CN111547886A - 一种煤矿废水资源化综合处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿废水资源化综合处理系统，该系统简化煤矿高矿化度废水处理系统，采用预处理+多介质过滤+纳滤的工艺，获取废水中的二价钙、镁离子，将其获得的浓缩液作为洗煤废水的处理剂，在降低了高矿化度废水的处理能耗，简化工艺的同时，还减少了洗煤废水处理过程中的药剂费用，极大的提高了煤矿废水处理效率，降低了成本。

Description

一种煤矿废水资源化综合处理系统

技术领域

本发明属于矿井废水处理领域，具体涉及一种煤矿废水资源化综合处理系统。

背景技术

我国一直是煤炭生产和消费大国，煤炭资源仍是我国的主体能源，而煤炭生产过程中产生了大量的矿井水，全国每年产生矿井水约 80亿吨，矿井水年损失量达60亿吨，其中大部分的矿井水以外排的方式处理，这样不仅是对水资源的浪费，也对矿区周围的生态环境构成了威胁。目前，针对矿井高矿化度矿井水，主要采用反渗透和蒸发结晶进行处理，蒸发结晶产生的杂盐属于工业危险废物，如运输至地面进行处理，不仅处理费用高，而且如处置不当，会对矿区地表生态环境和人类健康构成危害，也容易造成二次污染。

现有高矿化度矿井水处理技术存在着处理费用高、产生大量工业危险废物等缺陷，因此如何妥善解决高矿化度矿井水的处理难题，实现矿井高矿化度矿井水的资源化、无害化处理技术，是所属领域当前研究的热题。

现有技术中针对高矿化度矿井废水的处理集中围绕脱盐的思路进行，其脱盐的主要方法分别为热力学除盐、化学法除盐、电-膜法除盐、压力-膜法除盐、电吸附法除盐以及其他除盐法，但基于该思路的矿化水处理方法能耗高、工艺复杂、经济效率低，难以实际运用于实际生产中。

CN109231632A则公开了一种高矿化度矿井水回用及资源化利用的处理方法，其经过预处理、碳酸钙回收、浓缩、蒸发结晶最终实现了废水“零排放”。但其在处理过程中需要加入药剂对废水进行软化，去除废水中硬度离子形成“无用”的沉淀物质，但在实际煤矿生产过程中，需要大量的氯化钙、氯化镁等药剂用于洗煤废水的处理。 CN209368040U采用高密池与软化器双除硬度装置进行预处理，除去钙、镁和活性硅，同样也在处理过程中将可以用于洗煤废水处理的“资源”除去，没有尽最大可能利用矿井水资源。

煤矿工业中是一个复杂的体系，其中产生大量不同性质的废水，其中一种处理难度大、费用高的废水就是高浓度洗煤废水，高浓度洗煤废水的常规工艺中有一种方法是氯化钙与PAM联用处理，但该种方法中氯化钙的成本极高，难以大规模利用，但高矿化度废水中则含有大量钙、镁离子，如何将其联合利用降低外来药剂的加入，成了煤矿废水资源化利用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤矿废水资源化综合处理系统。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

本发明公开了一种煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于，所述系统包括预处理池1、多介质过滤装置2、保安过滤器3、纳滤装置4、纳滤浓水收集池5、铁粉投加装置6、离心分离装置7、高浓度洗煤废水调节池8、絮凝池9、固液分离装置10；所述预处理池1、多介质过滤装置2、保安过滤器3、纳滤装置4、纳滤浓水收集池5、离心分离装置7依次连接，所述铁粉投加装置6设置在纳滤浓水收集池5上，所述离心分离装置7清液出口连接絮凝池9，所述高浓度洗煤废水调节池8连接絮凝池9，所述絮凝池9连接固液分离装置10，所述固液分离装置10进行固液分离得到清液与残渣；

煤矿高矿化度废水进入预处理池1，去除所述煤矿高矿化度废水中的杂质、煤粒及污泥，然后出水依次进入多介质过滤装置2、保安过滤器3；

保安过滤器3出水经管道混合器进入纳滤装置4去除水中的色度，二价离子和异味，纳滤装置产水排出后回用，浓盐水进入纳滤浓水收集池5，所述管道混合器中加入pH调节剂；

在搅拌的作用下，铁粉投加装置6向纳滤浓水收集池5中加入铁粉，反应结束后输送至离心分离装置7中进行离心分离得到浓液与沉渣，所述浓液收集利用，所述沉渣返回纳滤浓水收集池；

调节所述浓液pH至4-5，将调节pH后的浓液加入絮凝池与高浓度洗煤废水进行混合，并在搅拌条件下加入絮凝剂，然后进行固液分离得到清液与残渣。

进一步地，pH调节剂为酸性矿井废水、盐酸、硫酸中的一种或多种；

进一步地，还设置有煅烧炉11，所述固液分离得到的残渣进行脱水干燥后，进行煅烧，然后将煅烧后的残余物进行球磨，制备粒径在1-5mm的多孔材料；

进一步地，向絮凝池9中加入多孔材料，所述多孔材料的投加量为5-15g/L；

进一步地，铁粉投加量为8-20g/L；

进一步地，所述残渣，进行脱水干燥后，按照质量比为10：1 的比例加入火碱，煅烧后研磨至0.05-0.2mm，煅烧后的产物加入盐酸溶液和/或酸性矿井废水，调整pH至3-5，在加热条件下搅拌 30-75min，反应结束后降温至室温，将废渣除去后得到含有聚硅酸铁钙镁的溶液；

进一步地，所述絮凝剂为PAM、聚硅酸铁钙镁中一种或组合；

进一步地，所述煅烧炉内烧结温度为1250-1800℃。

本发明的洗煤废水处理工艺，至少具有以下优点：

1.简化煤矿高矿化度废水处理系统，采用预处理+多介质过滤+ 纳滤的工艺，获取废水中的二价钙、镁离子，将其获得的浓缩液作为洗煤废水的处理剂，在降低了高矿化度废水的处理能耗，简化工艺的同时，还减少了洗煤废水处理过程中的药剂费用，极大的提高了煤矿废水处理效率，降低了成本；

2.洗煤废水处理后产生的固体废物中二氧化硅是主要成分，对其进行脱水干燥处理，加入火碱，煅烧后研磨煅烧后的产物加入盐酸溶液和/或酸性矿井废水进行活化处理，高矿化度废水浓液中的钙、镁离子以及加入的铁粉释放的铁离子，最终形成聚硅酸铁钙镁，变废物为处理剂，不仅可以用于煤矿废水，还可以应用于类似工艺流程中，可以生产产品提高创收；

4.浓液中含有大量钙、镁、铁加入洗煤废水中后，钙离子、铁离子、铁离子中和带有负电荷的胶体，加入絮凝剂后，显著提高了絮凝剂的絮凝效果；

5.采用向废水中加入多孔物质后，多孔物质中的盐基离子如钙、铁、镁等释放的同时，由于多孔物质的加入，极大地吸附了废水中的有机物，并且由于其与絮凝剂的配合，可以快速形成大块絮体，提高污泥沉降速度，实现泥水快速分离。

附图说明

图1是一种煤矿废水资源化综合处理系统示意图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”，“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

煤矿高矿化度废水水质：含盐量2500-3200mg/L,总硬度 1350-1700mg/L；

某煤矿洗煤废水水质：pH值：8.21、SS：70.42g/L、COD：18325 mg/L；

本发明公开了一种煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于，所述系统包括预处理池1、多介质过滤装置2、保安过滤器3、纳滤装置4、纳滤浓水收集池5、铁粉投加装置6、离心分离装置7、高浓度洗煤废水调节池8、絮凝池9、固液分离装置10；所述预处理池1、多介质过滤装置2、保安过滤器3、纳滤装置4、纳滤浓水收集池5、离心分离装置7依次连接，所述铁粉投加装置6设置在纳滤浓水收集池5上，所述离心分离装置7清液出口连接絮凝池9，所述高浓度洗煤废水调节池8连接絮凝池9，所述絮凝池9连接固液分离装置10，所述固液分离装置10进行固液分离得到清液与残渣；

所述系统通过下述步骤进行：

(1)预处理段：煤矿高矿化度废水首先进入预处理池，去除所述煤矿高矿化度废水中的杂质、煤粒及污泥，然后出水依次进入多介质过滤装置、保安过滤器；

(2)浓盐水浓缩段：步骤(1)中保安过滤器出水经管道混合器进入纳滤装置去除水中的色度，二价离子和异味，纳滤装置产水排出后回用，浓盐水进入纳滤浓水收集池，所述管道混合器中加入pH调节剂，调节废水pH至4-6；

(3)纳滤浓水收集池中在搅拌的作用下加入铁粉，反应结束后进行固液分离得到浓液与沉渣，所述浓液收集利用，所述沉渣返回纳滤浓水收集池，铁粉投加量为10g/L,铁粉投加至浓水中后，单质铁与浓水中的重金属离子置换反应以及在酸性条件下均析出亚铁离子；

(4)调节所述浓液pH至3-4，将调节pH后的浓液加入高浓度洗煤废水中进行混合，所述浓液与所述高浓度洗煤废水的体积比控制在1:10；

(5)步骤(4)混合后的废水在搅拌条件下加入絮凝剂，然后进行固液分离得到清液与残渣。

其中进入纳滤浓水收集池的浓盐水含盐量为13235-14410mg/L, 总硬度在8900-11210mg/L，所述絮凝剂采用PAM，投加量为25mg/L。针对洗煤废水做氯化钙对比试验，区别仅在于本方法采用纳滤浓水，对比例采用氯化钙，其他工艺参数均相同：

根据试验结果可以得出如下结论：

采用纳滤浓水作为药剂进行洗煤废水处理，尽管处理效果略逊于氯化钙法，但其处理效果完全满足设计要求，可以大大降低氯化钙工艺药剂费用，同时还降低了煤矿高矿化度废水处理工艺的工艺复杂度、能源消耗等问题。

实施例2

在实施1处理的基础上，将所述固液分离得到的残渣进行脱水干燥后，进行煅烧，然后将煅烧后的残余物进行球磨，制备粒径在1-5mm 的多孔材料，步骤(4)中浓液与高浓度洗煤废水中进行混合时加入多孔材料，所述多孔材料的投加量为5g/L、10g/L、15g/L；与未加入多孔材料的实施例1比较：

根据试验结果可以得出如下结论：

加入所得多孔材料后，对SS去除效果、COD的去除效果均明显提高，由于多孔材料在絮凝沉淀过程中，多孔物质中的盐基离子如钙、铁、镁等释放的同时，由于多孔物质的加入，极大地吸附了废水中的有机物，并且由于其与絮凝剂的配合，可以快速形成大块絮体，提高污泥沉降速度，实现泥水快速分离，但是并非多孔材料加入越多越好，因为在絮体形成过程中，多孔材料过量后会产生多余物料，难以与絮体共同作用，带来SS去除效果不佳的后果。

实施例3

在对比文件1处理的基础上，所述残渣进行脱水干燥后，按照质量比为10：1的比例加入火碱，煅烧后研磨至0.05-0.1mm，煅烧后的产物加入盐酸溶液和/或酸性矿井废水，调整pH至3-5，在加热条件下搅拌30-75min，反应结束后降温至室温，将废渣除去后得到含有聚硅酸铁钙镁的溶液，所述煅烧在煅烧炉内进行，所述煅烧炉内烧结温度为1250℃；

所述絮凝剂采用为PAM与聚硅酸铁钙镁混合使用；

其他工艺参数均相同：

加入聚硅酸铁钙镁后，SS效果随着其的加入，不断降低，说明 PAM单独要比PAM与聚硅酸铁钙镁配合去除SS的效果更好，但也可以发现，随着聚硅酸铁钙镁，COD的去除效果有所提高，这可能是由于聚硅酸与废水中的有机物有更好的接触，提高了COD的去除效果，但是总体来讲，聚硅酸铁钙镁的加入大大降低了PAM的用量，降低了煤矿废水处理成本。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (8)

1.一种煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于，所述系统包括预处理池(1)、多介质过滤装置(2)、保安过滤器(3)、纳滤装置(4)、纳滤浓水收集池(5)、铁粉投加装置(6)、离心分离装置(7)、高浓度洗煤废水调节池(8)、絮凝池(9)、固液分离装置(10)；所述预处理池(1)、多介质过滤装置(2)、保安过滤器(3)、纳滤装置(4)、纳滤浓水收集池(5)、离心分离装置(7)依次连接，所述铁粉投加装置(6)设置在纳滤浓水收集池(5)上，所述离心分离装置(7)清液出口连接絮凝池(9)，所述高浓度洗煤废水调节池(8)连接絮凝池(9)，所述絮凝池(9)连接固液分离装置(10)，所述固液分离装置(10)进行固液分离得到清液与残渣；煤矿高矿化度废水进入预处理池(1)，去除所述煤矿高矿化度废水中的杂质、煤粒及污泥，然后出水依次进入多介质过滤装置(2)、保安过滤器(3)；保安过滤器(3)出水经管道混合器进入纳滤装置(4)，浓盐水进入纳滤浓水收集池(5)，所述管道混合器中加入pH调节剂；在搅拌的作用下，铁粉投加装置(6)向纳滤浓水收集池(5)中加入铁粉，反应结束后输送至离心分离装置(7)中进行离心分离得到浓液与沉渣，所述浓液收集利用，所述沉渣返回纳滤浓水收集池；调节所述浓液pH至4-5，将调节pH后的浓液加入絮凝池与高浓度洗煤废水进行混合，并在搅拌条件下加入絮凝剂，然后进行固液分离得到清液与残渣。

2.如权利要求1所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：pH调节剂为酸性矿井废水、盐酸、硫酸中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：还设置有煅烧炉(11)，所述固液分离得到的残渣进行脱水干燥后，进行煅烧，然后将煅烧后的残余物进行球磨，制备粒径在1-5mm的多孔材料。

4.如权利要求3所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：向絮凝池(9)中加入多孔材料，所述多孔材料的投加量为5-15g/L。

5.如权利要求1所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：铁粉投加量为8-20g/L。

6.如权利要求1所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：所述残渣进行脱水干燥后，按照质量比为10：1的比例加入火碱，煅烧后研磨至0.05-0.2mm，煅烧后的产物加入盐酸溶液和/或酸性矿井废水，调整pH至3-5，在加热条件下搅拌30-75min，反应结束后降温至室温，将废渣除去后得到含有聚硅酸铁钙镁的溶液。

7.如权利要求1或6所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：所述絮凝剂为PAM、聚硅酸铁钙镁中一种或组合。

8.如权利要求3或4或6所述的煤矿废水资源化综合处理系统，其特征在于：所述煅烧炉内烧结温度为1250-1800℃。

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