专利名称：改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种酸性高铁高锰矿井水处理设备，尤其涉及一种改性粉煤灰 处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备。
背景技术：
煤炭作为我国的主要能源，煤炭工业的健康持续发展是我国能源安全的重要保 证。根据2009年对全国年产量20万t、近年涌水量60万m3/年(含)以上的煤矿统计， 全国煤矿每年矿井水涌水量在65.1亿m3左右。酸性矿井水是煤炭开采过程中产生的一大 类矿井水，约占矿井水总量的10%。目前矿井水利用主要是经过简单沉淀后用于洗煤、 井下防尘等方面，利用率不到26%，大部分矿井水未经处理直接排放，不仅严重污染环 境，而且造成水资源极大浪费。酸性矿井水处理后一般是达标排放或回用为对水质要求不高的工业用水，资源 化水平还比较低。目前处理酸性矿井水的方法主要有中和法，微生物法，人工湿地法， 粉煤灰吸附法等，各种现有技术都存在不同的缺点中和化学法设备比较庞杂，噪声大，环境条件较差，二次污染严重，反应产物 CaS04、Fe(OH)3与过剩的石灰石混杂在一起，处理困难；湿地生态工程处理酸性矿井水 在工程上很难实现。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种能对酸性高铁高锰矿井水或含有其它微量重金属 元素的酸性矿井水进行集反应、沉淀、分离、消毒于一体的改性粉煤灰处理酸性高铁高 锰矿井水的一体化设备。本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的本实用新型的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，包括高效一 体化设备，所述高效一体化设备的下部呈圆锥状，上部呈圆筒状，其内部结构分为里层 空腔和外层空腔，所述里层空腔与外层空腔的下部通过穿孔板连通，所述里层空腔自下 而上依次设有底部混合反应区、提拉式填料箱、布水圆盘、超高区；外层空腔自下而上 依次设有排泥区、自由沉淀区、蜂窝状斜管层、堰板式集水槽；所述高效一体化设备的底部设有中心进水管、中心排泥管、反冲洗水管，上部 设有出水管，所述中心进水管前接有调节池，所述出水管后连接有二氧化氯发生器和清 水池；所述中心进水管由里层空腔的底部中心进入并与所述布水圆盘连接，所述中心 排泥管设于所述外层空腔的底部中心，所述反冲洗管设于所述外层空腔的下部。由上述本实用新型提供的技术方案可以看出，本实用新型所述的改性粉煤灰处 理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，由于包括高效一体化设备，高效一体化设备分为 里层空腔和外层空腔，里层空腔与外层空腔的下部通过穿孔板连通，里层空腔自下而上依次设有底部混合反应区、提拉式填料箱、布水圆盘、超高区；外层空腔自下而上依 次设有排泥区、自由沉淀区、蜂窝状斜管层、堰板式集水槽；高效一体化设备的底部 设有中心进水管、中心排泥管、反冲洗水管，上部设有出水管，中心进水管前接有调节 池，出水管后连接有二氧化氯发生器和清水池。在设备内可同时完成反应、沉淀、分 离、消毒等过程，能对酸性高铁高锰矿井水或含有其它微量重金属酸性矿井水进行快速 高效的处理，在操作和管理上同样非常的便捷，有利于进行工程化推广。出水能够达 到《工业循环冷却水水质标准》(GB50050-1995)和《污水再生利用工程设计规范》 (GB503352-2002)，加大酸性矿井水的水资源综合利用，对于保护生态环境和煤炭企业 的可待续发展有着重要的意义。
图1为本实用新型改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备的原理示 意图。图中1、调节池，2、流量计，3、污水提升泵，4、高效一体化设备，5、中心 进水管，6、中心排泥管，7、二氧化氯发生器，8、清水池，9、反冲洗泵，10、锯齿堰 板，11、集水槽，12、圆盘布水器，13、蜂窝状斜管层，14、提拉式填料箱，15、穿孔 板，16、穿孔承托层，17、反冲洗管，18、出水管。
具体实施方式
本实用新型的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其较佳的具 体实施方式如图1所示包括高效一体化设备，所述高效一体化设备的下部呈圆锥状，上部呈圆筒状， 也可设为方筒状等，其内部结构分为里层空腔和外层空腔，所述里层空腔与外层空腔的 下部通过穿孔板连通，所述里层空腔自下而上依次设有底部混合反应区、提拉式填料 箱、布水圆盘、超高区；外层空腔自下而上依次设有排泥区、自由沉淀区、蜂窝状斜管 层、堰板式集水槽；所述高效一体化设备的底部设有中心进水管、中心排泥管、反冲洗水管，上部 设有出水管，所述中心进水管前接有调节池，所述出水管后连接有二氧化氯发生器和清 水池；所述中心进水管由里层空腔的底部中心进入并与所述布水圆盘连接，所述中心 排泥管设于所述外层空腔的底部中心，所述反冲洗管设于所述外层空腔的下部。具体实施例中各部分的结构可以为所述提拉式填料箱共有四个，其结构为90°扇形，通过一侧的挂钩悬挂于所述 一体化设备的里层空腔的侧壁的导轨上，可以方便地进行填料箱的更换，所述提拉式填 料箱中装填有改性后的粉煤灰。所述里层空腔与外层空腔之间的穿孔板上的穿孔均勻分布，孔径为5mm，两孔 之间的中心距离为8mm。也可以选用其它的孔径和孔距。所述提拉式填料箱的底部为穿孔板承托层，穿孔的直径为2mm，所述穿孔之间 的中心距离为4mm。也可以选用其它的孔径和孔距。[0021]所述布水圆盘与所述中心进水管用法兰盘固定连接，所述布水圆盘的材质为不 锈钢，其上分布多排孔径相同的过水孔，所述过水孔的孔径为1.5mm，过水孔之间的中 心距离为3.5mm。也可以选用其它的孔径和孔距。所述蜂窝状斜管层由多条直六角管组合而成的整体结构，可以整体安装或更 换，材质是聚乙稀加聚丙稀混合而成，所述蜂窝状斜管层管长150mm，安装角度为 60°。所述堰板式集水槽由齿形堰板与槽体侧板拼装而成，堰板角度为90°，可以采 用环绕式三角形堰板安装，其高度可调节，所述堰板式集水槽底部设有出水口，所述出 水口通过出水管与所述调节池和清水池分别连接，所述出水口的孔径为20mm。所述反冲洗管道通过反冲洗泵与所述清水池连接。所述反冲洗管道与反冲洗泵连接，反冲洗水由所述反冲洗泵取自清水池，反冲 洗后的出水经出水管进入调节池。所述集水槽出水管上连接有二氧化氯反生器，与出水 进行混合在管道内进行消毒，所述混合管道后连接清水池，在清水池内进行二次消毒反应。本实用新型在现有采用燃煤电厂排放的固体废弃物粉煤灰处理酸性高铁高锰矿 井水的技术基础上，针对酸性矿井水中含微量重金属元素复杂、反应最佳条件在不同的 pH条件等特点，同时考虑现有的粉煤灰处理技术存在的中和能力弱、吸附容量较小、灰 水分离速度和效果较差、吸附饱和灰的最终处置困难、粉煤灰吸附机理及其动力学过程 的研究不透彻等问题，提出采用改性后的粉煤灰处理酸性高铁高锰(也可含其它微量重 金属元素)矿井水高效一体化设备，对含其它微量重金属元素的酸性矿井水的处理同样 适用。所述高效一体化设备其突出的优点是可以大大减少占地面积，同时从进水开始 到最后的出水整个处理过程集中在设备内完成，加速了灰水分离的速度，提高了灰水分 离的效果，改善了处理后出水水质，操作更加简便，采用提拉式填料箱大大减轻了人工 排灰的工作量。粉煤灰采用碱性改性方法后，提高了持久中和能力，通过改变粉煤灰的结构 和孔径分布，大大提高了对重金属的吸附容量，同时由于添加了碱性物质大大改善了 其沉降效果。所述的管道内二氧化氯消毒及清水池内的二次反应消毒可以保证出水达 到《工业循环冷却水水质标准》(GB50050-1995)和《污水再生利用工程设计规范》 (GB503352-2002)。应用本高效一体化设备，可以处理含各种微量重金属元素的不同水质的酸性 矿井水，根据水质的不同调整处理工况，使出水达到《工业循环冷却水水质标准》 (GB50050-1995)和《污水再生利用工程设计规范》(GB503352-2002)。对处理后的改 性粉煤灰进行比表面的分析、扫描电镜分析、原子吸收光谱分析，出水采用分光光度计 分析，能够推导出改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的吸附类型及吸附动力学方程。下面通过具体实施例对本实用新型的工作原理进行详细的描述如图1所示，包括调节池1、流量计2、污水提升泵3、高效一体化设备4、中心 进水管5、中心排泥管6、二氧化氯发生器7、清水池8、反冲洗泵9、锯齿堰板10、集 水槽11、圆盘布水器12、蜂窝状斜管层13、提拉式填料箱14、穿孔承托层15、穿孔板16、反冲洗管17，出水管18等。酸性矿井水进入调节池1，由污水提升泵3提升经流量计2经底部中心进水管 5，进入高效一体化设备4，通过圆盘布水器12均勻分布于提拉式填料箱14上，经过改性 粉煤灰填料层的中和、过滤、吸附等过程，出水进入混合区，通过穿孔板16进入外层， 由下到上通过蜂窝状斜管层13，出水经堰板10集水槽11收集后进入出水管18，在管道 内进行二氧化氯消毒，最后进入清水池8。改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其结构为双层圆锥状，具 体尺寸为外层直径为660mm，内层直径为300mm，底部中心进水口到顶部高400mm，排 泥锥形区高100mm，底部中心进水管直径为20mm，圆盘布水器直径为250mm，其上分 布的过水孔孔径为1.5mm，过水孔之间的中心距离为3.5mm，提拉式填料箱为4个呈90° 扇形，均勻分布，高度为200mm，改性粉煤灰填料高度为170mm，高效一体化设备内层 底部留有50mm的混合层，通过孔径为5mm的底部穿孔板，进入外层，底部留有150mm 重力沉降区，上部安装蜂窝状斜管长度为150mm，直径为15mm，安装角度为60°，堰 板锯齿高20mm，角度为90°，集水槽高度为35mm，出水孔径为20mm，底部排泥管直 径为30mm，反冲洗管直径为30mm，反冲洗后回流污水管直径为30mm。酸性矿井水经过改性后的粉煤灰处理，出水采样浊度测定仪测定其浊度如果超 过5NTU，则由PLC控制器自动控制启动反冲洗泵，反冲洗时间为lOmin，二氧化氯管道 消毒后清水池中的剩余总有效游离氯浓度控制在范围为0.1 0.2mg/L，否则由PLC控制 器自动控制开启或关闭二氧化氯发生器。酸性高铁高锰矿井水水质范围为pH值2 5，Fe2+浓度为2 100mg/L，Mn2+ 浓度为0.5 4.0mg/L，经过改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备及工艺处 理后，其出水水质为pH值6 9，总Fe浓度为< 0.3mg/L，去除率可达95%以上，总 Mn浓度为< 0.02mg/L，去除率可达98%以上，出水达到《工业循环冷却水水质标准》 (GB50050-1995)和《污水再生利用工程设计规范》(GB503352-2002)。进水水质的不 同可以通过调节改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备的操作参数来满足出 水水质的要求。以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并 不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征在于，包括高效 一体化设备，所述高效一体化设备的下部呈圆锥状，上部呈圆筒状，其内部结构分为里 层空腔和外层空腔，所述里层空腔与外层空腔的下部通过穿孔板连通，所述里层空腔自 下而上依次设有底部混合反应区、提拉式填料箱、布水圆盘、超高区；外层空腔自下而 上依次设有排泥区、自由沉淀区、蜂窝状斜管层、堰板式集水槽；所述高效一体化设备的底部设有中心进水管、中心排泥管、反冲洗水管，上部设 有出水管，所述中心进水管前接有调节池，所述出水管后连接有二氧化氯发生器和清水 池；所述中心进水管由里层空腔的底部中心进入并与所述布水圆盘连接，所述中心排泥 管设于所述外层空腔的底部中心，所述反冲洗管设于所述外层空腔的下部。
2.根据权利要求1所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述提拉式填料箱共有四个，其结构为90°扇形，通过一侧的挂钩悬挂于所述一 体化设备的里层空腔的侧壁的导轨上，所述提拉式填料箱中装填有改性后的粉煤灰。
3.根据权利要求2所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述提拉式填料箱的底部为穿孔板承托层，穿孔的直径为2mm，所述穿孔之间的 中心距离为4mm。
4.根据权利要求1所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述布水圆盘与所述中心进水管用法兰盘固定连接，所述布水圆盘的材质为不锈 钢，其上分布多排孔径相同的过水孔，所述过水孔的孔径为1.5mm，过水孔之间的中心 距离为3.5mm。
5.根据权利要求1所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述蜂窝状斜管层由多条直六角管组合而成的整体结构，材质是聚乙稀加聚丙稀 混合而成，所述蜂窝状斜管层管长150mm，安装角度为60°。
6.根据权利要求5所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述堰板式集水槽由齿形堰板与槽体侧板拼装而成，堰板角度为90°，所述堰板 式集水槽底部设有出水口，所述出水口通过出水管与所述调节池和清水池分别连接，所 述出水口的孔径为20mm。
7.根据权利要求6所述的改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征 在于，所述反冲洗管道通过反冲洗泵与所述清水池连接。
8.根据权利要求1所述改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，其特征在 于，所述里层空腔与外层空腔之间的穿孔板上的穿孔均勻分布，孔径为5mm，两孔之间 的中心距离为8mm。
专利摘要本实用新型公开了一种改性粉煤灰处理酸性高铁高锰矿井水的一体化设备，包括集反应、沉淀、分离于一体的高效一体化设备，分为里层空腔和外层空腔，里层空腔与外层空腔的下部通过穿孔板连通，里层空腔自下而上依次设有底部混合反应区、提拉式填料箱、布水圆盘、超高区；外层空腔自下而上依次设有排泥区、自由沉淀区、蜂窝状斜管层、堰板式集水槽等。能在设备内同时完成反应、沉淀、分离、消毒等过程，可对酸性高铁高锰矿井水的pH、总铁、Mn2+、SS及其它微量重金属物质进行去除，通过消毒后可以回用于生产、生活、景观杂用等。
文档编号C02F9/04GK201801437SQ20102053839
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月20日 优先权日2010年9月20日
发明者史媛媛, 庞杰, 杨牧骑, 柯雷, 章丽萍, 胡倩宇, 谢苗苗, 郭远杰 申请人:中国矿业大学(北京)