一种净水装置、井下膜自清洁污水处理系统和方法与流程

本发明属于污水处理，涉及井下污水处理，具体涉一种净水装置、井下膜自清洁污水处理系统和方法。

背景技术：

1、煤矿井下水产生的大量井下水含有有害物质，如煤层气、污渍和重金属。若不加以处理，将对地下水和地表水造成严重污染，并可能导致井下瓦斯爆炸等安全事故。然而，将井下水直接运输到地面进行处理和排放即繁琐且成本高昂；反之，如果在开采过程中直接净化井下水，得到清水，不仅可以节省污水运输成本，还可以将净化后的水直接用于井下开采，从而节约能源投入，减少环境污染，并最终提高开采效率。

2、但是，现有的净水设备大多为地面净水设备，由于地面上的场地和空间都比较开阔，因此地面净水设备的往往体积庞大，无法搬运至井下直接应用，因此，亟需开发一种适用于井下的高效污水处理设备。此外，现有的净水设备在净化水体的过程中，难以根据实时工况去智能化地调整工艺路线以及调节各个阶段(例如正冲洗、反冲洗等)的具体工艺参数，这进一步阻碍了净水效率。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供了一种净水装置、井下膜自清洁污水处理系统和方法，解决现有技术中在井下污水的处理效率有待进一步提高的技术问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

3、一种井下膜自清洁污水处理系统，包括原水箱，原水箱的出水端与原水进水管道的进水端相连通原水进水管道的第一出水端与原水输送管道的进水端相连通，所述的原水输送管道的出水端与净水装置的第一进水端相连通；原水进水管道的第二出水端与正冲洗管道的进水端相连通，正冲洗管道的出水端与净水装置的第二进水端相连通；所述的净水装置的顶部设置有清水管道，清水管道与产水输送管道的进水端相连通，产水输送管道的出水端与清水箱的进水端相连通，清水箱的出水端与反冲洗管道的进水端相连通，反冲洗管道的出水端与清水管道相连通。

4、所述的原水进水管道上设置有原水浊度仪；所述的原水输送管道上设置有进水泵和原水流量计；所述的正冲洗管道上设置有正洗泵、正冲洗流量计和正冲洗压力传感器；所述的产水输送管道上设置有产水压力传感器、产水出水泵、产水流量计和产水浊度仪；所述的反冲洗管道上设置有反洗泵、反冲洗流量计和反冲洗压力传感器。

5、所述的净水装置包括净水筒，净水筒内部的中心处沿着轴向方向设置有主转轴，主转轴上固定且可转动式安装有多个净水膜片；所述的净水筒的顶端上固定设置有电机支撑板，电机支撑板的顶面上固定安装有电机和齿轮箱，齿轮箱设置有相互啮合的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与电机相连接，第二齿轮安装在主转轴的顶端上，电机通过驱动第一齿轮和第二齿轮转动，从而带动主转轴和净水膜片旋转。

6、所述的净水筒的底部内固定安装有环形输水管，环形输水管上固定连接有多根轴向输水管，多根轴向输水管靠近净水筒的内壁并且沿着周向方向均匀布设，环形输水管和轴向输水管的内侧上均固定连接有多根喷淋管，喷淋管沿着径向方向设置。

7、位于同一水平面内多根喷淋管沿着周向方向均匀布设，位于同一水平面内多个净水膜片沿着周向方向均匀布设，位于同一竖直平面内的多根喷淋管与多个净水膜片交错设置，喷淋管上的多个喷嘴分为两排，两排喷嘴分别位于喷淋管上下两侧并且对称设置，喷嘴的出水方向朝向净水膜片。

8、本发明还具有如下技术特征：

9、所述的主转轴上可转动式安装有多个膜片安装轴，膜片安装轴上固定连接有膜片安装架，膜片安装架内固定安装有净水膜片，净水膜片背侧的膜片安装架内固定安装有膜片支撑管，净水膜片内侧和外侧的膜片安装架上均安装有膜片固定件。

10、所述的净水装置的底部设置排污泥管道，排污泥管道与污泥箱相连通，排污泥管道上设置有排污阀。

11、所述的原水输送管道上设置有原水控制阀；所述的正冲洗管道上设置有正冲洗控制阀；所述的产水输送管道上设置有产水控制阀；所述的反冲洗管道上设置反冲洗控制阀。

12、本发明还保护一种井下膜自清洁污水处理方法，该方法采用如上所述的井下膜自清洁污水处理系统；该方法具体包括如下步骤：

13、步骤一，原水抽取：

14、步骤1.1，启动进水泵，开始抽取原水；

15、步骤1.2，当原水流经原水浊度仪时，原水浊度仪会对原水进行检测，若原水的浊度超标，则降低进水泵的频率，若原水的浊度未超标，则不改变进水泵的频率并继续抽取原水；

16、步骤1.3，原水通过原水进水管道流入至净水装置中；

17、步骤二，水体净化：

18、步骤2.1，根据净化参数，对原水进行净化：原水进入净水装置中后，通过环形输水管、轴向输水管和喷淋管喷射至净水膜片上，然后通过设定好的净化参数，将原水中的污泥分离并生成产水。

19、步骤2.2，在原水净化过程中，实时监测并获取产水压力和膜通量，判断产水压力和膜通量是否达到阈值。

20、步骤2.3，进行正冲洗或继续抽取产水：

21、若步骤2.2判定产水压力和膜通量均达到了预设的阈值，则关闭进水泵，并设定好正冲洗的冲洗时间、强度和频率后，启动正洗泵从清水箱中抽取产水以进行正冲洗；若产水压力或膜通量未达到预设的阈值，则通过产水出水泵(20)继续将产水抽取至清水箱中。

22、步骤2.4，停止系统运行或继续抽取产水：

23、步骤2.4.1，在监测控制系统中预先设定好水体浊度的阈值。

24、步骤2.4.2，在对原水进行净化的过程中，通过产水浊度仪实时监测并获取产水浊度，若监测到的产水浊度达到步骤2.4.1中预设的阈值，则立即触发报警系统，停止井下膜自清洁污水处理系统运行；若监测到的产水浊度未达到预设的阈值，则通过产水出水泵继续抽取产水。

25、具体的，所述的步骤2.2包括如下步骤：

26、步骤2.2.1，在监测控制系统中预先设定好水压阈值和膜通量阈值。

27、步骤2.2.2，在对原水进行净化的过程中，通过产水压力传感器实时监测并获取产水压力。

28、步骤2.2.3，在对原水进行净化的过程中，通过产水流量计获得单位时间内的水体流量。

29、步骤2.2.4，根据步骤2.2.3获取的产水流量，计算并获得取样时间段内的总产水量，再根据产水量计算并获得膜通量，膜通量的计算采用如下式ⅰ进行：

30、

31、式中：

32、j表示膜通量，单位为l/m2·h。

33、v表示取样时间段内的总产水量，单位为l。

34、t表示取样时间段，单位为小时。

35、a表示膜的有效总面积，单位为m2。

36、步骤2.2.5，采用监测控制系统将步骤2.2.2中监测到的产水压力和步骤2.2.1中预设的产水压力的阈值进行比较，采用监测控制系统将步骤2.2.4中获得的膜通量和步骤2.2.1中预设的膜通量阈值进行比较，并判断产水压力和膜通量是否达到阈值。

37、步骤2.2.6，定期监测膜通量，以确保井下膜自清洁污水处理系统的性能，并适时进行校准。

38、可选且具体的，该方法还包括如下步骤：

39、步骤三，正冲洗与反冲洗：

40、步骤3.1，关闭产水出水泵，设定好正冲洗的冲洗时间、强度和频率后，启动正洗泵从原水箱中抽取原水，原水通过正冲洗管道流入至净水装置中后，通过环形输水管、轴向输水管和喷淋管喷射至净水膜片以进行正冲洗。

41、步骤3.2，在正冲洗过程中，实时监测并获取水体压力和膜通量，判断水体压力和膜通量是否达到阈值。

42、步骤3.3，进行反冲洗或重新开始水体净化：

43、若步骤3.2判定水体压力和膜通量均达到了预设的阈值，则适当调整正冲洗的冲洗时间，然后重复步骤3.2；若超过设定的正冲洗次数后，水体压力和膜通量仍然达到或超过预设的阈值，则启动反洗泵从清水箱中抽取产水以进行反冲洗；若在设定的正冲洗次数以内，水体压力和膜通量已经小于预设的阈值，则启动产水出水泵并重新开始对原水进行净化。

44、步骤3.4，在反冲洗过程中，实时监测并获取水体压力和膜通量，判断水体压力和膜通量是否达到阈值：

45、步骤3.5，停止反冲洗或重新开始水体净化：

46、若步骤3.4判定水体压力和膜通量均达到了预设的阈值，则适当调整反冲洗的冲洗时间，然后重复步骤3.4；若超过设定的反冲洗次数后，水体压力和膜通量仍然达到或超过预设的阈值，则立即触发报警系统，停止反冲洗；若在设定的反冲洗次数以内，水体压力和膜通量已经小于预设的阈值，则启动产水出水泵并重新开始对原水进行净化。

47、步骤3.6，停止系统运行或继续抽取产水：

48、在重新开始对原水进行净化的过程中，通过产水浊度仪实时监测并获取产水浊度，若监测到的产水浊度达到步骤2.4.1中预设的阈值，则立即触发报警系统，停止井下膜自清洁污水处理系统运行；若监测到的产水浊度未达到预设的阈值，则通过产水出水泵继续抽取产水。

49、具体的，所述的步骤3.2包括如下步骤：

50、步骤3.2.1，在正冲洗过程中，通过正冲洗压力传感器实时监测并获取水压。

51、步骤3.2.2，在正冲洗过程中，通过正冲洗流量计获得单位时间内的水体流量。

52、步骤3.2.3，根据步骤3.2.2获取的水体流量，计算并获得取样时间段内的总水流量，再根据水流量计算并获得膜通量；计算过程与步骤2.2.4相同。

53、步骤3.2.4，采用监测控制系统将步骤3.2.1中监测到的水压和步骤2.2.1中预设的水压阈值进行比较，采用监测控制系统将步骤3.2.3中获得的膜通量和步骤2.2.1中预设的膜通量阈值进行比较，并判断水体压力和膜通量是否达到阈值。

54、具体的，所述的步骤3.4包括如下步骤：

55、步骤3.4.1，在反冲洗过程中，通过反冲洗压力传感器实时监测并获取水压。

56、步骤3.4.2，在反冲洗过程中，通过反冲洗流量计获得单位时间内的水体流量。

57、步骤3.4.3，根据步骤3.4.2获取的水体流量，计算并获得取样时间段内的总水流量，再根据水流量计算并获得膜通量。

58、步骤3.4.4，采用监测控制系统将步骤3.4.1中监测到的水压和步骤2.2.1中预设的水压阈值进行比较，采用监测控制系统将步骤3.4.3中获得的膜通量和步骤2.2.1中预设的膜通量阈值进行比较，并判断水体压力和膜通量是否达到阈值。

59、本发明还保护一种如上所述的净水装置。

60、本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

61、(ⅰ)本发明的净水装置，在净水膜片四周布置了多个喷淋管，与净水膜片相互交错设置，有效地实现了膜片的自清洁功能；采用多个喷淋管同时上下喷淋，有效地增加了冲洗面积，提高了膜片的利用率和产水速度，进而提高了冲洗效率。综上所述，通过净水膜片与高度密集喷淋系统的巧妙布局实现了膜片的自清洁，显著提高了处理井下污水的效率。

62、(ⅱ)本发明的净水装置，其中所有的净水膜片均能够调整倾斜角度，确保污泥能够快速脱落，进而保证高效地完成膜片的自清洁任务。

63、(ⅲ)本发明中的净化装置，通过电机控制净水膜片进行正反转和转动速度，使污泥更快速地从膜片上脱落，确保净水膜片一直处于高效率工作状态，提高废水净化效率。

64、(ⅳ)本发明的井下膜自清洁污水处理系统以净水装置为核心处理设备，配套设置了原水抽取机构(主要包括原水箱、进水泵、原水进水管、原水控制阀和原水输送管道)、产水抽取机构(包括产水输送管道、清水箱和产水出水泵)、正冲洗机构(包括正冲洗管道、正冲洗控制阀和正洗泵)、反冲洗机构(包括反冲洗管道、反冲洗控制阀和反洗泵)以及水质实时监控机构(包括浊度仪、流量计和压力传感器)，上述各个机构为实现高效自动化和智能化净水提供了结构基础。

65、(ⅴ)本发明的井下膜自清洁污水处理方法，将正冲洗与反冲洗巧妙融合，并且在各冲洗阶段中能够智能化地调整关键参数，确保净水膜片持续处于高通量工作状态，从而提高污水处理效果。

66、(ⅵ)本发明的井下膜自清洁污水处理方法，通过将井下膜自清洁污水处理系统与监测控制系统和电控系统相结合，实现了实时监测和自动化控制整个水处理过程，简化了工作流程，显著了提高废水处理效率。