一种矿井水深度处理与资源化利用方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种矿井水深度处理与资源化利用的方法及装置，包括超滤系统、反渗透系统、除重金属装置、潜流湿地、表流湿地和景观湖，其特征在于超滤系统连接反渗透系统，超滤系统和反渗透系统与除重金属装置相连，反渗透系统的产水进入潜流湿地，潜流湿地连接表流湿地，表流湿地连接景观湖。本发明专利技术通过“超滤—反渗透—潜流湿地—表流湿地—景观湖”为主体的深度处理工艺，解决了矿井水的出路问题；兼顾净化水质与生态修复双重功能，能够改善土壤和水环境质量，美化矿区环境；同时有效去除了矿井水中Hg、Pb、Cd、Ni、Sn重金属离子，防止在回用过程中造成对地下水和人体的危害。

A method and device for deep treatment and resource utilization of mine water

【技术实现步骤摘要】
一种矿井水深度处理与资源化利用方法及装置
本专利技术涉及废水深度处理与资源化利用方法，具体涉及一种矿井水深度处理与资源化利用方法及装置。
技术介绍
矿井水是煤矿生产过程中流入或渗入井筒、井下巷道和工作面的大气降水、地表水、地下水和老窑积水的总称。矿井水为煤矿主要废水，传统的处理与资源化利用方法是经混凝、沉淀、过滤、消毒等处理工艺，处理后的矿井水回用于井下注浆、防尘或用于地面洗煤厂、厂区除尘、设备冷却、绿化灌溉等。由于矿井水产生量大，有些煤矿自身无法消耗掉处理后的矿井水，特别是对于远离工业园区的煤矿，矿井水的利用途径成为亟待解决的难题。有些煤矿企业将处理后尚未达到地表水环境质量标准的矿井水排入周边河流、湖泊甚至水库，对水环境造成了严重的污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对矿井水产生量大、难以全部综合利用的难题，提出一种矿井水深度处理与资源化利用方法及装置，主要通过“超滤—反渗透—潜流湿地—表流湿地—景观湖”为主体的深度处理工艺，将多余矿井水转化为景观用水，在美化矿区环境的同时，有效解决了矿井水的出路问题。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种矿井水深度处理与资源化利用的方法及装置，其中一种矿井水深度处理与资源化利用的装置，包括超滤系统1、反渗透系统2、除重金属装置3、潜流湿地4、表流湿地5和景观湖6，其特征在于超滤系统、反渗透系统、除重金属装置、潜流湿地、表流湿地系统和景观湖的连接关系为：超滤系统1连接反渗透系统2，超滤系统1和反渗透系统2的浓水连接除重金属装置3，反渗透系统2的产水进入潜流湿地4，潜流湿地4连接表流湿地5，表流湿地系统5连接景观湖6。本专利技术进一步公开了采用该装置进行矿井水深度处理与资源化利用的方法，其特征在于按如下的步骤进行：1）经混凝沉淀或超磁分离处理后的矿井水按照井下和厂区用水要求充分回用后，剩余矿井水进入超滤系统；2）超滤系统出水经清水泵、保安过滤器、高压泵打入反渗透系统；超滤系统进水操作压力控制在0.1-0.5Mpa，出水SDI值要求小于4；反渗透系统进水压力控制在1.0-1.2MPa，脱盐率95%-99%，产水率不低于60%；经回用后剩余反渗透产水全部由加压泵房打入潜流湿地；3）超滤系统、反渗透系统产生的浓水中如果Hg、Pb、Cd、Ni、Sn重金属离子含量高，则进入除重金属装置，处理后浓水用于井下回灌、防尘、矸石山冲刷等；所述除重金属装置采用离子交换设备，选择对废水中需去除重金属离子具有较高选择性且抗氧化性和抗有机物玷污的阳离子交换树脂或富含羟基、胺基、羧基、巯基等能与重金属结合的螯合树脂，接触时间控制在5-120min；其中阳离子交换树脂或螯合树脂根据重金属离子的不同加以选择，例如：（1）当处理Hg离子时，可以采用的树脂是：大孔弱酸阳离子交换树脂、酚脲醛树脂、SrafionNMRR树脂或NissoALM-525树脂等；（2）当处理Pb离子时，可以采用的树脂是：732钠型阳离子交换树脂、含醚键离子交换树脂、聚甲亚胺酰胺离子交换树脂或螯合树脂NDC702等；（3）当处理Cd离子时，可以采用的树脂是：PuroliteS-950阳离子交换树脂、Dowex50W-X4阳离子交换树脂、螯合树脂IRC748或螯合树脂NDC702等。4）反渗透产水经提升、配水后，通过穿孔花墙进入潜流湿地，所述潜流湿地以亲水植物为表面绿化物，填料层的初始孔隙率控制在35%-40%，潜流湿地的填料层高度设计为0.7-1.0m，水深控制在0.4-1.6m，水力负荷控制在0.2-0.5m3/m2·d，水力停留时间控制在1-3d；潜流湿地出水经管道收集后，统一进入自由水面的表流湿地系统；所述的表面绿化物指的是芦苇、香蒲、水葱、马兰、沙棘、甘蒙柽柳、宽苞水柏枝、宽叶水柏枝等植物；所述填料层指的是砾石、沸石、砂等一种或多种填料的组合；所述的耐水植物指的是：芦苇、香蒲、水葱和马兰。所述的组合填料由砾石、沸石、砂三种组合而成，其中砾石的重量份数比：大砾石（粒径50-80mm）：中粒径砾石（粒径30-40mm）：小粒径砾石（粒径10-30mm）为1：1-2：1-2；沸石的重量份数比：中粒径沸石（粒径30-40mm）：小粒径沸石（粒径10-30mm）为1：0.5-1.5。5）水在表流湿地系统的流动过程中与系统中的土壤、植物，特别是与植物根茎部生长的生物膜接触，通过物理的、化学的及生物的反应过程得到净化；表流湿地的水深控制在0.3-0.5m，水力负荷控制在0.03-0.1m3/m2·d，水力停留时间控制在4-8d；6）表流湿地系统出水进入景观湖。景观湖与河流、湖泊等地表水体相连。需要说明的是矿井水是源源不断产生的，所以景观湖的水是有出口的。本专利技术更进一步公开了采用该装置进行矿井水深度处理与资源化利用的方法在改善土壤水环境质量、提高附近流域的生物多样性方面的应用。特别是在有效去除矿井水中可能存在的Hg、Pb、Cd、Ni、Sn重金属离子方面的应用，有效防止了矿井水在回用过程中对地下水和人体的危害。实验结果显示，某干旱缺水地区煤矿采用该方法后，极大改善了土壤和水环境质量，工程正常运行一年后选取采样点测定，人工湿地中土壤有机质含量由0.24%提高到2.62%，土壤pH由8.7降到了7.4，达到了改良土壤的效果。矿区周边水环境由原来的缺水少水变为具有丰富的达到地表Ⅲ类标准的水资源，同时提高了附近流域的生物多样性（植被、鱼类、鸟类及其他野生动物），提升了矿区的综合环境质量，促进了水资源高效循环利用，对维护生态安全和生态系统的稳定性起到了促进作用。本专利技术更加详细的描述如下：一种矿井水深度处理与资源化利用的方法按照以下步骤进行：经混凝沉淀或超磁分离等常规处理后的矿井水按照井下和厂区用水要求充分回用后，剩余矿井水进入超滤系统；本专利技术所采用的超滤、反渗透、除重金属装置都是已知的。其中的超滤系统主要用于去除矿井水中的悬浮物、胶体、微粒、细菌等大分子物质，进水操作压力控制在0.1-0.5Mpa，出水SDI值要求小于4；超滤出水经清水泵、保安过滤器、高压泵打入反渗透系统。所述反渗透系统主要用于去除矿井水中的盐分和部分有机物，进水操作压力控制在1.0-1.2MPa，脱盐率95%-99%，产水率不低于60%。超滤和反渗透系统产生的浓水中如果Hg、Pb、Cd、Ni、Sn重金属离子含量高，则进入除重金属装置，去除重金属后浓水用于井下回灌、防尘、矸石山冲刷等。所述除重金属装置采用离子交换设备，选择对废水中需去除离子具有较高选择性且抗氧化性和抗有机物玷污的阳离子交换树脂或富含羟基、胺基、羧基、巯基等能与重金属结合的螯合树脂。反渗透系统产水可回用于厂区冲厕、消防、绿化、道路清扫、车辆冲洗、建筑施工等中等水质要求用户或者洗衣房、浴室、饮用等高等水质要求用户。剩余反渗透产水全部由加压泵房打入潜流湿地。所述潜流湿地以亲水植物为表面绿化物，填料层的初始孔隙率控制在35%-40%，填料层高度设计为0.7-1.0m，水深控制在0.4-1.6m，水力负荷控制在0.2-0.5m3/m2·d，水力停留时间控制在1-3d。潜流湿地系统出水经管道收集后，统一进入自由水面的表流湿地系统。所述表流湿地的水深控制在0.3-0.5m，水力负荷控制在0.03-0.1m3/m2·d，水力停本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井水深度处理与资源化利用的装置，包括超滤系统（1）、反渗透系统（2）、除重金属装置（3）、潜流湿地（4）、表流湿地（5）和景观湖（6），其特征在于超滤系统（1）连接反渗透系统（2），超滤系统（1）和反渗透系统（2）与除重金属装置（3）相连，反渗透系统（2）的产水进入潜流湿地（4），潜流湿地（4）连接表流湿地（5），表流湿地（5）连接景观湖（6）。

【技术特征摘要】
1.一种矿井水深度处理与资源化利用的装置，包括超滤系统（1）、反渗透系统（2）、除重金属装置（3）、潜流湿地（4）、表流湿地（5）和景观湖（6），其特征在于超滤系统（1）连接反渗透系统（2），超滤系统（1）和反渗透系统（2）与除重金属装置（3）相连，反渗透系统（2）的产水进入潜流湿地（4），潜流湿地（4）连接表流湿地（5），表流湿地（5）连接景观湖（6）。2.一种采用权利要求1所述的装置进行矿井水深度处理与资源化利用的方法，其特征在于按如下的步骤进行：1）经混凝沉淀或超磁分离处理后的矿井水按照井下和厂区用水要求充分回用后，剩余矿井水进入超滤系统（1）；2）超滤系统（1）出水经清水泵、保安过滤器、高压泵打入反渗透系统（2）；超滤系统（1）进水操作压力控制在0.1-0.5Mpa，出水SDI值要求小于4；反渗透系统（2）进水压力控制在1.0-1.2MPa，脱盐率95%-99%，产水率不低于60%；经回用后剩余反渗透产水全部由加压泵房打入潜流湿地（4）；3）超滤系统（1）、反渗透系统（2）产生的浓水中如果Hg、Pb、Cd、Ni、Sn重金属离子含量高，则进入除重金属装置（3），除重金属装置（3）采用离子交换设备，接触时间控制在5-120min；离子交换设备使用阳离子交换树脂或富含羟基、胺基、羧基、巯基能与重金属结合的螯合树脂；4）反渗透产水经提升、配水后，通过穿孔花墙进入潜流湿地（4），所...

【专利技术属性】
技术研发人员：石岩，许丹宇，岳金强，刘京伟，王艳，邢国政，庞维亮，解庆平，段晓雨，吕晶华，孙凯，
申请(专利权)人：天津市联合环保工程设计有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12