一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置与方法

摘要

本发明涉及一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置与方法。该装置包括筒体，筒体内部自下而上依次设有底部水流通道、底部支撑板、滤头、底部格栅板、底部滤料层、双向气冲管、中部格栅板、中间滤料层、上部滤料层和上部清水区，底部支撑板上安装有多个滤头，所述筒体侧面的底部设有水冲洗口、气冲洗口、进水口和进气口，筒体的顶部一侧设有出水口和排水口，筒体的底部滤料层对应的外壁上设有检修孔。该装置能够在井下工作面收集并处理乳化液废水，装置采用多级吸附的技术原理，结合双向气冲，有效的去除了乳化液废水中高分子、难降解有机污染物，同时避免了装置中多孔填料的板结。

说明书

技术领域

本发明属于煤矿污废水处理技术领域，尤其涉及一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置与方法。

背景技术

随着采煤机械化程度的不断提高，综采工作面使用液压支架作顶板支护越来越普遍。在液压支架工作及维护过程中，大量的乳化液废水排出，这部分废水经过工作面最终流入井下并伴随工作面排水进入矿井水中，漂浮在矿井水表面形成一层厚厚的黑色油膜，感观性差，影响矿井水中悬浮物的混凝沉淀，导致设备污堵，造成澄清池中斜管堵塞坍塌，给矿井水处理厂运行带来严重影响。目前，针对矿井水中乳化油，都是在矿井水处理的同时，采用机械刮油、化学药剂破乳除油或超滤除油的方式将其去除，存在处理效率低、工程投资高、处理难度大、运行费用高等缺陷。

发明内容

本发明提供一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置，该装置能够在井下工作面收集并处理乳化液废水，装置采用多级吸附的技术原理，结合双向气冲，有效的去除了乳化液废水中高分子、难降解有机污染物，同时避免了装置中多孔填料的板结。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置，该装置包括筒体，筒体内部自下而上依次设有底部水流通道、底部支撑板、滤头、底部格栅板、底部滤料层、双向气冲管、中部格栅板、中间滤料层、上部滤料层和上部清水区，底部支撑板上安装有多个滤头，所述筒体侧面的底部设有水冲洗口、气冲洗口、进水口和进气口，筒体的顶部一侧设有出水口和排水口，筒体的底部滤料层对应的外壁上设有检修孔。通过检修孔定期添加滤料。所述底部滤料层采用交错冲洗方式，通过底部水流和气体进行纵向气水冲洗，并通过两组双向气冲管进行横向气冲洗，有效预防了滤料层的板结。

作为优选，所述底部水流通道的高度为600~800mm。确保气水反冲洗时底部气水分布均匀。

作为优选，所述底部格栅板上设有不锈钢滤网，网孔尺寸≤1.0cm×1.0cm。以拦截底部滤料层。

作为优选，所述底部滤料层内的滤料为球形或椭球形，规格为Φ15mm~Φ30mm，填充率为45%~50%。确保底部滤料层处于流化状态。底部滤料主要成分为铁和碳，铁碳比为5:1~6:1，铁碳在水中形成微电池，产生大量活性分子，致使水中的有机物发生氧化还原反应，降解成小分子有机物或无机物，并通过碳吸附作用去除。

球形或椭球形滤料表面存在大量微孔，比表面积是常规铁碳滤料的3~5倍，增加了废水与滤料表面的接触面积，缩短了反应时间，是常规铁碳滤料反应时间的1/5~1/3，吸附容量增加2~3倍。

作为优选，双向气冲管沿筒体轴向设置并固定在筒体内壁面上，双向气冲管与气动阀相连接。

作为优选，所述双向气冲管由8根穿孔管组成，同一开孔方向的4根为一组，由同一气动阀控制；每根穿孔管的开孔方向与筒体径向的夹角为45°夹角，每2根穿孔管并排紧贴布置，相邻的2根穿孔管开孔方向呈90°夹角，采用中心对称的布置形式。正常运行时，同时打开两组气动阀，对水体进行曝气充氧，保持气水比2:1~3:1。冲洗时，两组交替运行，保持冲洗强度为12~16L/m²·s，冲洗历时1~3min，一个冲洗历程交替2~3次。使滤料在池内呈横向往复交错流动状态，有效防止了滤料的板结。

作为优选，所述中部格栅板上设不锈钢滤网，网孔目数不小于24目。用于拦截中间滤料层和上部滤料层的滤料。

作为优选，所述中间滤料层采用的滤料为砾石或卵石，尺寸为2~4mm；能够有效截留水中悬浮物和胶体；所述上部滤料层采用的滤料为果壳活性炭滤料，尺寸为1.2~1.6mm。果壳活性炭滤料空隙发达，比表面积大，具有良好的吸附作用。

采用三层滤料层，第一层滤料层内完成氧化还原吸附作用，氧化还原作用将大分子有机物降解成小分子有机物或无机物，然后通过吸附去除一部分，第一滤料层反应的产物和水中的悬浮物一起形成絮体通过中间滤料层截留去除，水中残余小分子有机物及无机物进一步通过上部滤料层吸附截留去除，采用三层滤料实现多级吸附截留，能够在一个构筑物内完成废水中乳化油的去除，较常规地面处理工艺节省投资和占地2/3以上。

一种井下综采工作面乳化液废水处理方法，乳化液废水从进水口进入所述的煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置内部，为确保废水在底部反应停留时间不少于10min，控制进水水流的上升速度≤6m/h，首先进入底部滤料层，经过微电解、氧化还原、吸附作用后，经过中间滤料层进入上部滤料层，进一步吸附后从出水口排出。

作为优选，所述双向气冲管同时具备曝气充氧和横向冲洗功能。正常运行时，同时打开两组气动阀，调节气水比为2:1~3:1，气流与水流呈切向运动，氧利用率高。冲洗时，确保冲洗强度为12~16L/m²·s。两组交替运行，冲洗历时1~3min，一个冲洗历程交替2~3次。

本发明采用多层滤料，利用微电解、氧化还原和多级吸附的原理，将乳化液中乳化油等大分子有机物分解成小分子有机物，通过吸附作用去除。采用的方法如下：首先，将收集好的乳化液废水通过提升泵或高位水箱由底部进水管进入装置底部水流通道，通过滤头，水流均匀进入底部滤料层，在底部滤层中发生微电解、氧化还原反应、吸附等作用后，乳化油中大分子有机物分解成易降解的小分子有机物和无机物，水流经中间滤料层进入上部滤料层，发生吸附、截留作用，进一步去除水中油类及少量悬浮物，出水达标排放。

本发明的优点是：采用多层滤料，在一个构筑物内实现微电解、氧化还原和多级吸附，将废水中的乳化油去除，系统简单、占地省、处理效果好，相对于膜法投资省、运行管理方便、维护费用低，能够在乳化液废水进入井下水仓前将水中乳化油去除，大大节省地面矿井水处理站的投资和运行成本，降低了地面矿井水处理站的处理难度，具有显著的经济效益。采用横向双向交错气冲与底部纵向气水冲洗相结合，能有效预防底层滤料的板结。双向气冲管同时兼具曝气充氧的功能，气流与水流呈切向运动，氧利用率高，较常规底部曝气充氧节省1/3~1/2。底部采用多孔铁碳滤料，滤料表面存在大量微孔，较常规铁碳滤料缩短反应时间2~4倍，吸附容量增加2~3倍。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的双向气冲管布局示意图；

图中：1-筒体；2-底部水流通道；3-底部支撑板；4-滤头；5-底部格栅板；6-底部滤料层；7-双向气冲管；8-中部格栅板；9-中间滤料层；10-上部滤料层；11-上部清水区；12-进水口；13-出水口；14-水冲洗口；15-气冲洗口；16-排水口；17-进气口；18检修孔。

具体实施方式

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

实施例：

一种煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置，如图1所示，该装置包括筒体1，筒体内部自下而上依次设有底部水流通道2、底部支撑板3、滤头4、底部格栅板5、底部滤料层6、双向气冲管7、中部格栅板8、中间滤料层9、上部滤料层10和上部清水区11，所述筒体1侧面的底部设有进水口12、水冲洗口14、气冲洗口15和进气口17，筒体1的顶部一侧设有出水口13和排水口16，筒体1的底部滤料层7对应的外壁上设有检修孔18，通过该检修孔定期添加滤料。底部水流通道2内的液体经滤头进入位于底部支撑板上方的底部滤料层6。双向气冲管沿筒体轴向设置并固定在筒体内壁面上，双向气冲管与气动阀相连接。

所述双向气冲管如图2所示，由8根穿孔管组成。每2根并列布置，开孔方向呈90°夹角，单支开孔方向与中心线呈45°夹角，管a、b、c、d为一组，由同一气动阀控制；管e、f、g、h为另一组，由另一气动阀控制，冲洗时，两组交替运行，一个冲洗历程交替2~3次，使滤料在池内呈横向往复交错流动状态，有效防止了滤料的板结。正常运行时，两组气动阀同时打开，气流与水流呈切向运动，氧利用率高，较常规底部曝气充氧节省1/3~1/2。

所述底部水流通道的高度为600~800mm，确保气水反冲洗时底部气水均匀分布。所述底部格栅板6上设有不锈钢滤网，网孔尺寸≤1.0cm×1.0cm，以拦截底部滤料层。所述中部格栅板9上设不锈钢滤网，网孔目数不小于24目，用于拦截中间滤料层和上部滤料层的滤料。

所述底部滤料层7内的滤料为球形或椭球形，规格为Φ15mm~Φ30mm，填充率为45%~50%，确保底部滤料层处于流化状态。底部滤料主要成分为铁和碳，铁碳比为5:1~6:1，铁碳在水中形成微电池，产生大量活性分子，致使水中的有机物发生氧化还原反应，降解成小分子有机物或无机物，并通过碳吸附作用去除。且球形或椭球形滤料表面存在大量微孔，比表面积是常规铁碳滤料的3~5倍，增加了废水与滤料表面的接触面积，缩短了反应时间，是常规铁碳滤料反应时间的1/5~1/3，吸附容量增加2~3倍。

所述中间滤料层10采用的滤料为砾石或卵石，用于拦截底部滤料层氧化还原反应的产物和水中悬浮物；所述上部滤料层11采用的滤料为果壳活性炭滤料，果壳活性炭滤料空隙发达，比表面积大，能够进一步吸附截留水中残留的小分子有机物、无机物及胶体，确保出水达标。

该煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置使用时，乳化液废水从进水口12进入权利要求1所述的煤矿井下综采工作面乳化液废水处理装置内部，为确保废水在底部反应停留时间不少于10min，控制进水水流的上升速度≤6m/h，首先进入底部滤料层6，经过微电解、氧化还原、吸附作用后，经过中间滤料层9进入上部滤料层10，进一步吸附后从出水口13排出。所述双向气冲管8同时具备曝气充氧和横向冲洗功能，正常运行时，同时打开两组气动阀，调节气水比为2:1~3:1，气流与水流呈切向运动，氧利用率高。冲洗时，确保冲洗强度为12~16L/m²·s，两组交替运行，冲洗历时1~3min。使滤料在池内呈横向往复交错流动状态，有效防止了滤料的板结。

本装置与方法具有流程简单、结构紧凑、操作方便、占地面积省、投资少、运行费用低、处理效果好等优点。在乳化液废水进入井下水仓前将水中的乳化油去除，大大减少了地面矿井水处理站的投资和运行费用，减轻了地面矿井水处理站的运行负荷，具有显著的经济效益。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。