一种矿山废水智能处理设备及方法与流程

本发明属于矿山废水智能处理技术领域，尤其涉及一种矿山废水智能处理设备及方法。

背景技术：

矿山废水主要包括采矿矿井水和选矿废水，其中选矿废水占大部分的比重，矿山废水水质复杂，成分繁多，含有多种重金属、有机药剂及其他污染物质，如果外排将对四周生态环境产生严重的危害，如果返回生产流程中，随着废水中的有害物质将不断累积，也会对生产工艺和设备产生不利的影响，因此，需要选择适宜的处理方法对这些废水进行处理。

目前，常用的处理方法有化学沉淀法、吸附法、微生物法、人工湿地法等等，这些处理方法虽然各自具有一定的优点，但普遍受矿山生产条件、环境条件或处理要求等因素的限制，例如，采用化学沉淀法重金属处理效果相对较好，但有机物质处理效果差；吸附法能有效处理重金属废水，但吸附剂再生时，污染物又会重新产生；微生物法处理成本相对较低，但反应条件要求比较苛刻，难以得到推广应用；湿地法占用面积大，处理周期长，也很难满足处理要求。因此，如何选择一种合理、有效、实用的矿山废水智能处理方法，是当前矿山企业普遍面临的难题。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种使用效果好的矿山废水智能处理设备及方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：一种矿山废水智能处理设备，包括过滤池、重金属沉淀池、有机物去除池、消毒池、ph调节池和储水池；

过滤池内设有均与过滤池入口连接的第一分池、第二分池和第三分池，第一分池内设有1个滤网，第二分池内设有两个滤网，两个滤网沿水流方向依次分布；第三分池内设有3个滤网，3个滤网沿水流方向依次分布；

过滤池的入口处设有浊度传感器，第一分池、第二分池和第三分池与过滤池的入口之间连接有电磁阀，浊度传感器的信号输出端连接有处理单元，处理单元分别输出信号控制3个电磁阀的工作；

重金属沉淀池包括搅拌池和沉淀池，第一分池、第二分池和第三分池的出口均连接搅拌池，搅拌池上方设有碱液加入罐，碱液加入罐底面上设有朝向搅拌池设置的碱液出口；

搅拌池出口连接沉淀池；

沉淀池的出口连接有机物去除池，有机物去除池内设有活性炭吸附层，有机物去除池的出口上连接消毒池；

消毒池的出口连接ph调节池，ph调节池的上方设有酸液加入罐，酸液加入罐底面上设有朝向ph调节池设置的酸液出口；

碱液出口和酸液出口上均设有出口堵头，出口堵头与碱液加入罐或酸液加入罐之间设有复位弹簧，出口堵头包括水平设置的堵板和伸入到碱液出口或酸液出口内配合碱液出口或酸液出口设置的塞体；碱液加入罐或酸液加入罐外侧面上设有朝向堵板设置的电动推杆；

ph调节池的出口上设有电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器，电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器分别将采集到的电导率、ph值、砷浓度和汞浓度信息传输到处理单元，处理单元将接收到的电导率、ph值、砷浓度和汞浓度信息传输到客户端；

同时，ph调节池的出口分别通过第三管道和第四管道连接过滤池和储水池。

重金属沉淀池和ph调节池内均设有竖直设置的搅拌轴，搅拌轴上设有1个水平设置的搅拌叶片，搅拌轴上设有沿搅拌轴长度方向设置的中空的吸水腔，搅拌叶片上设有与吸水腔连通的喷水腔，喷水腔内设有泵体，泵体的出口与位于搅拌叶片下表面的搅拌液出口连通。

在水源出口连接有进水管，过滤池的前方设有降温箱，进水管上设有温度传感器，温度传感器的信号输出端连接处理单元的信号输入端；进水管通过第一管道连接降温箱，在降温箱中设有冷却盘管，冷却盘管中通入有冷却介质；降温箱连接过滤池，同时进水管还通过第二管道连接过滤池，其中，第一管道和第二管道上分别设有第一电磁阀和第二电磁阀，处理单元输出信号控制第一电磁阀和第二电磁阀的工作；

同时，第三管道和第四管道上分别设有第三电磁阀和第四电磁阀，处理单元输出信号控制第三电磁阀和第四电磁阀的工作。

一种应用上述设备进行矿山废水智能处理的方法，依次包括如下步骤：

(1)检测矿山废水的浊度，根据检测到的浊度值开启第一分池、第二分池或第三分池的电磁阀，进行一级过滤；

(2)经过滤池过滤的废水进入到重金属沉淀池的搅拌池，碱液从碱液加入罐中出来也进入到重金属沉淀池的搅拌池，保证搅拌池的出水口处的ph值为8～8.5；碱液加入到搅拌池中后，搅拌池中的搅拌轴开始转动，其中，搅拌池中的搅拌轴的转动速度为20r/s；水从搅拌池出来后进入到重金属沉淀池的的沉淀池，在沉淀池中重金属进行沉淀；

(3)经过沉淀池沉淀的水进入到有机物去除池，水在有机物去除池中流经活性炭吸附层对水中的有机物进行吸附去除；

(4)经过有机物去除池吸附的水进入到消毒池进行消毒；

(5)经过消毒的水进入到ph调节池，同时酸液也进入到ph调节池，对ph调节池中的液体进行调节ph，保证从ph调节池的出口出来的液体的ph为6.9～7.1；酸液进入到ph调节池中后，ph调节池中的搅拌轴开始转动，其中，ph调节池中的搅拌轴的转动速度为20r/s；

(6)对从ph调节池出来的水检测电导率、ph值、砷浓度和汞浓度，电导率、ph值、砷浓度和汞浓度均符合设定值时，将从ph调节池出来的水通入到储水池储存待用；当电导率、ph值、砷浓度和汞浓度有任一不符合设定值时，将从ph调节池出来的水通入到重金属沉淀池的搅拌池中，随后依次重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。

水在消毒池中与臭氧接触，在臭氧作用下进行消毒，保证消毒池中水与臭氧体积比为1:0.08～1:0.1。

步骤1中，根据浊度开启电磁阀的规则为：

当浊度小于100°时，开启第一分池的电磁阀；

当浊度为100°～350°时，开启第二分池的电磁阀；

当浊度大于350°时，开启第三分池的电磁阀。

在一级过滤之前需要检测废水的温度，当废水的温度高于60°时，需要对废水进行降温。

对废水降温的方法为：将废水通入到降温箱，向降温箱的冷却盘管中通入冷却介质，冷却介质与废水进行间接降温。

通入的冷却介质的质量为：其中，ml为向冷却盘管中通入的冷却介质的质量；c1为进入到降温箱中的废水的比热容，m1为进入到降温箱中的废水的质量，t1为进入到降温箱中的废水的温度，t2为从降温箱中出来的废水的温度；ε为热量的损耗；c2为冷却介质的比热容；δt为进入到冷却盘管和从冷却盘管出来的冷却介质的温差。

对于ε的取值，当降温箱内温度低于30℃时，ε取0.3；当降温箱内温度高于30℃时，ε取0.5。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：(1)本发明所述的装置可以依次过滤废水中的颗粒物、重金属、有机物，并对废水进行消毒，最终实现液体的储存；通过设置第一分池、第二分池和第三分池可以根据废水的浊度选择合适的滤网数量，提高了过滤效果，降低了滤网的堵塞，延长了过滤池的使用寿命，同时提高了过滤池的使用效果；碱液出口和酸液出口上均设有出口堵头，设置的堵板可以使得碱液或酸液呈水平斜向下方向与液面接触，降低对液面的扰动，后续搅拌过程中，碱液或酸液可以重复与废水接触，提高碱液和酸液的作用效果；设置的搅拌轴和搅拌叶片可以将液体吸附到其中，提高搅拌效果和搅拌效率。(2)设置的降温箱可以对废水进行降温，避免温度过高影响废水的处理效果。(3)本发明所述的方法步骤紧凑，根据需要选择合适的滤网实现废水中颗粒物的过滤，使用效果好；对于重金属去除，保证液体的ph值，在保证重金属沉淀的基础上，降低碱液的使用量，降低处理成本；根据检测出的液体的信息，判断是否需要重新进行废水的处理，保证了废水的处理效果。(4)在废水处理前对废水进行降温，避免了水温过高影响废水的处理效果，处理效果好。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明原理框图；

图3为碱液加入罐结构示意。

具体实施方式

一种矿山废水智能处理设备，如图1～3所示，包括过滤池、重金属沉淀池12、有机物去除池13、消毒池15、ph调节池17和储水池22。

水源1连接过滤池的入口，从而水源1可以进入过滤池进行过滤中。过滤池内设有第一分池101、第二分池102和第三分池103，第一分池101内设有1个滤网，第二分池102内设有两个滤网，两个滤网沿水流方向依次分布；第三分池103内设有3个滤网，3个滤网沿水流方向依次分布；滤网为现有技术，未在图中显示。

第一分池101、第二分池102和第三分池103的入口分别通过管道连接过滤池的入口，同时，最后一道滤网均为800目，即第一分池101、第二分池102和第三分池103中沿水流动方向位于最后的滤网均为800目，从而保证水的过滤效果，第一分池101、第二分池102和第三分池103中沿水流动方向位于前方的滤网的目数小于位于后方的滤网的目数。

本实施例中，通过设置第一分池101、第二分池102和第三分池103可以根据水的浊度将废水通入到第一分池101、第二分池102或第三分池103中，从而根据水的浊度，选用流经的滤网的数量，进而提高水的过滤效果，有效避免滤网的堵塞，延长使用寿命，降低使用成本。

要想实现废水自动通入第一分池101、第二分池102或第三分池103中，在过滤池的入口处设有浊度传感器4，浊度传感器4为市售产品。浊度传感器4的信号输出端上连接有处理单元，第一分池101、第二分池102和第三分池103与过滤池的入口连接的管道上均设有电磁阀11，处理单元输出信号控制3个电磁阀11的工作，其中，处理单元为单片机，单片机输出信号分别控制电磁阀11的工作为成熟的现有技术。实现方式为：处理单元还包括继电器驱动电路，单片机输出信号到继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动电磁阀的工作即可。

工作的时候，浊度传感器4检测过滤池入口的浊度，并与设定范围进行比对，根据比对结果开启第一分池101、第二分池102或第三分池103上与过滤池的入口连接的管道上的电磁阀11，进而使得废水进入到第一分池101、第二分池102或第三分池103中进行过滤。

第一分池101、第二分池102和第三分池103的出口均连接重金属沉淀池12，其中，重金属沉淀池包括搅拌池121和与搅拌池的出口连接的沉淀池122，在搅拌池121上方设有碱液加入罐25，碱液加入罐25底面上设有朝向搅拌池121设置的碱液出口26。碱液加入罐25中的碱液在重力作用下进入到搅拌池121中，与搅拌池121中的液体进行接触，从而将液体中的重金属进行沉淀。本实施例中，碱液加入罐25中的碱液选用氢氧化钠即可。从搅拌池出来的液体进入到沉淀池122，在沉淀池122中进行沉淀，提高重金属的过滤效果。其中，沉淀池122的入口位于沉淀池122侧壁的上部，从而降低进入到沉淀池122中的水对沉淀过程的扰动。

沉淀池122的出口连接有机物去除池13，有机物去除池13内设有活性炭吸附层14，有机物去除池13中的液体从有机物去除池13的进口到出口需要经过活性炭吸附层14，从而将液体中的有机物进行吸附去除。

在有机物去除池13的出口上连接消毒池15，消毒池15内底面上设有臭氧管道，臭氧管道连接有臭氧发生器，同时臭氧管道上连接有曝气器16。臭氧通过臭氧发生器进入到臭氧管道，在臭氧管道中进入到曝气器16，通过曝气器16进入到消毒池15，与消毒池15中的液体接触，对消毒池15中的液体进行消毒。其中，曝气器16选用市售产品即可。

消毒池15的出口连接ph调节池17，ph调节池17的上方设有酸液加入罐，酸液加入罐底面上设有朝向ph调节池17设置的酸液出口。酸液加入罐中的酸液在重力作用下进入到ph调节池17中，与ph调节池17中的液体进行接触，从而对液体的ph值进行调节。本实施例中，酸液加入罐中的酸液选用盐酸即可。

为了提高作用效果，对于碱液出口26和酸液出口：在碱液出口26和酸液出口上均设有出口堵头，本实施例中以碱液出口26的出口堵头为例进行说明：出口堵头包括水平设置的堵板252和伸入到碱液出口内配合碱液出口26设置的塞体253；碱液加入罐24外侧面上设有朝向堵板252设置且与堵板252上表面连接的电动推杆254。工作的时候，电动推杆254工作，推动堵板252向下运动，从而堵板252将塞体253从碱液加入罐25中拉出，碱液从塞体253与碱液出口26的间隙中出来，在堵板252作用下，碱液呈水平向下方向下降，碱液四散后落入废水中而不是直接冲入废水中与局部废水集中反应，同时在搅拌作用下，碱液可以与大量废水充分接触，提高了碱液与废水的作用效果。

为了提高酸液和碱液分别在ph调节池17和重金属沉淀池12中的作用效果，在搅拌池121和ph调节池17内均设有竖直设置的搅拌轴24，搅拌轴24上1个水平设置的搅拌叶片23。在附图中，仅仅显示了搅拌池121中的搅拌轴、搅拌叶片，ph调节池17中的搅拌轴和搅拌叶片与搅拌池121中的搅拌轴和搅拌叶片结构相同；对于酸液加入罐和酸液加入口结构与碱液加入罐和碱液加入口结构相同。

为了提高作用效果，在ph调节池17和重金属沉淀池12中的搅拌轴24上均设有沿搅拌轴24长度方向设置的中空的吸水腔241，搅拌叶片23上设有与吸水腔241连通的喷水腔231，喷水腔231内设有泵体，泵体的出口与位于搅拌叶片231下表面的搅拌液出口232连通。工作的时候，液体在泵体作用下进入到吸水腔241中，随后进入到喷水腔231中，再从搅拌液出口232中出来即可，搅拌效果好，搅拌速率高。

ph调节池17的出口上设有电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器，同时，ph调节池17的出口分别通过第三管道18和第四管道20连接过滤池和储水池22。

第三管道18和第四管道20上分别设有第三电磁阀19和第四电磁阀21，处理单元输出信号控制第三电磁阀19和第四电磁阀21的工作。

通过电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器对从ph调节池17出来的水检测电导率、ph值、砷浓度和汞浓度，当电导率、ph值、砷浓度和汞浓度均符合设定值时，将从ph调节池17出来的水通过第四管道20通入到储水池22储存待用；

当电导率、ph值、砷浓度和汞浓度有任一不符合设定值时将其通过第三管道18通入到过滤池中，对水进行重新过滤，从而保证过滤效果。

电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器均为市售产品。电导率传感器、ph传感器、砷浓度传感器和汞浓度传感器分别采集从ph调节池17出来的液体的电导率、ph值、砷浓度和汞浓度，并将采集到的信息传输到处理单元，处理单元对接收到的信息与阈值进行比对，当不在阈值范围内时输出信号控制第三电磁阀19动作，当在阈值范围内时，输出信号控制第四电磁阀21动作。

本实施例中，水源1出口连接有进水管3，为了提高使用效果，沿废水流动方向，过滤池的前方设有降温箱9，进水管3上设有温度传感器2，温度传感器2的信号输出端连接处理单元的信号输入端。进水管3通过第一管道6连接降温箱9，降温箱9与过滤池连接；同时进水管3通过第二管道7连接过滤池，其中，第一管道6和第二管道7上分别设有第一电磁阀5和第二电磁阀8。

处理单元输出信号控制第一电磁阀5和第二电磁阀8的工作。在降温箱9中设有冷却盘管，冷却盘管中通入有冷却介质。温度传感器2采集从水源1出来的水的温度，当温度低于阈值时，处理单元输出信号控制第二管道7上的第二电磁阀8开启，从而直接将水通入到过滤池中进行过滤；当温度高于阈值时，处理单元输出信号控制第一管道6上的第一电磁阀5开启，从而将水通入到降温箱9，在降温箱9中与冷却盘管中的冷却介质进行换热，实现水的降温。

通过本发明所述的装置可以进行矿山用废水的处理，可以将矿山废水中的重金属、有机物和细菌进行处理，经过处理的水的ph值适中，实现了矿山废水的回收，避免了直接排放引起的水污染和水资源浪费。

本发明还公开了一种应用上述设备进行矿山废水智能处理的方法，依次包括如下步骤：

(1)检测矿山废水的浊度，根据检测到的浊度值开启第一分池、第二分池或第三分池的电磁阀，进行一级过滤；

其中，根据浊度开启电磁阀的规则为：

当浊度小于100°时，开启第一分池与过滤池连接的管道上的电磁阀；

当浊度为100°～350°时，开启第二分池与过滤池连接的管道上的电磁阀；

当浊度大于350°时，开启第三分池与过滤池连接的管道上的电磁阀。

(2)在过滤池中过滤过的废水进入到重金属沉淀池，碱液从碱液加入罐中出来进入到重金属沉淀池的搅拌池，保证搅拌池的出水口处的ph值为8～8.5，从而保证废水中的重金属充分沉淀，同时避免碱液的浪费，本实施例中，使用的碱液为：氢氧化钠溶液，且氢氧化钠溶液的浓度为4％；在碱液进入到重金属沉淀池中后，重金属沉淀池中的搅拌轴进行转动，其中，重金属沉淀池中的搅拌轴的搅拌速度为20r/s。从搅拌池出来的水进入到沉淀池进行沉淀，从而提高重金属沉淀效果，为了保证沉淀效果，需要保证液体在沉淀池中的时间长于10min，从而保证液体的充分沉淀。

(3)从重金属沉淀池的沉淀池出来的液体进入到有机物去除池，水在有机物去除池中流经活性炭吸附层，从而将液体中的有机物吸附去除即可。

(4)经过有机物去除池的废水进入到消毒池进行消毒；消毒的方法为：向消毒池中通入臭氧，水在消毒池中与臭氧接触，在臭氧作用下进行消毒，保证消毒池中水与臭氧体积比为1:0.08～1:0.1，优选为1:0.09，在此情况下，水可以与臭氧充分接触，保证对水的消毒效果。其中，臭氧进入到消毒池中的方法为：臭氧发生器制备出臭氧，随后，臭氧进入到臭氧管道，然后，臭氧从臭氧管道中进入到曝气器，最终，臭氧从曝气器出来进入到消毒池与水充分接触。

(5)经过消毒的水进入到ph调节池，同时酸液也进入到ph调节池，对ph调节池中的水进行ph的调节，保证从ph调节池出口出来的液体的ph为6.9～7.1；其中，酸液为浓度为10％的盐酸。在酸液进入到ph调节池中后，ph调节池中的搅拌轴进行转动，其中，ph调节池中的搅拌轴的搅拌速度为20r/s，从而提高调节效果。

(6)对从ph调节池出来的水检测电导率、ph值、砷浓度和汞浓度，电导率、ph值、砷浓度和汞浓度均符合设定值时，将从ph调节池出来的水通入到储水池储存待用；当电导率、ph值、砷浓度和汞浓度有任一不符合设定值时，将从ph调节池出来的水通入到重金属沉淀池的搅拌池，随后重复步骤(2)、(3)、(4)、(5)、(6)。

另外，在处理的过程中，需要注意的是，在进入到过滤池之前，进水管上的温度传感器需要检测废水的温度，并将检测到的水的温度传输到单片机，单片机与阈值进行比对，当废水的温度高于60°时，需要对废水进行降温。当水的温度低于60℃时，则可以直接将水通入到过滤池中。

其中，对废水降温的方法为：将废水通入到降温箱，向降温箱的冷却盘管中通入冷却介质，冷却介质与水进行间接换热，实现对废水的降温，此处，向冷却盘管中通入的冷却介质的质量为：其中，ml为向冷却盘管中通入的冷却介质的质量；c1为进入到降温箱中的废水的比热容，m1为进入到降温箱中的废水的质量，t1为进入到降温箱中的废水的温度，t2为从降温箱中出来的废水的温度；ε为热量的损耗，对于ε的取值，当降温箱内温度低于30℃时，ε取0.3；当降温箱内温度高度30℃时，ε取0.5；c2为冷却介质的比热容；δt为进入到冷却盘管和从冷却盘管出来的冷却介质的温差。

本发明所述的方法步骤紧凑，可以实现矿山废水的处理，经过处理的矿山废水可以直接排放，也可以循环使用，处理效率高，同时处理效果好，降低了对环境的危害。