8-12% ;水份< 4%，碘值为900-1100g/g ;活性炭过滤器的吸附材料为褐煤基活性炭，购自 内蒙宝日希勒煤业有限公司，其粒径为0. 2-0. 4mm，孔径为2-100nm，表面积为1000-1200m2/ g，灰份为8-12% ;水份< 4%，碘值为900-1100g/g。
[0068] 本发明实施例中处理的矿井水取自神华神东煤炭集团公司榆家梁矿去除矿井水 中残余铝中试处理工程，处理量为12t/d。
[0069] 实施例1
[0070] 1、将待处理的矿井水泵入混凝反应池，待混凝反应池内的液面高度达到距离池顶 部50cm时，停止进水；混凝反应池的尺寸为：4000X 5600X4500mm。
[0071] 2、开启聚合氯化铝投加装置和活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，其中聚合 氯化铝的投加量为60mg/L，粉末褐煤基活性炭的投加量为5mg/L ;开启混凝搅拌装置对矿 井水进行充分充分搅拌，先在200r/min的搅拌速率下搅拌2min，然后降低搅拌速率至50r/ min,揽拌 IOmin0
[0072] 3、经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，静置沉淀的时间为20min ; 沉淀池的尺寸为：4000X2000X4500mm。
[0073] 4、将经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，去除清水中的残余 铝，活性炭过滤器的尺寸为：内径800mm，高度1600mm，活性炭层高度1000mm，滤液即为处理 后的出水。对矿井水的处理效果见表1。
[0074] 实施例2
[0075] 1、将待处理的矿井水泵入混凝反应池，待混凝反应池内的液面高度达到距离池顶 部50cm时，停止进水；混凝反应池的尺寸为：4000X 5600X4500mm。
[0076] 2、开启聚合氯化铝投加装置和活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，其中聚合 氯化铝的投加量为70mg/L，粉末褐煤基活性炭的投加量为4. 5mg/L ;开启混凝搅拌装置对 矿井水进行充分充分搅拌，先在220r/min的搅拌速率下搅拌3min，然后降低搅拌速率至 65r/min,揽拌 8min〇
[0077] 3、经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，静置沉淀的时间为15min ; 沉淀池的尺寸为：4000X2000X4500mm。
[0078] 4、将经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，去除清水中的残余 铝，活性炭过滤器的尺寸为：内径800mm，高度1600mm，活性炭层高度1000mm，滤液即为处理 后的出水。对矿井水的处理效果见表1。
[0079] 实施例3
[0080] 1、将待处理的矿井水泵入混凝反应池，待混凝反应池内的液面高度达到距离池顶 部50cm时，停止进水；混凝反应池的尺寸为：4000X 5600X4500mm。
[0081] 2、开启聚合氯化铝投加装置和活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，其中聚合 氯化铝的投加量为80mg/L，粉末褐煤基活性炭的投加量为5. 5mg/L ;开启混凝搅拌装置对 矿井水进行充分充分搅拌，先在180r/min的搅拌速率下搅拌4min，然后降低搅拌速率至 40r/min,揽拌 15min〇
[0082] 3、经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，静置沉淀的时间为25min ; 沉淀池的尺寸为：4000X2000X4500mm。
[0083] 4、将经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，去除清水中的残余 铝，活性炭过滤器的尺寸为：内径800mm，高度1600mm，活性炭层高度1000mm，滤液即为处理 后的出水。对矿井水的处理效果见表1。
[0084] 实施例4
[0085] 1、将待处理的矿井水泵入混凝反应池，待混凝反应池内的液面高度达到距离池顶 部50cm时，停止进水；混凝反应池的尺寸为：4000X 5600X4500mm。
[0086] 2、开启聚合氯化铝投加装置和活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，其中聚合 氯化铝的投加量为55mg/L，粉末褐煤基活性炭的投加量为4mg/L ;开启混凝搅拌装置对矿 井水进行充分充分搅拌，先在150r/min的搅拌速率下搅拌5min，然后降低搅拌速率至80r/ min,揽拌 5min。
[0087] 3、经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，静置沉淀的时间为IOmin ; 沉淀池的尺寸为：4000X2000X4500mm。
[0088] 4、将经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，去除清水中的残余 铝，活性炭过滤器的尺寸为：内径800mm，高度1600mm，活性炭层高度1000mm，滤液即为处理 后的出水。对矿井水的处理效果见表1。
[0089] 实施例5
[0090] 1、将待处理的矿井水泵入混凝反应池，待混凝反应池内的液面高度达到距离池顶 部50cm时，停止进水；混凝反应池的尺寸为：4000X 5600X4500mm。
[0091] 2、开启聚合氯化铝投加装置和活性炭投加装置对矿井水进行投药混凝，其中聚合 氯化铝的投加量为l〇〇mg/L，粉末褐煤基活性炭的投加量为6mg/L ;开启混凝搅拌装置对矿 井水进行充分充分搅拌，先在250r/min的搅拌速率下搅拌lmin，然后降低搅拌速率至30r/ min,揽拌 20min〇
[0092] 3、经混凝后的矿井水自流流入沉淀池进行静置沉淀，静置沉淀的时间为30min ; 沉淀池的尺寸为：4000X2000X4500mm。
[0093] 4、将经过静置沉淀处理后的清水泵入活性炭过滤器进行处理，去除清水中的残余 铝，活性炭过滤器的尺寸为：内径800mm，高度1600mm，活性炭层高度1000mm，滤液即为处理 后的出水。对矿井水的处理效果见表1。
[0094] 表1实施例1-5对矿井水的处理效果
【权利要求】
1. 一种去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，包括如下步骤： 将待处理的矿井水引入到混凝反应池中； 将聚合氯化铝和粉末活性炭投入到所述混凝反应池的矿井水中； 通过对投入了所述聚合氯化铝和粉末活性炭的矿井水进行搅拌处理，使矿井水中的悬 浮物混凝； 通过对悬浮物已混凝的矿井水进行静置沉淀处理，得到去除了混凝悬浮物的清水； 利用活性炭过滤器吸附所述清水中残余的聚合氯化铝，从而得到净水。
2. 根据权利要求1所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述聚合氯化铝 的投加量为55-100mg/L。
3. 根据权利要求2所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述聚合氯化铝 的投加量为55-80mg/L。
4. 根据权利要求1所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述聚合氯化铝 投加量与粉末活性炭投加量的比值为：55-100 :4-6。
5. 根据权利要求4所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述聚合氯化铝 投加量与粉末活性炭投加量的比值为：55-80 :4_6。
6. 根据权利要求1所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述搅拌处理 为先在150-250r/min的搅拌速率下搅拌l-5min，然后降低搅拌速率至30-80r/min，搅拌 5_20min〇
7. 根据权利要求6所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述搅拌处理为 先在200r/min的搅拌速率下搅拌2min，然后降低搅拌速率至50r/min，搅拌lOmin。
8. 根据权利要求1所述的去除矿井水中残余铝的方法，其特征在于，所述静置沉淀处 理的时间为10_30min。
9. 一种去除矿井水中残余铝的装置，其特征在于，包括： 混凝反应池，用于接受并保存来自矿井的待处理矿井水； 加药装置，用于将聚合氯化铝和粉末活性炭投入到所述混凝反应池的矿井水中； 混凝搅拌装置，用于对投入了所述聚合氯化铝和粉末活性炭的矿井水进行搅拌处理， 使矿井水中的悬浮物混凝； 沉淀池，用于对悬浮物已混凝的矿井水进行静置沉淀处理，得到去除了混凝悬浮物的 清水； 活性炭过滤器，用于吸附所述清水中残余的聚合氯化铝，从而得到净水。
【文档编号】C02F9/04GK104445734SQ201410690157
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】张春晖, 谭淑慧, 彭忱, 王凯, 牛夏梦, 苏佩东, 李娟
申请人:中国矿业大学(北京)