一种处理矿井水的装置的制作方法

本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及一种处理矿井水的装置。

背景技术：

矿井水中污染物主要来自于井下凿岩爆破产生的矿物粉尘经湿式降尘处理后，进入矿井水，使得矿井水中含有一定浓度的悬浮颗粒物。此外，矿物在矿井水的浸淋作用下，也会有部分重金属离子的溶出。

由于我国对于矿井水作为井下回用水的水质没有相关标准要求。当无回用水水质标准时，可通过试验、类比调查或参照以天然水为水源的水质来确定。因此，可以将尾矿库溢流水的水质作为矿井水处理后回用的水质标准。

在发明人的长期实践中，发现现有的绝大多数矿井水中的中的悬浮颗粒物浓度显著高于尾矿库溢流水中悬浮颗粒物浓度。因此，高位水池中的矿井水需进一步去除悬浮颗粒物，提高回用水水质。

因此，如何设计一种去除矿井水中的悬浮颗粒物的装置，就成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种处理矿井水的装置。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种处理矿井水的装置，包括：矿井水存储罐、絮凝剂存储罐、第一蠕动泵、第二蠕动泵和反应池；所述矿井水存储罐用于存储预处理的矿井水，所述絮凝剂存储罐用于存储絮凝剂；所述絮凝剂存储罐与所述反应池通过管道连接，且管道中设置有用于将絮凝剂存储罐中的絮凝剂泵到反应池中的第一蠕动泵；所述矿井水存储罐与所述反应池通过管道连接，且管道中设置有用于将矿井水存储罐中的矿井水泵到反应池中的第二蠕动泵；所述反应池包括依次串联的第一反应池、第二反应池、第三反应池和斜管沉淀池；所述絮凝剂存储罐与第一反应池通过管道连接，且第一蠕动泵将絮凝剂存储罐中的絮凝剂泵到第一反应池中；所述矿井水存储罐与第一反应池通过管道连接，且第二蠕动泵将矿井水存储罐中的矿井水泵到第一反应池中；第一反应池与第二反应池连通，第二反应池与第三反应池连通，第三反应池与斜管沉淀池连通；在第一、第二和第三反应池的底部均设置有用于排泥的排泥管，在斜管沉淀池中设置有出水管，在第一反应池中设置有第一搅拌桨，在第二反应池中设置有第二搅拌桨，在第三反应池中设置有第三搅拌桨；第一搅拌桨的搅拌速度为150r/min，矿井水在第一反应池中的停留时间为1min；第二搅拌桨的搅拌g值为9.9s-1，矿井水在第二反应池中的停留时间为10min；第三搅拌桨的搅拌g值为5.4s-1，矿井水在第三反应池中的停留时间为60min。

可选的，所述矿井水存储罐设置有第四搅拌桨。

可选的，所述絮凝剂包括：pac、硫酸铝或三氯化铁。

可选的，在第一反应池的底部设置有用于获取絮凝体重量的第一重力传感器、以及开闭第一反应池与排泥管接口的第一开关；当第一重力传感器探测到的第一重力值大于第一预设值时，打开第一开关，否则，关闭第一开关。

可选的，在第二反应池的底部设置有用于获取絮凝体重量的第二重力传感器、以及开闭第二反应池与排泥管接口的第二开关；当第二重力传感器探测到的第二重力值大于第二预设值时，打开第二开关，否则，关闭第二开关。

可选的，在第三反应池的底部设置有用于获取絮凝体重量的第三重力传感器、以及开闭第三反应池与排泥管接口的第三开关；

当第三重力传感器探测到的第三重力值大于第三预设值时，打开第三开关，否则，关闭第三开关。

可选的，获取第一、第二和第三重力传感器所探测到的絮凝体重量的总和，并依据所述絮凝体重量的总和确定第一蠕动泵将絮凝剂泵到反应池的速度，该速度＝k*絮凝体重量的总和，k为正数。

本发明的有益效果：本发明实施例提供了一种处理矿井水的装置，包括：矿井水存储罐、絮凝剂存储罐、第一蠕动泵、第二蠕动泵和反应池；所述矿井水存储罐用于存储预处理的矿井水，所述絮凝剂存储罐用于存储絮凝剂；所述絮凝剂存储罐与所述反应池通过管道连接，且管道中设置有用于将絮凝剂存储罐中的絮凝剂泵到反应池中的第一蠕动泵；所述矿井水存储罐与所述反应池通过管道连接，且管道中设置有用于将矿井水存储罐中的矿井水泵到反应池中的第二蠕动泵；所述反应池包括依次串联的第一反应池、第二反应池、第三反应池和斜管沉淀池。从而能够有效的去除矿井水中的悬浮颗粒物。

附图说明

图1为本发明实施例中的处理矿井水的装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中第一实验数据图；

图3为本发明实施例中第二实验数据图；

图4为本发明实施例中第三实验数据图；

图5为本发明实施例中第四实验数据图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例一提供了一种处理矿井水的装置，如图1所示，包括：

矿井水存储罐1、絮凝剂存储罐2、第一蠕动泵3、第二蠕动泵4和反应池5；

所述矿井水存储罐1用于存储预处理的矿井水，所述絮凝剂存储罐2用于存储絮凝剂；

所述絮凝剂存储罐2与所述反应池5通过管道连接，且管道中设置有用于将絮凝剂存储罐2中的絮凝剂泵到反应池5中的第一蠕动泵3；

所述矿井水存储罐1与所述反应池5通过管道连接，且管道中设置有用于将矿井水存储罐1中的矿井水泵到反应池5中的第二蠕动泵4；

所述反应池包括依次串联的第一反应池51、第二反应池52、第三反应池53和斜管沉淀池54；

所述絮凝剂存储罐2与第一反应池51通过管道连接，且第一蠕动泵3将絮凝剂存储罐2中的絮凝剂泵到第一反应池51中，第一蠕动泵3将絮凝剂存储罐2泵入第一反应池51的速度为60mg/l；

所述矿井水存储罐1与第一反应池51通过管道连接，且第二蠕动泵4将矿井水存储罐1中的矿井水泵到第一反应池51中，第二蠕动泵4将矿井水存储罐1中的矿井水泵入第一反应池51的速度为100ml/min；

第一反应池51与第二反应池52连通，第二反应池52与第三反应池53连通，第三反应池53与斜管沉淀池54连通；在第一、第二和第三反应池的底部均设置有用于排泥的排泥管56，在斜管沉淀池54中设置有出水管541，在第一反应池51中设置有第一搅拌桨511，在第二反应池52中设置有第二搅拌桨521，在第三反应池53中设置有第三搅拌桨531；

第一搅拌桨511的搅拌速度为150r/min，矿井水在第一反应池51中的停留时间为1min；

第二搅拌桨521的搅拌g值为9.9s-1，矿井水在第二反应池52中的停留时间为10min；

第三搅拌桨531的搅拌g值为5.4s-1，矿井水在第三反应池53中的停留时间为60min。

优选的，所述矿井水存储罐1设置有若干第四搅拌桨11。

优选的，所述絮凝剂包括：pac、硫酸铝或三氯化铁。

该装置的使用过程中，可以转动第四搅拌桨11，可以理解的是，该搅拌桨11能够让矿井水存储罐1中的欲处理矿井水产生相对流动，从而可以确保矿井水质相对均匀，在第二蠕动泵4的作用下，矿井水存储罐1中的矿井水进入到第一反应池51，同时，第一蠕动泵3会将凝聚剂存储罐2中的絮凝剂给泵到第一反应池51中。

由于第一反应池51与第二反应池52连通，第二反应池52与第三反应池53连通，第三反应池53与斜管沉淀池54连通，因此，矿井水会从第一反应池流入第二反应池52，之后流入第三反应池53，再流入斜管沉淀池54。

这里，聚氯化铝pac是介于alcl3和al(oh)3之间的一种水溶性无机高分子聚合物，化学通式为[al2(oh)ncl6-n]m其中m代表聚合程度(m<＝10)，n表示pac产品的中性程度(n为1-5的任意整数)

在本发明实施例中，混凝剂pac投加量对矿井水中悬浮物去除效果的影响如图2所示，混凝沉淀对矿井水中浊度有较好的去除效果。采用硫酸铝作为混凝剂时，浊度的最高去除率为63.84％，处理后残余浊度为57.5nut，此时，硫酸铝的投加量分别为100mg/l。采用三氯化铁作为混凝剂时，浊度的最高去除率分别为96.09％，处理后残余浊度为6.21nut，此时三氯化铁的投加量为130mg/l。采用pac作为混凝剂时，浊度的最高去除率分别为91.57％，处理后残余浊度为13.4nut，此时pac的投加量为120mg/l。可见，当采用混凝沉淀工艺去除矿井水中浊度时，最优的混凝剂为三氯化铁，投加量为130mg/l。

通常情况下，矿井水中悬浮物主要是矿物悬浮颗粒物，其易形成带负电胶体，稳定而不易沉降。加入无机盐絮凝剂后，主要通过三方面的因素影响煤粉胶体的稳定性，一是提供反离子而达到压缩双电子层厚度并降低电位ζ的作用；二是溶解产生的各种离子与微粒表面发生专属化学作用而达到电荷中和作用；三是由水解金属盐类生成的沉淀物发挥卷扫作用使微粒转入沉淀。混凝过程中产生的絮体能够通过吸附、卷扫和包裹等作用去除水中悬浮颗粒物。由图2可以看出pac投加量为120mg/l时，除铁除浊效果最好，但考虑到经济性因素，在pac投加量为60mg/l时出水浊度也不是很高，而且除铁效果也很明显，因此投加量选择60mg/l。

如图3所示，混凝沉淀反应中为了研究助凝剂pam对矿井水处理效果的影响，采用pac作为絮凝剂，投加量为60mg/l。此时pam投加量对矿井水处理效果的影响如图3所示。由图3可知，浊度的去除率随助凝剂投加量的增大先降低后升高。与未投加助凝剂的效果相比，助凝剂投加量不足对混凝剂的除浊作用帮助不大，而过量的助凝剂又会使颗粒表面zeta电位变为正值，使形成的絮体部分重新形成稳定的胶体，混凝效果反而下降。在pam投加量为0.2mg/l时，浊度去除率最高为95.13％，出水残余浊度为7.75nut，混凝除浊效果最好，表明混凝剂和絮凝剂配合投加是矿井水除浊的较好选择。有机高分子絮凝剂(如pam)的主要作用表现在颗粒间连成桥链，其表面有大量的疏水性基团，因此比较容易吸附带有疏水性基团的煤粒子，使之吸附在其表面，通过联结架桥作用，形成大而密实的矾花，并得以沉淀除去。然而这种“吸附架桥”的作用对溶解性金属离子的去除作用较有限。

不同ph值对处理效果的影响的实验结果如图4所示，在图4所示。由图4可知，从除浊效果分析，随ph值的升高，浊度的去除率增加，当初始ph值为9.0时浊度的去除率最高(91.76％)，当ph值继续升高，浊度去除率下降。这说明小幅度提高原水的ph值是有利于混凝沉淀去除矿井水中的浊度，但ph值过高(大于9)时pac又会溶解生成带负电荷的络和离子而不能很好地发挥混凝作用。因此对于浊度去除率较好的ph值范围为7～9。一般含悬浮物的中性矿井水的ph值相同，处理时不需要调节ph值。

慢速搅拌过程中转速对处理效果的影响如图5所示。

由图5可以看出，转速对浊度去除影响较大，随着转速的增加，浊度的去除率先增加后降低，转速为40r/min时出水浊度含量最低，说明反应转速过小达不到充分的絮凝效果，而反应速度过大又会致使絮凝体破裂；当转速为40r/min，此时g值为5.4s-1，gt值为5598.0。目前，采用混凝沉淀方法去除矿井水中悬浮物的工艺设计中，水力参数中的g值和gt值一般是根据规范的建议长期采用的平均g值为20～70s-1，平均gt值一般建议控制在10000～100000。因此，按照规范建议的g值和gt值进行矿井水去除悬浮物设计存在不合理的地方，这主要是因为矿井水的浊度远高于通常水处理中的水质，颗粒脱稳后形成的絮体较大，如果搅拌时采用较高的g值，产生的剪切力也较大，致使絮体更容易破碎，从而使得混凝沉淀处理的效果变差。

以矿井水为研究对象，对过连续动态混凝试验，考察了混凝剂投加量、助凝剂投加量、ph值、混凝gt值等因素对矿井水中浊度去除的影响，主要结论如下：

(1)采用混凝杯罐实验装置处理矿井水，当pac＝60mg/l，pam＝0.2mg/l，ph＝7时处理效果最佳，此时浊度的去除率为95.13％；

(2)反应过程中，水力条件对混凝沉淀效果影响较大，反应的最佳的g值和gt值分别为5.4s-1和5598时，地表水混凝沉淀工艺设计规范中推荐的g值和gt值并不适合矿井水处理。

优选的，在第一反应池51的底部设置有用于获取絮凝体重量的第一重力传感器511、以及开闭第一反应池51与排泥管56接口的第一开关；当第一重力传感器511探测到的第一重力值大于第一预设值时，打开第一开关，否则，关闭第一开关。

优选的，在第二反应池52的底部设置有用于获取絮凝体重量的第二重力传感器521、以及开闭第二反应池52与排泥管56接口的第二开关；当第二重力传感器521探测到的第二重力值大于第二预设值时，打开第二开关，否则，关闭第二开关。

优选的，在第三反应池53的底部设置有用于获取絮凝体重量的第三重力传感器531、以及开闭第三反应池53与排泥管56接口的第三开关；

当第三重力传感器531探测到的第三重力值大于第三预设值时，打开第三开关，否则，关闭第三开关。

优选的，获取第一、第二和第三重力传感器所探测到的絮凝体重量的总和，并依据所述絮凝体重量的总和确定第一蠕动泵3将絮凝剂泵到反应池5的速度，该速度＝k*絮凝体重量的总和，k为正数。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。