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(fā)明涉及一種基于加藥微結(jié)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(jié)合成不溶物或難溶物，同時(shí)向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導(dǎo)結(jié)晶，通過固液分離去除結(jié)晶顆粒物；S2、向經(jīng)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(yīng)；攪拌15‑30min后，繼續(xù)投加絮凝劑，同時(shí)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(yīng)5‑10min，將水體轉(zhuǎn)移至斜管沉淀池加快沉淀，污泥經(jīng)水力旋流器分離出微砂進(jìn)行回收使用。
權(quán)利要求書
1.一種基于加藥微結(jié)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(jié)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(jié)合成不溶物或難溶物，同時(shí)向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導(dǎo)結(jié)晶，在結(jié)晶過程中控制水體溫度在20℃以下以促進(jìn)結(jié)晶；結(jié)晶過程中，不斷攪動(dòng)水體使晶種呈流化床狀態(tài)；待結(jié)晶顆粒物長大，通過固液分離去除結(jié)晶顆粒物；S2、微砂絮凝重介速沉處理向經(jīng)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(yīng)；攪拌15-30min后，繼續(xù)投加絮凝劑，同時(shí)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(yīng)5-10min，將水體轉(zhuǎn)移至斜管沉淀池，水體由斜管沉淀池底部進(jìn)水，使水逆流向上通過斜管陣列到達(dá)斜管陣列上方以產(chǎn)生出水。
2.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jì)，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(jì)，加藥量為200-300mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的礦井水軟化方法，其特征在于，S1中，結(jié)晶過程中控制水體溫度在10℃以下以促進(jìn)結(jié)晶。
5.根據(jù)權(quán)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(jié)晶造粒裝置中進(jìn)行；所述流化床微結(jié)晶造粒裝置包括塔體、塔體內(nèi)側(cè)從底部到頂部依次設(shè)有進(jìn)水管、進(jìn)水區(qū)、布水管盤、結(jié)晶造粒區(qū)、集水區(qū)和出水管；進(jìn)水管連通進(jìn)水區(qū)；結(jié)晶造粒區(qū)連通加晶種管，在結(jié)晶造粒區(qū)還設(shè)有內(nèi)筒，內(nèi)筒兩端開口，內(nèi)筒與塔體內(nèi)壁之間具有間距；集水區(qū)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(shè)有若干補(bǔ)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(jié)晶排出口。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的礦井水軟化方法，其特征在于，結(jié)晶造粒區(qū)設(shè)有半導(dǎo)體制冷片用于調(diào)節(jié)水溫；半導(dǎo)體制冷片設(shè)置在內(nèi)筒的內(nèi)壁，并沿著內(nèi)筒內(nèi)壁的環(huán)向布置3個(gè)或3個(gè)以上。
7.根據(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(huán)裝置中進(jìn)行；所述微砂絮凝循環(huán)裝置包括池箱，所述池箱的內(nèi)部通過第一隔板、第二隔板、第三隔板被區(qū)隔成一級反應(yīng)區(qū)、二級反應(yīng)區(qū)、三級反應(yīng)區(qū)和斜管沉淀區(qū)；所述一級反應(yīng)區(qū)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(yīng)區(qū)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(qū)設(shè)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(yīng)區(qū)的一側(cè)設(shè)有擋水板，斜管陣列懸浮在斜管沉淀區(qū)上部，斜管陣列上方為產(chǎn)水區(qū)，對應(yīng)產(chǎn)水區(qū)設(shè)有出水口；所述斜管沉淀區(qū)的底部設(shè)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(yīng)區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)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(nèi)徑為150-200mm，進(jìn)料口直徑為40-60mm，底流口直徑為20-30mm；使用該規(guī)格的水力旋流器可以對粒徑為30-74μm的微砂回收率達(dá)到90％以上。
發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題
鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)、不足，本發(fā)明提供一種基于加藥微結(jié)晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，通過微結(jié)晶軟化和微砂絮凝重介速沉相結(jié)合，達(dá)到聯(lián)合軟化礦井水的效果，相比現(xiàn)有技術(shù)可降低能耗和設(shè)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(shù)方案
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：
本發(fā)明提供一種基于加藥微結(jié)晶與微砂絮凝重介速沉的礦井水軟化方法，其包括：
S1、微結(jié)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(jié)合成不溶物或難溶物，同時(shí)向礦井水中加入不溶物或難溶物的晶種以誘導(dǎo)結(jié)晶，在結(jié)晶過程中控制水體溫度在20℃以下以促進(jìn)結(jié)晶；結(jié)晶過程中，不斷攪動(dòng)水體使晶種呈流化床狀態(tài)；待結(jié)晶顆粒物長大，通過固液分離去除結(jié)晶顆粒物；
S2、微砂絮凝重介速沉處理
向經(jīng)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(yīng)；攪拌15-30min后，繼續(xù)投加絮凝劑，同時(shí)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(yīng)5-10min，將水體轉(zhuǎn)移至斜管沉淀池，水體由斜管沉淀池底部進(jìn)水，使水逆流向上通過斜管陣列到達(dá)斜管陣列上方以產(chǎn)生出水。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)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(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)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(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，S1中，氫氧化鈉的加入量為：按濃度為30％的NaOH溶液計(jì)，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(jì)，加藥量為200-300mg/L。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，S1中，結(jié)晶過程中控制水體溫度在10℃以下以促進(jìn)結(jié)晶。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，S1在流化床微結(jié)晶造粒裝置中進(jìn)行；所述流化床微結(jié)晶造粒裝置包括塔體、塔體內(nèi)側(cè)從底部到頂部依次設(shè)有進(jìn)水管、進(jìn)水區(qū)、布水管盤、結(jié)晶造粒區(qū)、集水區(qū)和出水管；進(jìn)水管連通進(jìn)水區(qū)；結(jié)晶造粒區(qū)連通加晶種管，在結(jié)晶造粒區(qū)還設(shè)有內(nèi)筒，內(nèi)筒兩端開口，內(nèi)筒與塔體內(nèi)壁之間具有間距；集水區(qū)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(shè)有若干補(bǔ)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(jié)晶排出口。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，在結(jié)晶造粒區(qū)設(shè)有半導(dǎo)體制冷片用于調(diào)節(jié)水溫；半導(dǎo)體制冷片設(shè)置在內(nèi)筒的內(nèi)壁，并沿著內(nèi)筒內(nèi)壁的環(huán)向布置3個(gè)或3個(gè)以上。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)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(guī)用量高。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)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(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，S2在微砂絮凝循環(huán)裝置中進(jìn)行；所述微砂絮凝循環(huán)裝置包括池箱，所述池箱的內(nèi)部通過第一隔板、第二隔板、第三隔板被區(qū)隔成一級反應(yīng)區(qū)、二級反應(yīng)區(qū)、三級反應(yīng)區(qū)和斜管沉淀區(qū)；所述一級反應(yīng)區(qū)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(yīng)區(qū)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(qū)設(shè)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(yīng)區(qū)的一側(cè)設(shè)有擋水板，斜管陣列懸浮在斜管沉淀區(qū)上部，斜管陣列上方為產(chǎn)水區(qū)，對應(yīng)產(chǎn)水區(qū)設(shè)有出水口；所述斜管沉淀區(qū)的底部設(shè)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(yīng)區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，所述水力旋流器內(nèi)徑為150-200mm，進(jìn)料口直徑為40-60mm，底流口直徑為20-30mm；使用該規(guī)格的水力旋流器可以對粒徑為30-74μm的微砂回收率達(dá)到90％以上，故可減少新砂的添加。
根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例，所述三級反應(yīng)區(qū)還設(shè)有除油裝置，除油裝置包括設(shè)在池箱底部的超聲波破乳裝置和設(shè)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(jìn)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(yīng)區(qū)、二級反應(yīng)區(qū)、三級反應(yīng)區(qū)內(nèi)均設(shè)有攪拌器；所述斜管沉淀區(qū)的底部為具有錐形坡面的泥斗。所述斜管沉淀區(qū)設(shè)有間歇性運(yùn)轉(zhuǎn)的刮泥機(jī)，所述刮泥機(jī)受到電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其朝向泥斗的一側(cè)設(shè)有若干梳齒。
(三)有益效果
(1)本發(fā)明的一種基于加藥微結(jié)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(jié)晶造粒裝置使水中離子生成不溶物或難溶物，在晶種誘導(dǎo)下形成較大的結(jié)晶顆粒，結(jié)晶顆粒沉底，達(dá)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(huán)裝置，在混凝劑和絮凝劑作用下，通過投加微砂促進(jìn)絮凝體快速變大沉積，同時(shí)結(jié)合微砂絮凝循環(huán)裝置的斜管沉淀池加速沉淀，再次去除約30％以上的離子，達(dá)到聯(lián)合軟化礦井水的效果。
(2)與現(xiàn)有技術(shù)的復(fù)合膜濾、石灰絮凝法、電絮凝、電滲析等技術(shù)相比，本發(fā)明最顯著的特點(diǎn)是運(yùn)行成本和能耗低，設(shè)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(shí)現(xiàn)高效軟化。本發(fā)明的方法具有反應(yīng)時(shí)間短，只需8分鐘，是膜處理技術(shù)的1/30；占地小，只有膜處理技術(shù)的1/10；成本低，只有膜處理技術(shù)約1/15。
(3)流化床微結(jié)晶造粒裝置的產(chǎn)生晶粒顆粒，不產(chǎn)生污泥，晶粒顆�？杀毁Y源化回收利用。
（發(fā)明人：王雨晨;李庭;張偉;吳凡）
