一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备的制作方法

1.本发明涉及水处理设备技术领域，特别涉及到一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备。


背景技术：

2.我国70％矿区处于缺水地区，其中40％矿区处于严重缺水地区，合理有效的矿井水处理与回用方案已成为改善矿区缺水现状的主要途径之一。然而现有的矿井水处理与回用方案主要是将矿井水由井下水仓排出后，经提升泵提升至地面，经混凝、沉淀、过滤、消毒等工艺处理后，部分再返回至井下，用于井下喷雾除尘、消防、乳化液配比等用水。该方案存在处理成本高、一次性投资费用大、占地面积大、水资源利用率不高等缺点。
3.当前矿井水处理与回用设备主要采用反渗透脱盐处理工艺，包括混凝砂滤器、活性炭过滤器、离子树脂软化器、保安过滤器、反渗透膜组件等几部分，设备出水水质较差，且占地面积较大，难以应用于狭小的井下巷道空间；模块化、自动化程度不高，多依靠人力进行检修，加药等，运行维护复杂；仅对反渗透产水进行利用，而对粗过滤产水未进行充分关注，且各部件反冲洗废水及反渗透水质不达标的产水采用直排方式进行处理，使得水资源利用效果并不明显。
4.目前，现有技术专利cn201380045y提供了一种矿井水脱盐的预处理装置及反渗透脱盐设备，包括：水泵、叠片过滤器和超滤器，水泵、叠片过滤器和超滤器通过管道依次连接，将水泵、叠片过滤器和超滤器形成一个整体装置；其反渗透脱盐设备，包括矿井水脱盐的预处理装置、高压泵和反渗透脱盐装置，矿井水脱盐的预处理装置的出水口、高压泵和反渗透脱盐装置通过管道依次连接。但是其预处理系统采用叠片过滤和超滤，虽然处理单元较少，但超滤膜的投资运行、维护等成本较高。且由于采用超滤及反渗透膜，会不可避免的使得该设备的占地面积较大，难以适用于井下水处理环境。此外整个装置不仅自动化程度较低，且仅对反渗透出水进行利用其水资源利用率不高。专利cn203794713u提供了一种矿井水井下处理及回用装置，其中多介质过滤器仅通过下部取样管进行水样的取样与分析来判断是否需要清洗更换滤芯，操作繁琐复杂增加了人工成本；整个设备的模块化程度不高，同时ph值不易精确调控，使得出水存在ph值超标的风险。cn210030220u提供了一种模块化反渗透水处理设备，该反渗透处理设备采用碳滤器、砂滤器、精滤器等作为反渗透前的预处理系统，其预处理系统的过滤精度较差，碳滤器、砂滤器占地面积较大，且容易发生滤料泄漏的问题，从而使得整个水处理系统的稳定性降低。整个设备同样也缺少安全可靠的控制系统和自清洗功能，操作复杂，运行检修麻烦。且因其集成度较高整个设备不利于调向，且对粗过滤产水未进行有效利用，同时缺少废水回流处理。
5.因此，如何提供一种经济高效的矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备，实现在水处理的过程中水资源利用最大化，同时便于检修，且集成化程度高体积小并进行自动化控制运行是本领域技术人员亟需解决的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备，克服了传统矿井水反渗透处理装置的集成化程度低，体积较大，不易检修、清洗不易以及水资源利用率低等诸多缺陷，使得矿井水经原水泵增压后进入多级过滤预处理系统，依次经过叠片过滤器、纤维滤料精密过滤器、保安过滤器等几个单元，其预处理系统产水进入反渗透膜组件，反渗透产水经通过增压泵进入乳化液配比箱，进行乳化液配比使用，浓水排出设备。纤维滤料精密过滤器、反渗透膜组件清洗后的废水以及不满足乳化液配比水质需求的反渗透产水均回流至多级过滤预处理系统进水口，进行二次处理利用。
7.有鉴于此，本发明提出了一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备，至少包括
8.自动控制模块；包括：若干传感器用于采集压力、流量、ph值、浊度、电导率等数据，并将数据通过通信接口上传，并进一步运算处理后控制设备的启停、加药、清洗、供水以及废水回流；
9.多级过滤预处理系统；与自动控制模块连接，包括：上下游依次设置的叠片过滤器、纤维滤料精密过滤器和保安过滤器，对矿井水初步过滤处理；和
10.深度处理系统；与自动控制模块连接，设置在多级过滤预处理系统下游，包括反渗透膜组件，其中反渗透膜组件对矿井水深度脱盐处理。
11.根据本发明的一种实施例，叠片过滤器不小于两台为串联连接；叠片过滤器为一用一备或多用一备模式。
12.根据本发明的一种实施例，纤维滤料精密过滤器包括：
13.罐体内部设置的滤料；和
14.罐体外设置的组合电动阀；其中组合电动阀包括分别同向运动的进水电动阀与产水电动阀和反洗电动阀与排污电动阀；其中进水电动阀和反洗电动阀为反向运动；排污电动阀与叠片过滤器进水口连接。
15.根据本发明的一种实施例，保安过滤器包括：
16.罐体内部并联设置的若干滤芯；滤芯包括pp熔喷滤芯、活性炭滤芯或折叠滤芯中的至少一种；
17.罐体内顶部设置的布水器；用于将水均匀分布至滤芯中及冲刷清洗滤芯；和
18.滑轮底座；滑动保安过滤器罐体，使其倾斜用于滤芯的更换。
19.根据本发明的一种实施例，自动控制模块还包括可编程控制箱，用于将数据运算处理，并生成控制任务控制设备。
20.根据本发明的一种实施例，自动控制模块还包括lcd电子显示屏，用于显示整个设备的运行状态。
21.根据本发明的一种实施例，多级过滤预处理系统还包括加药装置，加药装置分别连接叠片过滤器进水口加入杀菌剂和保安过滤器进水口加入阻垢剂。
22.根据本发明的一种实施例，深度处理系统还包括乳化液配比箱；乳化液配比箱设置在反渗透膜组件下游，用于贮存反渗透产水并进行乳化液配比使用，浓水排出设备。
23.根据本发明的一种实施例，传感器至少包括水压力传感器、水流量传感器、电导率
监测仪、浊度监测仪、ph值监测仪、液位传感器，用于监测设备内的各部件参数。
24.根据本发明的一种实施例，反渗透处理及回用设备还包括壳体；将自动控制模块、多级过滤预处理系统和所深度处理系统集成其中。
25.通过以上技术方案，本发明提出了一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备，具有如下技术效果：
26.(1)经济高效的水处理工艺：采用叠片过滤器、纤维滤料精密过滤器、保安过滤器等作为反渗透预处理的三级过滤单元，可实现出水浊度小于0.5ntu，污染指数(sdi)小于4，满足反渗透进水需求。反渗透产水总悬浮物浓度小于0.1mg/l，脱盐率大于99％。
27.(2)极高的水资源利用率：在水处理流程中按照分质利用、层级利用的思想，将多级过滤预处理产水回用于井下消防、喷雾除尘等用水，反渗透产水用于乳化液配比用水。同时对纤维滤料精密过滤器、反渗透膜组件清洗后的废水以及不满足乳化液配比水质需求的反渗透产水均回流至多级过滤预处理系统进水口，进行二次处理利用，减少水资源的浪费。
28.(3)纤维滤料精密过滤器其旁路侧装有多个多通道电动阀，通过电动阀间的组合控制，以实现精密过滤器的过滤-反洗-正洗等不同阶段的自动切换，互不干涉，避免了人工清洗维护。
29.(4)保安过滤器内设多级滤芯，滤芯间进行并联，顶部设有电动旋转布水器，保证了水流分布的均匀性并减缓滤芯更换周期，保安过滤器罐底部安装有滑轮底座，可90
°
倾斜更换滤芯，便于滤芯更换与检修。
30.(5)具有自动启停、加药、清洗、供水以及废水回流等功能的自动控制模块，通过控制器对采集信息进行运算处理，并根据纯水箱、加药箱液位变化及水处理元件压力变化，控制任务的调度和执行元件的准确动作，真正实现水处理设备的自动化、无人化运行。
31.(6)满足井下巷道的空间布置需求。多级过滤处理模块和反渗透模块区分明显、相对独立运行，有利于运行稳定及设备检修。整个设备两侧均设有进出水口与吊环，方便设备调向与起吊，设备底座装有万向轮，使得整个设备可在井下巷道进行移动，从而满足不同位置的乳化液配比需求。
附图说明
32.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
33.图1为实施例1提供的矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备集成图。
34.图2为实施例1提供的叠片过滤器布设示意图。
35.图3为实施例1提供的纤维滤料精密过滤器结构示意图。
36.图4为实施例1提供的保安过滤器结构示意图。
37.图5为实施例1提供的矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备进行水处理的工艺流程图。
38.其中，1-叠片过滤器，2-纤维滤料精密过滤器，21-纤维滤料精密过滤器罐体，22-进水电动阀，23-排污电动阀，24-反洗电动阀，25-产水电动阀，26-支架，3-保安过滤器，31-滤芯，32-电动旋转布水器，33-滑轮底座，34-不锈钢罐体，35-排污口，36-多孔支撑板，4-可编程控制箱，5-加药箱，6-压力显示表，7-反渗透膜组件，8-万向轮，9-进出水口，10-减压
阀，11-管路，12-电动阀，13-不锈钢壳体，14-纯水箱。
具体实施方式
39.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
40.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
41.实施例1
42.如图1-5，本实施例提出了一种矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备，在矿井水水处理的过程中同时实现水资源利用最大化，同时便于检修，且集成化程度高体积小并进行自动化控制运行，具体如图1，至少包括：
43.自动控制模块；包括：若干传感器用于采集压力、流量、ph值、浊度、电导率等数据，并将数据通过通信接口上传，并进一步运算处理后控制设备的启停、加药、清洗、供水以及废水回流；
44.多级过滤预处理系统；与自动控制模块连接，包括：上下游依次设置的叠片过滤器1、纤维滤料精密过滤器2和保安过滤器3，对矿井水初步过滤处理；和
45.深度处理系统；与自动控制模块连接，设置在多级过滤预处理系统下游，包括反渗透膜组件7，其中反渗透膜组件7对矿井水深度脱盐处理。
46.本实施例中多级过滤预处理系统采用叠片过滤器1、纤维滤料精密过滤器2、保安过滤器3等三级过滤单元，出水浊度小于0.5ntu，污染指数(sdi)小于4，满足反渗透进水需求，可回用于井下消防、喷雾除尘等。多级过滤系统产水经反渗透处理后，水中绝大多数的细菌、病毒、可溶性有机物、胶体等都被去除，产水总悬浮物浓度小于0.1mg/l，脱盐率大于99％，可用作乳化液配比用水。此外纤维滤料精密过滤器2、反渗透膜组件7清洗后的废水以及不满足乳化液配比水质需求的反渗透产水均回流至多级过滤预处理系统进水口，进行二次回收利用，在水处理的过程中使得水资源的利用率最大化。其中叠片过滤器1、纤维滤料精密过滤器2和保安过滤器3以及反渗透膜组件7之间均通过管路11连接。
47.根据本发明的一种实施例，叠片过滤器1不小于两台为串联连接；叠片过滤器1为一用一备或多用一备模式。
48.具体如图2，示例性但非限制的，本发明实施例的反渗透处理及回用设备中叠片过滤器1其内置pe材质圆环状叠片，可通过叠片之间细小的凹槽进行深层过滤。叠片过滤器1数量大于2串联连接，采用一用一备或两用一备、三用一备等一或多用一备模式。当处于工作状态时，叠片过滤器1的滤头处于正常过滤状态，备用叠片过滤器1的滤头处于备用状态；当叠片过滤器1需进行反洗作业时，备用叠片过滤器1的滤头进行过滤，其产水用于前面工作的叠片过滤器1滤头逐一反洗，使得系统过滤效果不会因清洗而降低，从而保证清洗排污时的不间断供水。
49.根据本发明的一种实施例，纤维滤料精密过滤器2包括：
50.罐体内部设置的滤料；和
51.罐体外设置的组合电动阀12；其中组合电动阀12包括分别同向运动的进水电动阀22与产水电动阀25和反洗电动阀24与排污电动阀23；其中进水电动阀22和反洗电动阀24为反向运动；排污电动阀23与叠片过滤器1进水口连接。
52.具体如图3，为本实施例可具体理解为，纤维滤料精密过滤器2包括纤维滤料精密过滤器罐体21，其内部设置采用纳米级纤维滤料，该滤料空隙率大于95％，对于矿井水中颗粒物的去除率可达90％-98％。同时本实施例中的组合电动阀12可理解为，纤维滤料精密过滤器罐体21外旁路侧装有多个多通道电动阀12通过电动阀12间的组合控制，以实现精密过滤器的过滤-反洗-正洗等不同阶段的自动切换，互不干涉。当纤维滤料精密过滤器2处于过滤状态时矿井水由纤维滤料精密过滤器2上口进入，此时进水电动阀22、产水电动阀25打开，反洗电动阀24、排污电动阀23关闭，水由上而下经纳米级纤维滤料形成的过滤层，从下口排出，进入下一级处理单元(即保安过滤器3)或进行喷雾除尘或消防用水等；当纤维滤料精密过滤器2需反洗时水由下口进入，此时进水电动阀22、产水电动阀25关闭，反洗电动阀24、排污电动阀23打开，水由下而上反洗滤层，将杂质洗出，反洗水从纤维滤料精密过滤器2上口排出，其中纤维滤料精密过滤器2上口连接叠片过滤器1进水口，将反洗废水回流至叠片过滤器1。
53.为进一步优化本实施例，纤维滤料精密过滤器罐体21下方可设置支架26。各电动阀12之间通过管路11连接。
54.根据本发明的一种实施例，保安过滤器3包括：
55.罐体内部并联设置的若干滤芯31；滤芯31包括pp熔喷滤芯31、活性炭滤芯31或折叠滤芯31中的至少一种；
56.罐体内顶部设置的布水器；用于将水均匀分布至滤芯31中及冲刷滤芯31；和
57.滑轮底座33；滑动保安过滤器3罐体，使其倾斜用于滤芯31的更换。
58.具体如图4，示例性但非限制的本实施例可具体理解为，保安过滤器3包括不锈钢罐体34，罐体内设置多级滤芯31，滤芯31间进行并联，滤芯31材质为pp熔喷滤芯31或活性炭滤芯31或折叠滤芯31或不同材质滤芯31间的组合，过滤精度为0.1μm-5μm，从而在保障产水精度的基础上，降低了保安过滤器3的高度，满足井下实际高度的要求。本实施例中可理解为罐体内设置多孔支撑板36；其中滤芯31设置在多孔支撑板36上。
59.同时保安过滤器3底部安装有带滑轮的底座，可90
°
倾斜更换滤芯31，解决了保安过滤器3高度难以满足井下处理要求，更换维护不方便的难题。当保安过滤器3处于过滤状态时，滑轮处于制动状态，矿井水从保安过滤器3的顶部进水口进入，其中保安过滤器3的顶部进水口出可理解为连接有电动阀12，电动阀12与自动控制模块连接。而本实施例中的布水器可理解为电动旋转布水器32可与自动控制模块连接，在电动旋转布水器32的作用下，将进入保安过滤器3的水均匀分布至每个滤芯31中，经滤芯31过滤后的水经下部出水口排出，并且在电动旋转布水器32作用下，整个保安过滤器3内的水呈搅动状态，可对滤芯31表面的污染物产生冲刷作用，从而延长滤芯31更换周期。当保安过滤器3需更换滤芯31时，底座下的滑轮可进行滑动，使得不锈钢罐体34发生90
°
倾斜，从而方便滤芯31的更换。
60.有利的，本实施例中的保安过滤器3还包括支架，其中支架设置连接在不锈钢罐体34与底座之间，方便对不锈钢罐体34进行稳定和支撑。
61.有利的，本实施例中的保安过滤器3还包括排污口35，将滤芯31表面的污染物经过
冲刷后，利用排污口35排到保安过滤器3外部。
62.根据本发明的一种实施例，自动控制模块还包括可编程控制箱4，用于将数据运算处理，并生成控制任务控制设备。
63.根据本实施例的反渗透处理及回用设备，若干传感器将采集的数据通过以太网通讯、can通讯等多种通信接口上传至可编程控制箱4，本实施例中的可编程控制箱4可理解为矿用隔爆兼本安型可编程控制箱4，可编程控制箱4对采集信息进行运算处理，并根据加药装置中加药箱5液位变化及水处理元件压力变化，控制任务的调度和执行元件的准确动作，实现处理装置的自动启停、加药、清洗、供水以及废水回流等功能。
64.根据本发明的一种实施例，自动控制模块还包括lcd电子显示屏，用于显示反渗透膜组件7的运行状态。
65.根据本发明的一种实施例，多级过滤预处理系统还包括加药装置，加药装置分别连接叠片过滤器1进水口用于加入杀菌剂和保安过滤器3进水口用于加入阻垢剂。
66.根据本发明的一种实施例，深度处理系统还包括乳化液配比箱；乳化液配比箱设置在反渗透膜组件7下游，用于贮存反渗透产水并进行乳化液配比使用，浓水排出设备。
67.根据本实施例的反渗透处理及回用设备，乳化液配比箱设置在反渗透膜组件7之间设置纯水箱14，用于储存反渗透膜组件7深度净化处理后的纯水。可编程控制箱4对采集信息进行运算处理，并根据纯水箱14的变化及水处理元件压力变化，控制任务的调度和执行元件的准确动作，实现处理装置的自动启停、加药、清洗、供水以及废水回流等功能。
68.根据本发明的一种实施例，传感器至少包括水压力传感器、水流量传感器、电导率监测仪、浊度监测仪、ph值监测仪、液位传感器，用于监测设备内的各部件参数。
69.示例性且非限制性的，本发明实施例中水压力传感器包括叠片过滤器1、纤维滤料精密过滤器2、保安过滤器3、以及反渗透膜组件7上设置的进水压力传感器和出水压力传感器；反渗透膜组件7上的浓水压力传感器，进水流量传感器，产水流量传感器、电导率监测仪、浊度监测仪、ph值监测仪，其中本实施例中的电导率监测仪、浊度监测仪、ph值监测仪均为矿用本安型监测仪、纯水箱14和加药装置上设置的液位传感器等，实现对设备中各部件的监控。
70.有利的，本发明中的实施例还包括若干压力显示表6，其中压力显示表6与压力传感器连接，能够实时反馈各压力传感器的运行状态。
71.根据本发明的一种实施例，反渗透处理及回用设备还包括壳体；将自动控制模块、多级过滤预处理系统和所深度处理系统集成其内。
72.有利的，示例性但非限制的，反渗透处理及回用设备还包括壳体，壳体可理解为不锈钢壳体13，整个设备两侧均设有进出水口9与吊环，方便设备调向与起吊，设备底座装有万向轮8，使得整个设备可在井下巷道进行移动，从而满足不同位置的乳化液配比需求。
73.同时，本实施例中整个设备长不超过6米，宽不超过1.5米，高不超过1.4米，优选为整个设备长6米，宽1.5米，高1.4米满足井下巷道的空间布置需求。
74.以本实施例中的矿井水井下模块化反渗透处理及回用设备为例，其运行工作原理及水处理工艺方法如图5，具体为：
75.由于在井下经中央水仓收集后的矿井水中颗粒物粒径往往在50μm以下，因此经济有效的反渗透预处理工艺对于反渗透装置的长久稳定运行尤为重要。矿井水经原水泵增压
后，可通过减压阀10调整压力后进入多级过滤预处理系统，依次经过叠片过滤器1、纤维滤料精密过滤器2、保安过滤器3等几个单元，其预处理系统产水进入反渗透膜组件7，反渗透产水经通过增压泵进入乳化液配比箱，进行乳化液配比使用，浓水排出设备。纤维滤料精密过滤器2、反渗透膜组件7清洗后的废水以及不满足乳化液配比水质需求的反渗透产水均回流至多级过滤预处理系统进水口，进行二次处理利用。
76.同时，以溶解性总固体浓度为1250mg/l，总硬度(以caco3计)为340mg/l的矿井水为例，采用3支叠片过滤器1，纤维滤料精密过滤器2、1支保安过滤器3内设17根pp滤芯31，12根反渗透膜1级3短排列的处理工艺，实现出水脱盐率为99.24％，纯水产量为10t/h(回收率为60％)的处理效果。
77.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
78.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
79.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
80.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
81.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
82.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。