公布日：2022.06.07
申请日：2022.03.15
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/20(2006.01)N;C02F103/06(2006.01)N
摘要
本发明属于废水处理的技术领域，具体涉及一种煤矿矿井废水无药化处理的方法及其系统，步骤包括：1)曝气调节；2)初沉；3)MBR膜分离；本发明通过曝气氧化，将Fe2+转化为Fe3+，Mn2+转化为Mn4+，S2‑转化为S6+，令生成的沉淀浓度积较小，便于沉淀；再通过重力沉降，使得易于沉淀的污染物得到高效分离；再结合MBR膜分离处理，将污泥完全截留在反应器内，可完全去除悬浮物，提高清水质量。
权利要求书
1.一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)曝气调节：将矿井废水输送至曝气调节池，同时向曝气调节池通入压缩空气和投入pH调节剂，经曝气调节至pH为6.5-8.0；2)初沉：将曝气处理后的矿井废水输送至初沉池进行沉降，分离出沉降物并将其排放至污泥池进行污泥处理；3)MBR膜分离：初沉上清液输送至MBR膜池，经MBR膜分离器处理后，清水进入清水池回用，浓水排放至污泥池进行污泥处理；其中在MBR膜分离器处理过程中通入压缩空气。
2.如权利要求1所述一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，所述矿井废水的水质状况：pH值为4～9，CODCr为50～1000mg/L，TDS为50～5000mg/L。
3.如权利要求1所述一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，步骤1)中所述压缩空气的通入量控制在0.08～0.1m3/(m3(H2O)·min)范围内。
4.如权利要求1所述一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，步骤3)中所述压缩空气的通入量控制在0.08～0.1m3/(m3(H2O)·min)范围内。
5.如权利要求1所述一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，所述初沉池为竖流沉淀池。
6.如权利要求1所述一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，其特征在于，所述MBR膜采用膜孔径0.001-0.02μm，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20nm的颗粒，出水量0.3～0.6m3/d的膜片。
7.一种煤矿矿井废水无药化处理系统，其特征在于，包括曝气调节池(1)、初沉池(2)、MBR膜池(3)；所述曝气调节池(1)出水口通过管道连接初沉池(2)进水口，所述初沉池(2)出水口通过管道连接MBR膜池(3)连接进水口；所述MBR膜池(3)出水口处安装自吸泵(4)和反洗泵(5)。
8.如权利要求7所述一种煤矿矿井废水无药化处理系统，其特征在于，所述曝气调节池(1)进水管上安装有pH调节剂投加装置。
9.如权利要求7所述一种煤矿矿井废水无药化处理系统，其特征在于，所述曝气调节池(1)底部设置有压缩空气输送管道。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种煤矿矿井废水无药化处理的方法及其系统。
具体是通过以下技术方案来实现的：
一种煤矿矿井废水无药化处理的方法，包括如下步骤：
1)曝气调节：将矿井废水输送至曝气调节池，同时向曝气调节池通入压缩空气和投入pH调节剂，经曝气调节后的废水pH为6.5-8.0；
2)初沉：将曝气处理后的矿井废水输送至初沉池进行沉降，分离出沉降物并将其排放至污泥池进行污泥处理；
3)MBR膜分离：初沉上清液输送至MBR膜池，经MBR膜分离器处理后，清水进入清水池回用，浓水排放至污泥池进行污泥处理；其中在MBR膜分离器处理过程中通入压缩空气。
所述矿井废水的水质状况：pH值为4～9，CODCr为50～1000mg/L，TDS为50～5000mg/L。
步骤1)中所述pH调节剂的投入量至调节废水pH在6.5～8之间即刻停止。在调节池入口和出口分别设置pH探头，实时监测进出水pH值，根据进出水口的pH差值及进水流量动态调节加药泵的工作频率，进而控制pH调节剂的投加量，以实现pH值的动态调节。
步骤1)和步骤3)中所述压缩空气的通入量控制在0.08～0.1m3/(m3(H2O)·min)范围内。通入压缩空气能够利用空气中的氧气对废水中低价的Fe2+，Mn2+离子进行氧化，生成高价的Fe3+，Mn4+离子，并与OH-离子生成Fe(OH)3及MnO(OH)2难溶的絮体，后续通过膜分离去除。曝气量根据Fe2+，Mn2+离子的浓度控制，曝气量可控制在0.08～0.1m3/(m3(H2O)·min)。
所述曝气调节池的池体采用混凝土或钢板制成。
所述初沉池为竖流沉淀池。
所述初沉池与MBR膜池的池体采用混凝土或钢板制成一体化结构。
所述MBR膜采用膜孔径0.001-0.02μm，以分离分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20nm的颗粒，出水量0.3～0.6m3/d的膜片。
进一步地，所述MBR膜采用幕帘式聚偏二氟乙烯中空纤维膜片。
所述污泥处理是先将排放至污泥池的沉降物和浓水进行自然沉降，所得上清液返回曝气调节池，然后将自然沉降所得污泥进行脱水处理，得到含水泥饼和压滤液，其中压滤液返回曝气调节池。
本发明提供了煤矿矿井废水无药化处理系统，包括曝气调节池1、初沉池2、MBR膜池3；所述曝气调节池1出水口通过管道连接初沉池2进水口，所述初沉池2出水口通过管道连接MBR膜池3连接进水口；所述MBR膜池3出水口处安装自吸泵4和反洗泵5；
所述初沉池2底部连接污泥池。
所述MBR膜池3底部连接污泥池。
所述曝气调节池1进水管上安装有pH调节剂投加装置。
所述曝气调节池1底部设置有压缩空气输送管道。
所述MBR膜池3中部设置有MBR膜分离组件7；所述MBR膜分离组件7底部设置有压缩空气输送管道。
所述压缩空气输送管道上设置有气孔。
所述压缩空气输送管道上设置有调节阀门，具有开关可控和出气量可调节的功能。
在发明中若矿井废水处理量在50-500m3/h范围内，采用多个系统并联运行进行处理。
所述单个系统的处理水量＜50m3/h。
本发明通过曝气氧化，将Fe2+转化为Fe3+，Mn2+转化为Mn4+，S2-转化为S6+，令生成的沉淀浓度积较小，便于沉淀；再通过重力沉降，使得易于沉淀的污染物得到高效分离。再结合MBR膜分离处理，其中MBR膜是一种超滤膜，其额定孔径范围为0.001-0.02微米的微孔过滤膜。MBR膜组件出水端连接自吸泵的吸入口，通过自吸泵抽吸，在膜内形成负压，利用膜内外的压差，就能筛出小于孔径的溶质分子，进而分离出分子量大于500道尔顿、粒径大于2～20纳米的颗粒。可以膜组件取代沉淀池及滤池，与传统沉淀过滤技术相比，膜组件能将污泥完全截留在反应器内，可完全去除悬浮物，出水浊度0.1NTU以下。
本发明通过对压缩空气的通入量进行控制，一方面能够提供氧气，另一方面通过空气量调节搅拌强度，进而改善氧气的接触情况，使得还原性物质能够被充分氧化，而当充入量过大则是造成资源和能量浪费，而通入量较小，不仅氧气接触不充分，还容易造成氧气不足，均使还原性物质不能够被充分氧化，所以对于压缩空气的通入量的控制须从处理水量、搅拌强度、还原性物质含量及活性、废水中其他组分的影响等多方面综合考虑。
本发明可以利用单系统处理低水量(在50m3/h以内)矿井废水，也可以采用多个系统并联运行能够实现对高水量(50～500m3/h)矿井废水的处理。
有益效果：
1、本发明工艺方法实现了常温常压条件下进行废水处理，无须添加絮凝剂或助凝剂，仅消耗少量pH调节剂，无二次污染，减少污泥总量，大幅度降低其处理成本。
2、本发明方法能够保证出水效果稳定，原水浓度的变化对出水品质几乎无影响。
3、本发明处理废水时间短，效率高，处理设备投入少，占地面积小，尤其减少了过滤、混凝设备以及相应的药剂投加设备。
4、本发明工艺中清水出水带有一定的压力，可以直接回用到用水池，减少了二期提升费用，并可以根据高差灵活布置出水口的位置，降低场地为实现自流排水的投资。
5、本发明考虑到矿井废水中的污染物大部分是易于沉降的，因此在膜分离之前设置一个沉淀单元，通过沉淀初步分离泥水，进入膜分离的环节的悬浮物浓度得到有效地降低，极大减少了膜堵塞，降低反洗频率，提高了出水量且保证了出水品质。
6、本发明设置曝气池，一方面通过pH调节剂，将原水pH调到合适的区间，另一方面是通过压缩空气进行搅拌，利用压缩空气中的氧气将废水中的Fe2+，Mn2+离子进行氧化，生成高价的Fe3+，Mn4+离子，并与OH-离子生成Fe(OH)3及MnO(OH)2难溶的絮体，后续通过膜分离去除。
（发明人：张盛;张元景;马龙）
