公布日：2023.08.22
申請日：2023.04.25
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/40(2023.01)N;C02F1/38(2023.01)N;C02F1/00(2023.01)N;C02F1/56(2023.01)N;C02F103/10(2006.01)N
摘要
本發明涉及一種基于加藥微結晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，其包括：S1、向礦井水中加入酸、鹽、堿或前述試劑的組合，以與礦井水中的離子結合成不溶物或難溶物，同時向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導結晶，通過固液分離去除結晶顆粒物；S2、向經S1處理的水中投加混凝劑，使用攪拌器在100‑150rpm速度下攪拌反應；攪拌15‑30min后，繼續投加絮凝劑，同時投加微砂，微砂粒徑為30‑74μm，每1L待處理水體添加500‑1000mg；使用攪拌器在50‑100rpm速度下輕微攪拌反應5‑10min，將水體轉移至斜管沉淀池加快沉淀，污泥經水力旋流器分離出微砂進行回收使用。
權利要求書
1.一種基于加藥微結晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，其特征在于，其包括：S1、微結晶軟化處理向礦井水中加入酸、鹽、堿或前述試劑的組合，以與礦井水中的離子結合成不溶物或難溶物，同時向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導結晶，在結晶過程中控制水體溫度在20℃以下以促進結晶；結晶過程中，不斷攪動水體使晶種呈流化床狀態；待結晶顆粒物長大，通過固液分離去除結晶顆粒物；S2、微砂絮凝重介速沉處理向經S1處理的水中投加混凝劑，使用攪拌器在100-150rpm速度下輕微攪拌反應；攪拌15-30min后，繼續投加絮凝劑，同時投加微砂，微砂粒徑為30-74μm，每1L待處理水體添加500-1000mg；使用攪拌器在50-100rpm速度下輕微攪拌反應5-10min，將水體轉移至斜管沉淀池，水體由斜管沉淀池底部進水，使水逆流向上通過斜管陣列到達斜管陣列上方以產生出水。
2.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S1中，向礦井水中加入的試劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈣中的一種或幾種；所述晶種為碳酸鈣晶種、氫氧化鎂晶種、氫氧化銅晶種、氟化鈣晶種中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S1中，氫氧化鈉的加入量為：按濃度為30％的NaOH溶液計，加藥量為70-120mg/L；碳酸鈉的加入量為：按濃度為5％的Na2CO3溶液計，加藥量為200-300mg/L。
4.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S1中，結晶過程中控制水體溫度在10℃以下以促進結晶。
5.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，步驟S1在流化床微結晶造粒裝置中進行；所述流化床微結晶造粒裝置包括塔體、塔體內側從底部到頂部依次設有進水管、進水區、布水管盤、結晶造粒區、集水區和出水管；進水管連通進水區；結晶造粒區連通加晶種管，在結晶造粒區還設有內筒，內筒兩端開口，內筒與塔體內壁之間具有間距；集水區位于塔體上部；所述布水管盤為由管體螺旋狀盤卷形成，所述管體的一端連接外部的加藥管，管體上設有若干補藥孔，布水管盤形成螺旋狀透水縫；所述布水管盤包括中央通孔，該中央通孔中安裝晶粒出管，晶粒出管上端平齊于或低于布水管盤的上表面，下端靠近塔體底部的結晶排出口。
6.根據權利要求5所述的礦井水軟化方法，其特征在于，結晶造粒區設有半導體制冷片用于調節水溫；半導體制冷片設置在內筒的內壁，并沿著內筒內壁的環向布置3個或3個以上。
7.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S2中，混凝劑為聚合氯化鋁PAC、聚合硫酸鋁PSC、聚合氯化鐵PFC、聚合硫酸鐵PFS中的一種或幾種；混凝劑添加量為120-150mg/L；絮凝劑為聚丙烯酰胺PAM；絮凝劑的添加量為16-20mg/L。
8.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S2中，所述斜管陣列的斜管傾斜角度是60°，斜管直徑是25-35mm，長度為0.8-1m。
9.根據權利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S2在微砂絮凝循環裝置中進行；所述微砂絮凝循環裝置包括池箱，所述池箱的內部通過第一隔板、第二隔板、第三隔板被區隔成一級反應區、二級反應區、三級反應區和斜管沉淀區；所述一級反應區底部連接入水管和混凝劑加藥管；第一隔板和第三隔板的底端與池箱底壁固接，頂端為溢流端；二級反應區連接絮凝劑加藥管和加砂器，第二隔板底端與池箱底部之間形成通道，頂端高出液面；所述斜管沉淀區設有斜管陣列，所述斜管陣列與第三隔板之間具有間距且靠近三級反應區的一側設有擋水板，斜管陣列懸浮在斜管沉淀區上部，斜管陣列上方為產水區，對應產水區設有出水口；所述斜管沉淀區的底部設有排泥口，其排出的砂泥通過回砂泵連接水力旋流器分離成微砂和污泥，微砂通過加砂器，回加至二級反應區。
10.根據權利要求9所述的礦井水軟化方法，其特征在于，所述水力旋流器內徑為150-200mm，進料口直徑為40-60mm，底流口直徑為20-30mm；使用該規格的水力旋流器可以對粒徑為30-74μm的微砂回收率達到90％以上。
發明內容
(一)要解決的技術問題
鑒于現有技術的上述缺點、不足，本發明提供一種基于加藥微結晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，通過微結晶軟化和微砂絮凝重介速沉相結合，達到聯合軟化礦井水的效果，相比現有技術可降低能耗和設備投入成本，并大幅提高水軟化效率，適用于大體量采煤礦井水的軟化處理。
(二)技術方案
為了達到上述目的，本發明采用的主要技術方案包括：
本發明提供一種基于加藥微結晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，其包括：
S1、微結晶軟化處理
向礦井水中加入酸、鹽、堿或前述試劑的組合，以與礦井水中的離子結合成不溶物或難溶物，同時向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導結晶，在結晶過程中控制水體溫度在20℃以下以促進結晶；結晶過程中，不斷攪動水體使晶種呈流化床狀態；待結晶顆粒物長大，通過固液分離去除結晶顆粒物；
S2、微砂絮凝重介速沉處理
向經S1處理的水中投加混凝劑，使用攪拌器在100-150rpm速度下輕微攪拌反應；攪拌15-30min后，繼續投加絮凝劑，同時投加微砂，微砂粒徑為30-74μm，每1L待處理水體添加500-1000mg；使用攪拌器在50-100rpm速度下輕微攪拌反應5-10min，將水體轉移至斜管沉淀池，水體由斜管沉淀池底部進水，使水逆流向上通過斜管陣列到達斜管陣列上方以產生出水。
根據本發明的較佳實施例，S1中，向礦井水中加入的試劑包括碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧化鈣中的一種或幾種。
根據本發明的較佳實施例，S1中，所述晶種為碳酸鈣晶種、氫氧化鎂晶種、氫氧化銅晶種、氟化鈣晶種中的一種或幾種。
根據本發明的較佳實施例，S1中，氫氧化鈉的加入量為：按濃度為30％的NaOH溶液計，加藥量為70-120mg/L；碳酸鈉的加入量為：按濃度為5％的Na2CO3溶液計，加藥量為200-300mg/L。
根據本發明的較佳實施例，S1中，結晶過程中控制水體溫度在10℃以下以促進結晶。
根據本發明的較佳實施例，S1在流化床微結晶造粒裝置中進行；所述流化床微結晶造粒裝置包括塔體、塔體內側從底部到頂部依次設有進水管、進水區、布水管盤、結晶造粒區、集水區和出水管；進水管連通進水區；結晶造粒區連通加晶種管，在結晶造粒區還設有內筒，內筒兩端開口，內筒與塔體內壁之間具有間距；集水區位于塔體上部；所述布水管盤為由管體螺旋狀盤卷形成，所述管體的一端連接外部的加藥管，管體上設有若干補藥孔，布水管盤形成螺旋狀透水縫；所述布水管盤包括中央通孔，該中央通孔中安裝晶粒出管，晶粒出管上端平齊于或低于布水管盤的上表面，下端靠近塔體底部的結晶排出口。
根據本發明的較佳實施例，在結晶造粒區設有半導體制冷片用于調節水溫；半導體制冷片設置在內筒的內壁，并沿著內筒內壁的環向布置3個或3個以上。
根據本發明的較佳實施例，S2中，混凝劑為聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PSC)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)中的一種或幾種；混凝劑添加量為120-150mg/L；絮凝劑為聚丙烯酰胺PAM；絮凝劑的添加量為16-20mg/L。煤礦礦井水比地面水中離子含量大得多、離子種類也較多，因此混凝劑和絮凝劑的添加量比常規用量高。
根據本發明的較佳實施例，S2中，所述斜管陣列的斜管傾斜角度是60°，斜管直徑是25-35mm，長度為0.8-1m。
根據本發明的較佳實施例，S2在微砂絮凝循環裝置中進行；所述微砂絮凝循環裝置包括池箱，所述池箱的內部通過第一隔板、第二隔板、第三隔板被區隔成一級反應區、二級反應區、三級反應區和斜管沉淀區；所述一級反應區底部連接入水管和混凝劑加藥管；第一隔板和第三隔板的底端與池箱底壁固接，頂端為溢流端；二級反應區連接絮凝劑加藥管和加砂器，第二隔板底端與池箱底部之間形成通道，頂端高出液面；所述斜管沉淀區設有斜管陣列，所述斜管陣列與第三隔板之間具有間距且靠近三級反應區的一側設有擋水板，斜管陣列懸浮在斜管沉淀區上部，斜管陣列上方為產水區，對應產水區設有出水口；所述斜管沉淀區的底部設有排泥口，其排出的砂泥通過回砂泵連接水力旋流器分離成微砂和污泥，微砂通過加砂器，回加至二級反應區。
根據本發明的較佳實施例，所述水力旋流器內徑為150-200mm，進料口直徑為40-60mm，底流口直徑為20-30mm；使用該規格的水力旋流器可以對粒徑為30-74μm的微砂回收率達到90％以上，故可減少新砂的添加。
根據本發明的較佳實施例，所述三級反應區還設有除油裝置，除油裝置包括設在池箱底部的超聲波破乳裝置和設置在液面上的吸油裝置，超聲波破乳裝置對懸浮在水中或沉在底部的油污進行破乳處理，使油污上浮至水面，再利用吸油裝置吸除。
其中，所述一級反應區、二級反應區、三級反應區內均設有攪拌器；所述斜管沉淀區的底部為具有錐形坡面的泥斗。所述斜管沉淀區設有間歇性運轉的刮泥機，所述刮泥機受到電機驅動，其朝向泥斗的一側設有若干梳齒。
(三)有益效果
(1)本發明的一種基于加藥微結晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，先通過流化床微結晶造粒裝置使水中離子生成不溶物或難溶物，在晶種誘導下形成較大的結晶顆粒，結晶顆粒沉底，達到自然分離的效果以去除40％以上的離子；然后再利用微砂絮凝循環裝置，在混凝劑和絮凝劑作用下，通過投加微砂促進絮凝體快速變大沉積，同時結合微砂絮凝循環裝置的斜管沉淀池加速沉淀，再次去除約30％以上的離子，達到聯合軟化礦井水的效果。
(2)與現有技術的復合膜濾、石灰絮凝法、電絮凝、電滲析等技術相比，本發明最顯著的特點是運行成本和能耗低，設備投入成本低，可用于處理大體量的采煤礦井水，并對采煤礦井水實現高效軟化。本發明的方法具有反應時間短，只需8分鐘，是膜處理技術的1/30；占地小，只有膜處理技術的1/10；成本低，只有膜處理技術約1/15。
(3)流化床微結晶造粒裝置的產生晶粒顆粒，不產生污泥，晶粒顆粒可被資源化回收利用。
（發明人：王雨晨;李庭;張偉;吳凡）
