CN120829228A - 一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及自适应耦合处理煤矿矿井污水的工艺技术领域，公开了一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统，方法包括：通过自适应耦合切换装置在线监测矿井污水的悬浮物含量；在低浊工况下，矿井污水直接进入直滤装置进行过滤处理；过滤后的水流入原有水仓，进行回用或外排；将产生的污泥进行浓缩，压滤后的泥饼装车外运，系统包括：自适应耦合切换装置、重介速沉装置、直滤装置、预沉调节池、污泥浓缩池、板框压滤机、化学加药系统和泵体。本发明通过自适应耦合切换装置，通过在线监测悬浮物浓度和浊度，自动识别并切换处理流程，实现了更加精确和高效的污水处理，解决了传统系统中反应滞后、调整困难的问题。

Description

一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统

技术领域

本发明涉及自适应耦合处理煤矿矿井污水的工艺技术领域，具体为一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统。

背景技术

煤矿矿井污水是一种常见的工业废水，通常含有大量的悬浮物、泥沙和有害物质。随着煤矿开采的不断增加，矿井污水的排放量也在持续上升。传统的矿井污水处理方法通常包括沉降、混凝、絮凝以及膜过滤等工艺，但由于矿井污水水质复杂且多变，处理效果常常难以达到理想的水平。

现有的矿井污水处理常采用传统的沉降法和膜过滤技术。沉降法主要依赖于自然沉降和化学混凝沉降来去除水中的悬浮物和颗粒物，常见的化学药剂包括PAC（聚合氯化铝）、PAM（聚丙烯酰胺）等。对于污水中的细小颗粒，往往需要通过膜过滤技术进一步精细处理。膜过滤技术，特别是反渗透膜和微滤膜，被广泛应用于清水进一步过滤，但这需要较为复杂的膜清洗和维护系统。

然而现有的矿井污水处理系统在对水质波动的反应较为滞后，特别是在矿井污水的悬浮物浓度和浊度发生剧烈变化时，往往难以及时调整处理流程，导致出水水质不稳定，其次，在高浊水质工况下，传统的沉降装置往往效率低下，沉降时间长，增加了化学药剂的使用量和处理成本。对于污水中细小颗粒的去除，膜过滤系统常常受到污染物积聚的困扰，导致膜通量下降，反洗和清洗效果有限，维护周期频繁且费用高昂。因此，本发明提供了一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统，以解决现有技术中存在的不足之处。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统，解决了现有的矿井污水处理系统在对水质波动的反应较为滞后，特别是在矿井污水的悬浮物浓度和浊度发生剧烈变化时，往往难以及时调整处理流程，导致出水水质不稳定，其次，在高浊水质工况下，传统的沉降装置往往效率低下，沉降时间长的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，包括以下步骤：

通过自适应耦合切换装置在线监测矿井污水的悬浮物含量，智能识别低浊工况和高浊工况；

在低浊工况下，矿井污水直接进入直滤装置进行过滤处理，处理后的水流入原有水仓进行回用或外排；

在高浊工况下，矿井污水经过预沉调节池初步沉淀后，进入重介速沉装置进行混凝沉降，去除悬浮物，沉淀后的清水进入中间水池，并通过直滤装置对沉淀后的清水进行二次过滤；

过滤后的水同样流入原有水仓，经过回用与外排泵进行回用或外排；

将预沉调节池与重介速沉装置产生的污泥送至污泥浓缩池进行浓缩，浓缩后的污泥通过压滤机供料泵送至板框压滤机进行处理；

压滤后的泥饼通过皮带输送装置装车外运，压滤液返回预沉调节池进行再处理。

优选的，所述自适应耦合切换装置的内部设置有PLC自控系统，所述PLC自控系统根据水质在线监测仪表采集的悬浮物含量数据，自动识别高浊或低浊工况，并控制自动阀门执行对应的水处理路径切换。

优选的，所述悬浮物含量包括悬浮颗粒浓度、浊度及颗粒粒径分布，所述自适应耦合切换装置判断运行工况的内容包括：

当进水悬浮物含量处于2000-12000mg/L之间且持续时间≥10min，判断为高浊工况；

当进水悬浮物含量≤2000mg/L且持续时间≥10min，判断为低浊工况。

优选的，所述在高浊工况下矿井污水依次经PAC加药装置、PAM加药装置和重介速沉装置进行混凝沉淀处理，所述PAC加药装置和PAM加药装置设置在重介速沉装置的外部，并配备液位计、搅拌机及自动计量控制功能。

优选的，所述重介速沉装置的内部设置有混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽和微砂回收系统，所述直滤装置采用以改性聚四氟乙烯为主要膜材料的直滤膜。

优选的，所述重介速沉装置的运行步骤包括：

在混凝槽中投加混凝剂使污水中的悬浮颗粒脱稳，通过快速搅拌形成初步混凝；

将粒径为100-150μm的微砂在注射槽中加入并循环搅拌，与PAM在熟化槽中协同作用，促使形成高密度、易沉降的絮凝体；

絮凝体随水流进入沉淀槽，在斜管沉降区沉淀后形成泥砂混合物，通过刮泥机集中至池底，通过微砂回收系统将污泥排出。

优选的，所述微砂回收系统包括旋流器和回砂泵，所述旋流器用于将微砂与污泥分离，所述旋流器的入口固定连接在沉淀槽底部排砂管道，将微砂与污泥分离，所述旋流器上部溢流口连通污水回流通道，下部沉砂口设置有回砂泵，所述回砂泵将分离出的微砂输送至微砂注射槽，分离的污泥输送至污泥浓缩池。

优选的，所述直滤装置的运行流程包括如下步骤：

所述直滤装置通过重介与直滤提升泵和直滤提升泵体进行充水，配合进水阀控制充水，并开启曝气阀对直滤膜进行预擦洗操作；

关闭事故阀后开启产水阀进行膜过滤产水，产水过程中配合错流运行以减缓膜污染；

在完成产水后依次开启气反洗和水反洗功能，所述水反洗功能通过直滤反洗泵抽取原有水仓内部水，输送至直滤膜的反洗进水口，实现水流反向冲洗膜面；

所述直滤装置通过清洗液管路连接有化学清洗装置，用于对直滤膜表面进行清洁处理，并排出排污液，随后进入下一轮运行周期。

还提供了一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的系统，包括：

自适应耦合切换装置，用于对矿井污水的悬浮物浓度进行在线监测，自动识别高浊或低浊工况并切换相应处理流程；

重介速沉装置，适用于高浊工况，通过PAC、微砂和PAM加药，结合混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽及微砂回收系统，实现快速沉降与泥砂分离；

直滤装置，适用于高浊及低浊工况，通过改性聚四氟乙烯直滤膜对清水进一步过滤精处理；

预沉调节池、污泥浓缩池和板框压滤机，用于系统循环沉淀与污泥脱水处理；

化学加药系统，包括PAC加药装置、PAM加药装置及化学清洗装置，用于对矿井污水进行混凝沉降，并对直滤膜进行清洗；

直滤提升泵体、重介与直滤提升泵、直滤反洗泵、回用与外排泵、压滤机供料泵和自动控制阀门系统，用于水体及污泥的输送、反洗及排放控制

优选的，所述自适应耦合切换装置还包括带有远传通讯接口的人机交互终端，用于现场或远程查看各处理单元运行状态、处理数据及报警信息。

本发明提供了一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法及系统。具备以下有益效果：

1、本发明采用了自适应耦合切换装置，通过在线监测悬浮物浓度和浊度，自动识别并切换处理流程。这样，系统能实时根据污水的水质变化调整工作模式，实现了更加精确和高效的污水处理。与现有技术相比，以前的系统大多依赖人工调节，容易受到人为因素影响，导致处理效果不稳定。解决了传统系统中反应滞后、调整困难的问题。

2、本发明通过重介速沉装置与微砂回收系统，本发明在高浊工况下能够快速沉降、分离污水中的悬浮物和泥砂。相比于传统的沉降方法，重介速沉装置能够更有效地加速沉降过程，减少沉降时间，提升整体处理效率。以往的传统沉降装置对高浊水质适应性差，处理效率低，而本发明通过优化工艺，解决了这一瓶颈问题。

3、本发明采用改性聚四氟乙烯直滤膜，能够在高浊和低浊工况下稳定运行，有效提升水质。与现有技术中的普通滤膜相比，这种膜具有更强的耐污能力，并且反洗、化学清洗等维护措施更加便捷，减少了膜的污染与维护成本。传统系统中的膜往往容易发生快速污染，需要频繁清洗，而本发明在膜表面清洁和耐久性上提供了更好的解决方案。

4、本发明通过污泥浓缩池与板框压滤机的结合，实现了污泥的高效脱水与资源化处理。传统污水处理系统常常面临污泥体积过大、脱水效果差的问题，导致处理费用高。而本发明通过优化的污泥浓缩和脱水处理流程，能够显著减少污泥体积，提高资源回收率，降低了污泥处理的后续成本。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为本发明的重介速沉装置结构示意图；

图3为本发明的步骤流程图。

1、自适应耦合切换装置；2、重介与直滤提升泵；3、污泥浓缩池；4、压滤机供料泵；5、板框压滤机；6、旋流器；7、回砂泵；8、重介速沉装置；9、中间水池；10、直滤提升泵体；11、直滤装置；12、直滤反洗泵；13、原有水仓；14、回用与外排泵；15、PAM加药装置；16、PAC加药装置；17、化学清洗装置；18、预沉调节池。

具体实施方式

下面将结合本发明说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照附图1和附图3，本发明实施例提供一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，包括以下步骤：

通过自适应耦合切换装置1在线监测矿井污水的悬浮物含量，智能识别低浊工况和高浊工况；

在低浊工况下，矿井污水直接进入直滤装置11进行过滤处理，处理后的水流入原有水仓13进行回用或外排；

在高浊工况下，矿井污水经过预沉调节池18初步沉淀后，进入重介速沉装置8进行混凝沉降，去除悬浮物，沉淀后的清水进入中间水池9，并通过直滤装置11对沉淀后的清水进行二次过滤；

过滤后的水同样流入原有水仓13，经过回用与外排泵14进行回用或外排；

将预沉调节池18与重介速沉装置8产生的污泥送至污泥浓缩池3进行浓缩，浓缩后的污泥通过压滤机供料泵4送至板框压滤机5进行处理；

压滤后的泥饼通过皮带输送装置装车外运，压滤液返回预沉调节池18进行再处理。

具体地，自适应耦合切换装置1通过安装在系统中的在线监测仪表，实时检测矿井污水的悬浮物含量、浊度及颗粒粒径分布等参数。该设备智能化地识别矿井污水的水质波动情况，自动判断是否进入低浊工况或高浊工况。

低浊工况：当监测到矿井污水的悬浮物含量≤2000mg/L且持续时间≥10min，切换至低浊工况。

高浊工况：当悬浮物含量处于2000-12000mg/L之间且持续时间≥10min，系统切换至高浊工况。

在低浊工况下，矿井污水直接流入直滤装置11进行过滤。该装置采用改性聚四氟乙烯（PTFE）为核心材料的直滤膜，具备较强的抗腐蚀性与高过滤通量。在该过程中，无需添加混凝药剂，通过物理过滤方式去除水中的较大颗粒杂质。

处理后的清水通过回用与外排泵14流入原有水仓13，可根据需要进行回用或外排，保障矿井水的循环利用与排放规范。

当进入高浊工况时，矿井污水首先流入预沉调节池18，此池通过初步沉淀去除较大的悬浮物。沉淀后的水被提升至重介速沉装置8，在该装置中，污水首先经过PAC加药装置16添加混凝剂，利用PAC去除水中的悬浮颗粒。

随后，微砂被注入注射槽，通过与PAM（聚丙烯酰胺）协同作用，使污水中的悬浮颗粒形成密度大、易沉降的絮体。这些絮体随着搅拌进入沉淀槽，在斜管沉降区通过重力作用沉淀，微砂回收系统将微砂与污泥分离，回收的微砂通过回砂泵7再次投入注射槽循环使用。

沉淀后的清水流入中间水池9，并通过直滤装置11对清水进行二次过滤处理，确保水质达到回用标准或外排要求。

在预沉调节池18与重介速沉装置8中产生的污泥将流入污泥浓缩池3，在此池中通过自然沉降，浓缩后的污泥进一步通过压滤机供料泵4输送至板框压滤机5进行压滤。

经过压滤后的泥饼通过皮带输送装置被装车外运，进行废弃处理。压滤液则返回预沉调节池18，进行再处理，确保污水处理系统的循环利用。

实施例一、红沙梁矿井工业广场矿井水处理站：

处理能力：300m³/h；

进水水质：SS≤3000mg/L；

出水水质：满足生活饮用水标准。

工艺流程：

在正常排水时，矿井水的悬浮物浓度较低，采用直滤与反渗透组合工艺，减少药剂使用，提高经济性。

在矿井清仓时，水质急剧恶化，系统自动切换至重介速沉与直滤组合工艺，确保水质稳定。

实施例二、灵新煤矿高矿化度矿井水处理站：

处理能力：500m³/h；

进水水质：SS≤1000mg/L，水质波动大实时可达10000mg/L，矿化度5742mg/L；

出水水质：达到生活饮用水标准。

工艺流程：

系统在低浊工况下采用直滤+反渗透工艺，去除悬浮物并降低矿化度。

在高浊工况下，重介速沉装置8与直滤组合工艺确保水质稳定，满足高矿化度水质的处理需求。

实施例三、郭家滩煤矿矿井水处理站：

处理能力：1500m³/h；

进水水质：SS≤2000mg/L，水质波动大实时可达10000mg/L，矿化度923mg/L；

出水水质：达到外排标准。

工艺流程：

在常规水质下采用直滤+反渗透工艺；在矿井清仓时，系统自动切换至重介速沉+直滤+反渗透工艺，确保水质稳定性。

如此通过自适应耦合处理煤矿矿井污水的技术方案，可以有效应对矿井水质波动大、悬浮物含量变化剧烈的情况。自适应耦合切换装置1的智能控制及模块化设备的使用，使得处理过程更加高效、灵活，并降低了系统的运行成本，同时提高了水质处理的稳定性和可靠性。

参照附图1和附图3，自适应耦合切换装置1的内部设置有PLC自控系统，PLC自控系统根据水质在线监测仪表采集的悬浮物含量数据，自动识别高浊或低浊工况，并控制自动阀门执行对应的水处理路径切换。

具体的，自适应耦合切换装置1内部设置的PLC自控系统起到了核心控制与调节作用。该系统通过实时在线监测仪表，采集矿井污水的悬浮物含量、浊度等水质数据，并基于预设的判断标准，智能地识别水质工况，判断矿井污水处于高浊工况或低浊工况。PLC自控系统根据识别结果，自动切换阀门，调节水处理路径，确保矿井污水处理系统在不同工况下始终保持最佳运行状态。

参照附图1和附图3，悬浮物含量包括悬浮颗粒浓度、浊度及颗粒粒径分布，自适应耦合切换装置1判断运行工况的内容包括：

当进水悬浮物含量处于2000-12000mg/L之间且持续时间≥10min，判断为高浊工况；

当进水悬浮物含量≤2000mg/L且持续时间≥10min，判断为低浊工况。

具体的，自适应耦合切换装置1中，悬浮物含量是指矿井污水中的悬浮颗粒浓度、浊度以及颗粒粒径分布，这些参数直接影响水质的处理方式和工艺选择。自适应耦合切换装置1通过在线监测仪器实时采集这些水质数据，进而判断当前的运行工况。

高浊工况的判断：当进水悬浮物含量处于2000-12000mg/L之间且持续时间≥10min，系统自动识别为高浊工况。此时，污水中的悬浮物浓度较高，水质较为浑浊，处理系统需要启动重介速沉装置8进行混凝沉淀，去除较大的悬浮颗粒后，再通过直滤装置11进行精细过滤。

低浊工况的判断：当进水悬浮物含量≤2000mg/L且持续时间≥10min，系统判断为低浊工况。此时，污水水质较为清澈，悬浮物浓度较低，处理流程则可以简化，直接引导污水流入直滤装置11进行过滤，无需复杂的混凝沉淀处理，节省能源和药剂使用，提升系统运行效率。

参照附图1和附图3，在高浊工况下矿井污水依次经PAC加药装置16、PAM加药装置15和重介速沉装置8进行混凝沉淀处理，PAC加药装置16和PAM加药装置15设置在重介速沉装置8的外部，并配备液位计、搅拌机及自动计量控制功能。

具体的，在高浊工况下，矿井污水的悬浮物浓度较高，因此需要通过化学处理和物理沉淀的联合方式进行高效去除。

PAC加药装置16：初步的混凝反应通过PAC加药装置16进行，PAC（聚合氯化铝）作为一种常用的混凝剂，通过加入矿井污水中，能够有效地去除水中的细小悬浮颗粒。该装置配备了液位计，能够实时监测药剂的液位，确保药剂的精准添加。

PAM加药装置15：紧接着，PAM加药装置15将PAM（聚丙烯酰胺）投加至水中，以提高絮凝效果。PAM作为高分子絮凝剂，能够促使悬浮颗粒之间形成较大的絮体，增强颗粒的沉降能力。自动计量控制功能确保PAM的投加量与水质需求相匹配，从而实现最佳絮凝效果。

重介速沉装置8：在PAC与PAM的协同作用下，污水中的悬浮颗粒形成较大的絮体，进入重介速沉装置8进行沉淀。该装置通过重介速沉的技术，加速絮体的沉降过程。重介速沉装置8利用加入的微砂加速沉降，并通过斜管沉淀区提高沉降效率，从而有效去除水中的悬浮物。

参照附图1、附图2和附图3，重介速沉装置8的内部设置有混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽和微砂回收系统，直滤装置11采用以改性聚四氟乙烯为主要膜材料的直滤膜。

具体的，重介速沉装置8是一种集混凝、沉淀、微砂回收于一体的高效水处理设备。

混凝槽：混凝槽是重介速沉装置8的第一部分，用于将矿井污水中悬浮物与混凝剂（如PAC）充分混合。在这里，混凝剂与水中的微粒发生反应，去除水中的溶解物和细小悬浮颗粒，促使其脱稳。

注射槽：注射槽用于将微砂加入污水中。微砂颗粒与污水中的悬浮物共同作用，帮助形成更大的絮体。这些絮体的密度较大、质量重，便于快速沉降。

熟化槽：在熟化槽中，经过混凝和微砂注入后的污水继续反应，此处投加的PAM（聚丙烯酰胺）作为絮凝剂，通过分子间的桥接作用，进一步促进颗粒的凝聚。

沉淀槽：在沉淀槽中，污水经过混凝与絮凝后的絮体进入沉淀阶段。由于微砂的加入，絮体的密度增大，能够迅速沉降到底部。沉淀槽采用斜管沉降区，该设计有效增加了沉淀面积，提升了沉淀效率。

微砂回收系统：微砂回收系统利用旋流器6和回砂泵7对沉淀后的污泥和微砂混合物进行分离。旋流器6通过离心作用将微砂从沉淀物中分离出来，回收的微砂通过回砂泵7被输送回注射槽，以便重新使用。

参照附图1、附图2和附图3，重介速沉装置8的运行步骤包括：

在混凝槽中投加混凝剂使污水中的悬浮颗粒脱稳，通过快速搅拌形成初步混凝；

将粒径为100-150μm的微砂在注射槽中加入并循环搅拌，与PAM在熟化槽中协同作用，促使形成高密度、易沉降的絮凝体；

絮凝体随水流进入沉淀槽，在斜管沉降区沉淀后形成泥砂混合物，通过刮泥机集中至池底，通过微砂回收系统将污泥排出。

具体的，在混凝槽中，首先投加混凝剂（如PAC）至矿井污水中，使水中的悬浮颗粒发生脱稳反应。通过快速搅拌，混凝剂与悬浮颗粒迅速结合，形成初步的混凝体。这一过程有效地将水中的微小颗粒聚集成较大的颗粒，为后续的絮凝和沉降奠定基础。在注射槽中，粒径为100-150μm的微砂被注入矿井污水中，并进行循环搅拌。微砂与水中的悬浮物、混凝剂共同作用，增强了颗粒之间的结合力。随后，PAM（聚丙烯酰胺）在熟化槽中与微砂和混凝体协同作用，形成较大的、高密度、易沉降的絮凝体。PAM作为絮凝剂，通过分子间的桥接作用，帮助悬浮颗粒聚集成更加密实的絮体。形成的絮凝体随水流进入沉淀槽，通过斜管沉降区利用重力作用，迅速沉降到底部。沉降过程中，絮体与微砂的结合使其具备更强的沉降性，确保水中的悬浮物有效去除。沉降后的泥砂混合物通过刮泥机集中至池底，便于后续处理。通过微砂回收系统，混合物中的微砂被回收，经过旋流器6分离后，微砂通过回砂泵7再次输送至注射槽，进行循环使用。这样，微砂的消耗得到了有效控制，同时也确保了处理过程的经济性与可持续性。

参照附图1和附图3，微砂回收系统包括旋流器6和回砂泵7，旋流器6用于将微砂与污泥分离，旋流器6的入口固定连接在沉淀槽底部排砂管道，将微砂与污泥分离，旋流器6上部溢流口连通污水回流通道，下部沉砂口设置有回砂泵7，回砂泵7将分离出的微砂输送至微砂注射槽，分离的污泥输送至污泥浓缩池3。

具体的，旋流器6通过旋流分离的方式，将混合在沉淀物中的微砂与污泥进行分离。旋流器6的入口固定连接在沉淀槽底部的排砂管道，接收从沉淀槽中流出的泥水混合物。通过离心力的作用，旋流器6将较重的微砂颗粒从污泥中分离出来，使微砂沉降至旋流器6的下部，而较轻的污泥则上浮并通过溢流口排出。回砂泵7负责将旋流器6分离出的微砂输送回微砂注射槽。通过泵的压力，微砂被输送至注射槽，以便再次与矿井污水混合，继续参与絮凝过程。回砂泵7确保了微砂的连续循环，减少了对新微砂的需求，同时提高了系统的经济性。在旋流器6分离过程中，较轻的污泥将通过溢流口进入污水回流通道，而分离出的污泥则通过旋流器6的上部排放，最终被输送至污泥浓缩池3进行后续处理。污泥浓缩池3利用重力作用进一步浓缩污泥，便于后续的压滤或废弃处理。

参照附图1和附图3，直滤装置11的运行流程包括如下步骤：

直滤装置11通过重介与直滤提升泵2和直滤提升泵体10进行充水，配合进水阀控制充水，并开启曝气阀对直滤膜进行预擦洗操作；

关闭事故阀后开启产水阀进行膜过滤产水，产水过程中配合错流运行以减缓膜污染；

在完成产水后依次开启气反洗和水反洗功能，水反洗功能通过直滤反洗泵12抽取原有水仓13内部水，输送至直滤膜的反洗进水口，实现水流反向冲洗膜面；

直滤装置11通过清洗液管路连接有化学清洗装置17，用于对直滤膜表面进行清洁处理，并排出排污液，随后进入下一轮运行周期。

具体的，直滤装置11通过重介与直滤提升泵2和直滤提升泵体10进行充水。充水过程中，进水阀调节水流量，确保充水过程平稳。同时，通过开启曝气阀，对直滤膜进行预擦洗操作。曝气系统通过气泡的作用，清洁膜面上的部分沉积物，防止沉积物过多积累，确保膜的通透性。

在完成充水和预擦洗后，关闭事故阀，并开启产水阀，开始进行膜过滤产水。产水过程中，水通过直滤膜进行过滤，去除水中的悬浮物和颗粒。为了减缓膜污染，错流运行被启用。在错流模式下，部分产水会反向流动，带走膜表面的部分污染物，从而延缓膜的污染速度，提高膜的使用效率和寿命。

完成产水后，气反洗和水反洗功能依次开启。首先，气反洗通过高压空气对膜进行冲洗，松动膜面上的颗粒和污垢，恢复膜的通透性。

随后，开启水反洗功能，通过直滤反洗泵12抽取原有水仓13中的水，输送至直滤膜的反洗进水口。水流反向流动，冲刷膜面，进一步清洁膜表面的沉积物，确保膜的高效过滤能力。

如果膜的污染较为严重，无法通过常规反洗清除，系统通过清洗液管路连接到化学清洗装置17。化学清洗装置17会提供特定的清洗液，用于对膜表面进行深入的清洁，溶解和去除膜表面难以去除的污染物。清洗后，污染物和清洗液通过排污管道排出，清洗液和污水被排放出去，确保系统的清洁。

下文描述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的系统与上文描述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法可相互对应参照。

请参阅参照附图1和附图3，本发明还提供一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的系统，包括：

自适应耦合切换装置1，用于对矿井污水的悬浮物浓度进行在线监测，自动识别高浊或低浊工况并切换相应处理流程；

重介速沉装置8，适用于高浊工况，通过PAC、微砂和PAM加药，结合混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽及微砂回收系统，实现快速沉降与泥砂分离；

直滤装置11，适用于高浊及低浊工况，通过改性聚四氟乙烯直滤膜对清水进一步过滤精处理；

预沉调节池18、污泥浓缩池3和板框压滤机5，用于系统循环沉淀与污泥脱水处理；

化学加药系统，包括PAC加药装置15、PAM加药装置16及化学清洗装置17，用于对矿井污水进行混凝沉降，并对直滤膜进行清洗；

直滤提升泵体10、重介与直滤提升泵2、直滤反洗泵12、回用与外排泵14、压滤机供料泵4和自动控制阀门系统，用于水体及污泥的输送、反洗及排放控制。

自适应耦合切换装置1还包括带有远传通讯接口的人机交互终端，用于现场或远程查看各处理单元运行状态、处理数据及报警信息。

具体的，自适应耦合切换装置1：通过实时在线监测矿井污水的悬浮物浓度、浊度等水质参数，自动识别矿井污水处于高浊工况或低浊工况。根据不同工况，系统自动切换至相应的处理流程，确保水处理过程的最优化。

自适应耦合切换装置1还配备了带有远传通讯接口的人机交互终端，使得操作者能够在现场或通过远程方式实时查看各处理单元的运行状态、处理数据及报警信息，提高了系统的可操作性与维护便利性。

重介速沉装置8：适用于高浊工况，该装置通过投加PAC（聚合氯化铝）、微砂和PAM（聚丙烯酰胺）等化学药剂，结合混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽和微砂回收系统等多个处理单元，形成高效的混凝、絮凝和沉降过程。此过程有效加速污水中的悬浮物沉降，去除水中的颗粒物质。

直滤装置11：该装置采用改性聚四氟乙烯（PTFE）为主要膜材料的直滤膜，适用于处理高浊与低浊工况下的水质。直滤膜具有较高的通量和耐腐蚀性能，能有效去除水中的细小颗粒，进一步提高出水水质。膜清洁维护通过反洗、气反洗及化学清洗等多重方式进行，确保其长期高效运行。

预沉调节池18和污泥浓缩池3：预沉调节池18用于初步调节水质和沉淀处理。池内水流经过调节，沉淀较大颗粒杂质。

污泥浓缩池3则用于对沉淀后的污泥进行浓缩处理，减小污泥体积，为后续的污泥脱水处理提供方便。

化学加药系统：包括PAC加药装置15、PAM加药装置16及化学清洗装置17，用于混凝沉降、絮凝反应以及对直滤膜的清洗处理。通过化学加药系统的精确控制，系统能够实现快速而有效的水处理和膜表面清洁，延长设备使用寿命。

污水与污泥输送控制系统：系统配备了多个泵及自动控制阀门，确保污水、清水和污泥的高效输送与控制。这些泵包括：直滤提升泵体10、重介与直滤提升泵2、直滤反洗泵12、回用与外排泵14、压滤机供料泵4，各类泵的合理配置和自动控制系统使得污水的流动、过滤、反洗、外排及污泥的浓缩、脱水处理更加高效稳定。

自动控制阀门系统：通过系统内设的自动化控制阀门，控制水流、药剂投加量、反洗及排放过程，确保水质处理的精确性和稳定性，优化系统的运行效率。

本实施例系统可以用于执行上述方法实施例，其原理和技术效果类似，此处不再赘述。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过自适应耦合切换装置（1）在线监测矿井污水的悬浮物含量，智能识别低浊工况和高浊工况；

在低浊工况下，矿井污水直接进入直滤装置（11）进行过滤处理，处理后的水流入原有水仓（13）进行回用或外排；

在高浊工况下，矿井污水经过预沉调节池（18）初步沉淀后，进入重介速沉装置（8）进行混凝沉降，去除悬浮物，沉淀后的清水进入中间水池（9），并通过直滤装置（11）对沉淀后的清水进行二次过滤；

过滤后的水同样流入原有水仓（13），经过回用与外排泵（14）进行回用或外排；

将预沉调节池（18）与重介速沉装置（8）产生的污泥送至污泥浓缩池（3）进行浓缩，浓缩后的污泥通过压滤机供料泵（4）送至板框压滤机（5）进行处理；

压滤后的泥饼通过皮带输送装置装车外运，压滤液返回预沉调节池（18）进行再处理。

2.根据权利要求1所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述自适应耦合切换装置（1）的内部设置有PLC自控系统，所述PLC自控系统根据水质在线监测仪表采集的悬浮物含量数据，自动识别高浊或低浊工况，并控制自动阀门执行对应的水处理路径切换。

3.根据权利要求1所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述悬浮物含量包括悬浮颗粒浓度、浊度及颗粒粒径分布，所述自适应耦合切换装置（1）判断运行工况的内容包括：

当进水悬浮物含量处于2000-12000mg/L之间且持续时间≥10min，判断为高浊工况；

当进水悬浮物含量≤2000mg/L且持续时间≥10min，判断为低浊工况。

4.根据权利要求1所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述在高浊工况下矿井污水依次经PAC加药装置（16）、PAM加药装置（15）和重介速沉装置（8）进行混凝沉淀处理，所述PAC加药装置（16）和PAM加药装置（15）设置在重介速沉装置（8）的外部，并配备液位计、搅拌机及自动计量控制功能。

5.根据权利要求1所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于：所述重介速沉装置（8）的内部设置有混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽和微砂回收系统，所述直滤装置（11）采用以改性聚四氟乙烯为主要膜材料的直滤膜。

6.根据权利要求5所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述重介速沉装置（8）的运行步骤包括：

在混凝槽中投加混凝剂使污水中的悬浮颗粒脱稳，通过快速搅拌形成初步混凝；

将粒径为100-150μm的微砂在注射槽中加入并循环搅拌，与PAM在熟化槽中协同作用，促使形成高密度、易沉降的絮凝体；

絮凝体随水流进入沉淀槽，在斜管沉降区沉淀后形成泥砂混合物，通过刮泥机集中至池底，通过微砂回收系统将污泥排出。

7.根据权利要求5所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述微砂回收系统包括旋流器（6）和回砂泵（7），所述旋流器（6）用于将微砂与污泥分离，所述旋流器（6）的入口固定连接在沉淀槽底部排砂管道，将微砂与污泥分离，所述旋流器（6）上部溢流口连通污水回流通道，下部沉砂口设置有回砂泵（7），所述回砂泵（7）将分离出的微砂输送至微砂注射槽，分离的污泥输送至污泥浓缩池（3）。

8.根据权利要求1所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，所述直滤装置（11）的运行流程包括如下步骤：

所述直滤装置（11）通过重介与直滤提升泵（2）和直滤提升泵体（10）进行充水，配合进水阀控制充水，并开启曝气阀对直滤膜进行预擦洗操作；

关闭事故阀后开启产水阀进行膜过滤产水，产水过程中配合错流运行以减缓膜污染；

在完成产水后依次开启气反洗和水反洗功能，所述水反洗功能通过直滤反洗泵（12）抽取原有水仓（13）内部水，输送至直滤膜的反洗进水口，实现水流反向冲洗膜面；

所述直滤装置（11）通过清洗液管路连接有化学清洗装置（17），用于对直滤膜表面进行清洁处理，并排出排污液，随后进入下一轮运行周期。

9.一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的系统，应用于权利要求1-8任一项所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的方法，其特征在于，包括：

自适应耦合切换装置（1），用于对矿井污水的悬浮物浓度进行在线监测，自动识别高浊或低浊工况并切换相应处理流程；

重介速沉装置（8），适用于高浊工况，通过PAC、微砂和PAM加药，结合混凝槽、注射槽、熟化槽、沉淀槽及微砂回收系统，实现快速沉降与泥砂分离；

直滤装置（11），适用于高浊及低浊工况，通过改性聚四氟乙烯直滤膜对清水进一步过滤精处理；

预沉调节池（18）、污泥浓缩池（3）和板框压滤机（5），用于系统循环沉淀与污泥脱水处理；

化学加药系统，包括PAC加药装置（15）、PAM加药装置（16）及化学清洗装置（17），用于对矿井污水进行混凝沉降，并对直滤膜进行清洗；

直滤提升泵体（10）、重介与直滤提升泵（2）、直滤反洗泵（12）、回用与外排泵（14）、压滤机供料泵（4）和自动控制阀门系统，用于水体及污泥的输送、反洗及排放控制。

10.根据权利要求9所述的一种自适应耦合处理煤矿矿井污水的系统，其特征在于，所述自适应耦合切换装置（1）还包括带有远传通讯接口的人机交互终端，用于现场或远程查看各处理单元运行状态、处理数据及报警信息。