一种基于超声波的矿井水冷冻除盐系统及方法与流程

本发明涉及一种矿井水除盐方法，具体涉及一种基于超声波的矿井水冷冻除盐系统及方法，属于矿井水处理技术领域。

背景技术：

在我国，高矿化度矿井水主要分布在水资源比较缺乏的地区，高矿化度矿井水的回收利用不仅可以解决直接排放造成的水质污染问题，还可以避免水资源的浪费，缓解矿区生活和工业用水问题。因此，对矿井水进行淡化除盐处理，是在煤炭开采过程中达到节能环保一个重要方向。

目前针对高矿化度的矿井水的处理方法主要有热力法、化学法、反渗透法、电渗析法、稀释排放等。传统热力法通过加热矿井水蒸发再冷凝成蒸馏水，虽然操作简单但是消耗能量巨大效率低；化学法脱盐在处理中、低矿化度矿井水时具有一定优势；反渗透法和电渗析法消耗的电能较大，制造和维护成本高；稀释排放没有对矿井水进行有效的回收利用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于超声波的矿井水冷冻除盐系统，能够高效处理高矿化度矿井水。

本发明的另一目的是提供利用上述系统进行矿井水冷冻除盐的方法，处理高效。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种基于超声波的矿井水冷冻除盐系统，包括矿井水过滤处理装置、超声波冷冻除盐装置、冷空气处理装置，所述矿井水过滤处理装置包括污泥池、调节池、絮凝沉淀池、分配水池、空冷器，所述调节池的一侧上部设有矿井水入口，调节池另一侧通过管道连接所述絮凝沉淀池的入口，调节池内设有污泥泵，所述污泥泵通过排污管道连接污泥池，絮凝沉淀池的上部出口处设有过滤器，所述过滤器的出口通过管道连接所述分配水池的入口，絮凝沉淀池的底部设有沉淀物出口，所述沉淀物出口连接排污管道，分配水池的出口通过管道连接所述空冷器的入口；

所述超声波冷冻除盐装置包括冻结室和旋转分离室，所述冻结室呈上宽下窄状，冻结室内上部为悬浮室，所述悬浮室两侧分别设有超声波发生器ⅰ，冻结室的中上部一侧设有斜向上的溶液喷口，对应另一侧设有斜向上的气流喷口，所述空冷器的出口连接溶液喷口，所述冻结室的中下部设有筛网，所述旋转分离室设置在冻结室的底部，旋转分离室两侧分别设有超声波发生器ⅱ，旋转分离室一侧还设有冰体出口，冰体出口位于超声波发生器ⅱ的下方，旋转分离室底部设有浓盐水出口；

所述冷空气处理装置包括通过管道依次连接的空滤器、温度计、变径和阀门，管道末端与所述气流喷口连通。

进一步地，所述悬浮室的上方设有风扇。

进一步地，所述冰体出口还设有冰体传输带。

进一步地，所述浓盐水出口的下方还设有浓盐水箱，所述浓盐水箱通过管道连接浓盐水罐。

优选的，所述筛网的孔径为0.5～1.0cm。

优选的，所述超声波发生器ⅰ和超声波发生器ⅱ的频率为20～40khz。

本发明还提供利用上述装置进行矿井水冷冻除盐的方法，具体步骤是：矿井水从矿井水入口进入调节池进行水量和水质调节，污泥泵抽出调节池中的污泥，并经排污管道排进污泥池，经调节后的矿井水进入絮凝沉淀池，矿井水中的悬浮物在混凝剂作用下沉降到絮凝沉淀池底部，从絮凝沉淀池底部的沉淀物出口排出到排污管道，经絮凝沉降处理后的矿井水通过过滤器精密过滤和调节水量，经过滤器过滤后的矿井水首先进入分配水池，再进入空冷器，被空冷器冷却后的矿井水通过溶液喷口被雾化成液滴进入位于冻结室内部上侧的悬浮室；

冷空气经空滤器过滤后，通过气流喷口进入位于冻结室内部上侧的悬浮室；矿井水液滴在冷空气作用下形成冰体，悬浮室两侧的超声波发生器ⅰ发出超声波加速冰体生成，冰体生成后在重力的作用下落到筛网上，一定直径的冰体通过筛网继续下降至旋转分离室中进行浓盐水和淡水冰体的分离，旋转分离室两侧的超声波发生器ⅱ发出超声波使得冰体融解松散得以脱盐，淡水冰体从旋转分离室侧面的冰体出口旋出，浓盐水从旋转分离室底部的浓盐水出口流出。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)利用超声波空化效应，加快了冰体生成速度。

(2)利用超声波的热效应，使冰体融解松散得以脱盐，其在旋转分离室中可以更好地分离出冰体和浓盐水，提高分离效率，同时减少了冰体在高速旋转下对旋转分离室造成的损伤。

(3)本发明分离出的浓盐水可以用来制取盐水泥浆，避免地下回灌造成的浪费。

(4)本发明分离出的淡水冰体的冷量可以用于井下降温，溶解的淡水可以供应矿区工业、生活和井下消防用水，达到了节能环保、循环、再利用的目的。

附图说明

图1是本发明的基于超声波的矿井水冷冻除盐装置的结构示意图；

图中，1矿井水入口，2调节池，3污泥泵，4排污管道，5污泥池，6絮凝沉淀池，7过滤器，8沉淀物出口，9分配水池，10空冷器，11冻结室，12悬浮室，13风扇，14超声波发生器ⅰ，15溶液喷口，16气流喷口，17空滤器，18温度计，19变径，20阀门，21筛网，22旋转分离室，23超声波发生器ⅱ，24冰体出口，25浓盐水出口，26冰体传输带，27浓盐水箱，28浓盐水罐。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，本发明的一种基于超声波的矿井水冷冻除盐系统，包括矿井水过滤处理装置、超声波冷冻除盐装置、冷空气处理装置，

所述矿井水过滤处理装置包括污泥池5、调节池2、絮凝沉淀池6、分配水池9、空冷器10，所述调节池2的一侧上部设有矿井水入口1，调节池2另一侧通过管道连接所述絮凝沉淀池6的入口，调节池2内设有污泥泵3，所述污泥泵3通过排污管道4连接所述污泥池5，絮凝沉淀池6的上部出口处设有过滤器7，所述过滤器7的出口通过管道连接所述分配水池9的入口，絮凝沉淀池6的底部设有沉淀物出口8，所述沉淀物出口8连接排污管道4，分配水池9的出口通过管道连接所述空冷器10的入口；

所述超声波冷冻除盐装置包括冻结室11和旋转分离室22，所述冻结室11呈上宽下窄状，冻结室11内上部为悬浮室12，所述悬浮室12两侧分别设有超声波发生器ⅰ14，冻结室11的中上部一侧设有斜向上的溶液喷口15，对应另一侧设有斜向上的气流喷口16，所述空冷器10的出口连接所述溶液喷口15，所述冻结室11内的中下部设有筛网21，优选的，所述筛网21的孔径为0.5～1.0cm；所述旋转分离室22设置在冻结室11的底部，旋转分离室22两侧分别设有超声波发生器ⅱ23，旋转分离室22一侧还设有冰体出口24，冰体出口24位于超声波发生器ⅱ23的下方，旋转分离室22底部设有浓盐水出口25；

所述冷空气处理装置包括通过管道依次连接的空滤器17、温度计18、变径19和阀门20，管道末端与所述气流喷口16连通。

作为进一步改进方案，所述悬浮室12的上方设有风扇13，风扇13产生向上的气流增加矿井水停留的时间，同时上升冷气流加速矿井水降温。

作为进一步改进方案，所述冰体出口24还设有冰体传输带26，从旋转分离室22旋出的淡水冰体可以通过冰体传输带26运送至冰体溶解器中溶解为淡水。

作为进一步改进方案，所述浓盐水出口25的下方还设有浓盐水箱27，所述浓盐水箱27通过管道连接浓盐水罐28，浓盐水箱27用于汇集浓盐水，浓盐水罐28用于储存浓盐水。

优选的，所述超声波发生器ⅰ14和超声波发生器ⅱ23的频率为20～40khz。

利用上述装置进行矿井水冷冻除盐的方法，具体步骤是：矿井水从矿井水入口1进入调节池2进行水量和水质调节，污泥泵3抽出调节池2中的污泥，并经排污管道4排进污泥池5，经调节后的矿井水进入絮凝沉淀池6，矿井水中的悬浮物的胶体及分散颗粒在分子力的相互作用下生成絮状体，并且在沉降中互相碰撞凝聚，尺寸和质量不断变大，最终沉降到絮凝沉淀池6底部，从絮凝沉淀池6底部的沉淀物出口8排出到排污管道4，经絮凝沉降处理后的矿井水通过过滤器7精密过滤和调节水量，经过滤器7过滤后的矿井水首先进入分配水池9，分配水池9可以控制进入空冷器10的水量，再进入空冷器10，被空冷器10冷却后的矿井水通过溶液喷口15被雾化成粒径很小的液滴并且被斜向上喷射进入位于冻结室11内部上侧的悬浮室12；

冷空气经空滤器17过滤后，通过气流喷口16被斜向上喷射进入位于冻结室11内部上侧的悬浮室12；矿井水液滴在冷空气(低于-5℃)作用下形成冰体，在悬浮室21上方的风扇13产生向上的气流增加矿井水喷雾停留的时间，同时上升冷气流加速矿井水降温，悬浮室12两侧的超声波发生器ⅰ14发出超声波加速冰体生成，冰体生成后在重力的作用下落到筛网21上，直径为0.5～1.0cm的冰体通过筛网21继续下降至旋转分离室22中进行浓盐水和淡水冰体的分离，旋转分离室22两侧的超声波发生器ⅱ23发出超声波使得冰体融解松散得以脱盐，此时冰体再通过旋转分离室22内更容易实现浓盐水和淡水冰体的分离，并且也减少了高速旋转的冰体在惯性作用下对旋转分离室22壁面造成的磨损，淡水冰体在离心力作用下从旋转分离室22侧面的冰体出口24旋出，传送到冰体传输带26上，浓盐水从旋转分离室22底部的浓盐水出口25流出，汇集到浓盐水箱27，最后在浓盐水罐28中储存。