高礦化度礦井水處理技術(shù)綜述

摘要：文章對各種高礦化度礦井水的處理技術(shù)進(jìn)行了綜述，重點論述了反滲透技術(shù)處理高礦化礦井水在我國的應(yīng)用情況，指出反滲透技術(shù)是今后高礦化度礦井水脫鹽處理技術(shù)的主要發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：礦井水；高礦化度；反滲透技術(shù)；脫鹽處理技術(shù)；水質(zhì)特征 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：O741 文章編號：1009-2374（2015）23-0167-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.23.084

1 高礦化度礦井水的水質(zhì)特征

礦井水是煤礦生產(chǎn)中排放的主要污染源，煤礦產(chǎn)生的礦井水受到采煤作業(yè)、天氣條件、煤系地層等因素的影響，含有一定量的鹽分，當(dāng)鹽的質(zhì)量濃度大于1000mg/L時，即為高礦化度礦井水。我國大多數(shù)煤礦排放的礦井水是以懸浮物為主的常規(guī)礦井水和含鐵錳的酸性礦井水，但在我國較為缺水的西北及北方礦區(qū)往往排出高礦化度的礦井水，在陜西、甘肅、寧夏、新疆、內(nèi)蒙古、山西以及兩淮、徐州、新汶、撫順、阜新等地區(qū)都有高礦化度礦井水分布。據(jù)調(diào)查，高礦化度礦井水水量約占我國北方重點煤礦礦井涌水量的30%，例如淮南礦區(qū)排放高礦化度礦井水的數(shù)量占到礦區(qū)煤礦的50%以上，這些地區(qū)煤礦礦井水的礦化度一般為1000～10000mg/L，個別煤礦的礦井水礦化度則高達(dá)10000mg/L以上。由于高礦化水礦井水的危害較大，我國內(nèi)蒙古等地區(qū)都嚴(yán)格限制高礦化水礦井水的排放，對其進(jìn)行有效處理利用，是今后這些地區(qū)煤礦開采過程中必須十分重視的煤礦環(huán)保之一。

2 高礦化度礦井水處理技術(shù)

我國高礦化度礦井水主要分布在水資源比較缺乏的地區(qū)，對這部分高礦化度礦井水進(jìn)行處理利用，不但可以避免礦井水外排造成的環(huán)境污染，還可解決礦區(qū)用水緊張的問題。同一般的礦井水水質(zhì)相比較，煤礦排放的高礦化度礦井水除具有高含鹽量特征外，也含有懸浮物等這些常見的污染物，懸浮物等通過常規(guī)的混凝沉淀和過濾即可去除，但其中的各種離子則必須通過其他途徑進(jìn)行脫除，脫鹽是處理高礦化度礦井水的關(guān)鍵工序，也可以稱為深度處理。常用的脫鹽深度處理技術(shù)有離子交換、蒸餾、電滲析、反滲透等。

2.1 離子交換法

離子交換法是采用離子交換機，使交換劑和水溶液的可交換離子之間發(fā)生等物質(zhì)的可逆性交換，導(dǎo)致水質(zhì)改善二離子交換劑的結(jié)構(gòu)不發(fā)生實質(zhì)性變化的水處理方式。離子交換法主要存在的問題是定期需對離子交換劑進(jìn)行再生，再生過程控制麻煩。目前離子交換主要用在鍋爐軟化水末端處理等方面，在高礦化度礦井水的脫鹽深度處理工藝工程中基本沒有使用該方法。

2.2 蒸餾法

蒸餾法是目前海水淡化工業(yè)中成熟的技術(shù)。蒸餾法是以消耗熱能為代價，進(jìn)行熱力脫鹽淡化處理的方法。有一些技術(shù)文獻(xiàn)提出，從熱源價格方面考慮，蒸餾法適用于處理含鹽量超過3000mg/L的高礦化度礦井水，且為了降低成本，蒸餾法可考慮用煤矸石作為廉價燃料，來淡化高礦化度礦井水。但從目前實際現(xiàn)狀來看，煤矸石熱值低、含硫量較高，用煤矸石作為燃料，既不符合現(xiàn)有越發(fā)嚴(yán)格的大氣防治控制政策要求，能獲取的熱量也少，專門采用煤矸石作為燃料的煤礦基本沒有，要想獲取穩(wěn)定的熱源，就需要通過燃煤、用電的方式來解決，就需要很高的經(jīng)濟代價。由于這些現(xiàn)實的條件限制，基本未見有將蒸餾法應(yīng)用于高礦化度礦井水脫鹽深度處理的工程實例，可以預(yù)見，在今后的高礦化度礦井水處理工程，該方法的應(yīng)用范圍也將十分狹小，只有在該煤礦可以低價穩(wěn)定地獲得大量的熱源，該方法才可能得到

應(yīng)用。

2.3 電滲析法

電滲析法是我國一項傳統(tǒng)的高礦化度礦井水處理工藝，在前些年，我國主要使用電滲析技術(shù)來處理高礦化度礦井水，一些煤礦應(yīng)用電滲析設(shè)備淡化含鹽礦井水，以解決礦區(qū)生活飲用水和有關(guān)工業(yè)用水問題。電滲析除鹽法的優(yōu)點是不需再生、可連續(xù)出水、系統(tǒng)簡單、設(shè)備少，但缺點也很明顯，表現(xiàn)在：不能去除水中有機物和細(xì)菌，電耗大，運行不穩(wěn)定，結(jié)垢嚴(yán)重，脫鹽率在50%左右，設(shè)備龐雜，一般只適合原水含鹽量小于1500mg/L的礦井水脫鹽。從我國目前已投入使用的礦井水深度處理工程來看，存在的問題也比較多，主要原因是工藝流程普遍單一，工程設(shè)計參數(shù)選擇缺少依據(jù)，對礦井水的水質(zhì)、水型缺乏分析，電滲析淡化工程工藝設(shè)計中普遍沒有充分考慮礦井水的特征，一些煤礦采用濃水不循環(huán)直接排放、積水全部利用清水的方式，造成水資源浪費很大，水回收率普遍只有45%左右，有些礦井水深度處理工程中沒有設(shè)計防垢技術(shù)措施，導(dǎo)致電滲析的電極、離子交換膜嚴(yán)重結(jié)垢，堵塞膜道，壓力升高，電流效率下降，脫鹽率降低，設(shè)備解體清洗頻繁，操作惡化，淡化成本大幅度上升，從而使不少工程不能正常生產(chǎn)，有些電滲析工程已停用或久停報廢，如龍口礦務(wù)局北皂煤礦、靈武礦區(qū)靈新煤礦和淮北礦務(wù)局的童亭煤礦等。隨著目前反滲透膜等技術(shù)的不斷發(fā)展，電滲析法本身存在的問題使其劣勢更為明顯，該方法已不能滿足礦井水處理技術(shù)朝自動化、模塊化方向發(fā)展的需要，電滲析法在高礦化度處理工程中應(yīng)用受到較大限制，近些年，廣泛建立的高礦化度礦井水處理工程中使用電滲析法進(jìn)行脫鹽處理的實例已較為少見。

2.4 反滲透技術(shù)

反滲透（RO）指的是在膜的原水一側(cè)施加比溶液滲透壓高的外界壓力，原水透過半透膜時，只允許水透過，其他物質(zhì)不能透過而被截留在膜表面的過程。

反滲透是最精密的膜法液體分離技術(shù)，將溶劑和溶劑中離子范圍的溶質(zhì)分開，它能阻擋幾乎所有溶解性鹽，只允許水溶劑通過，可脫除水中絕大部分的懸浮物、膠體、有機物及鹽分。

反滲透膜分離過程的主要特點是：（1）處理介質(zhì)不發(fā)生相變，與熱法蒸餾相比能耗大大降低；（2）只用壓力作為反滲透分離的推動力，裝置操作簡單，便于自控和維修；（3）脫鹽過程中不消耗酸堿，除濃水中鹽分高外不生成其他污染物質(zhì)，與離子交換工藝相比，符合環(huán)保要求；（4）裝置模塊化設(shè)計，規(guī)模大小靈活?？商峁装偕?天的家庭用純水設(shè)備、實驗室設(shè)備以及成千上萬噸/天的大型工業(yè)除鹽設(shè)備；（5）與傳統(tǒng)脫鹽工藝比較，系統(tǒng)占地面積明顯減少；（6）自動化水平較高，人工操作、勞動強度降低；（7）作為目前水處理工業(yè)領(lǐng)先的脫鹽技術(shù)具有廣泛的發(fā)展前景。endprint

目前反滲透技術(shù)已成為海水、苦咸水淡化的主要手段，是超純水和純水制備的優(yōu)選技術(shù)，反滲透已被利用于食品、醫(yī)藥的濃縮、凈化、水軟化、污染控制以及水再生和廢液的回收利用等多個方面。在我國高礦化度礦井水深度處理工藝應(yīng)用中，反滲透技術(shù)憑借其能耗低、運行成本低、結(jié)構(gòu)合理、占地面積少、水利用率、自動化程度高等諸多特點，應(yīng)用最多、效果最好，且應(yīng)用前景良好。

3 反滲透技術(shù)在高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 反滲透技術(shù)在華東地區(qū)高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用情況

安徽淮南礦區(qū)的謝橋煤礦礦井水深度處理采用了反滲透過濾工藝，經(jīng)預(yù)處理后的礦井水含鹽量為3000～3800mg/L，反滲透膜采用管式聚酰胺復(fù)合膜，具有酸堿適應(yīng)范圍大、處理量大、除鹽效率高、化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，系統(tǒng)回收率為70%左右，產(chǎn)水電導(dǎo)率為30～70μs/m，產(chǎn)水量5000m3/d，符合生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，反滲透裝置出水中產(chǎn)水進(jìn)入純水池供工業(yè)場地生產(chǎn)和生活，濃水進(jìn)入集水池供選煤廠生產(chǎn)和矸石山?jīng)_擴堆，提高了礦井水的綜合利用率，節(jié)約了水資源，經(jīng)濟和環(huán)境效益明顯。

2011年，兗礦集團的菏澤能化有限公司趙樓煤礦建設(shè)了1座礦井水深度處理站，采用超濾+反滲透過濾工藝，進(jìn)水量為110m3/h，反滲透主體設(shè)備采用美國海德能公司生產(chǎn)的CPA3低壓復(fù)合膜，配套RO專用壓力容器，反滲透系統(tǒng)出力為80m3/h，水回收率為75%，反滲透系統(tǒng)脫鹽效率>98%，出水一部分供生活用水，剩余部分供給附近電廠使用，目前該系統(tǒng)運行良好。

3.2 反滲透技術(shù)在山西省高礦化度礦井水處理的應(yīng)用情況

山西亞美大寧煤礦利用反滲透裝置將礦井水深度處理后作為飲用水，自2008年投入使用以來，一直運行正常，平均每年節(jié)約用水14.4萬元，收到了令人滿意的效果，也為其他煤礦企業(yè)的水資源利用起到了很好的帶頭示范作用。2008年，山西汾西礦業(yè)集團的曙光煤礦建成產(chǎn)水量為20m3/h的礦井水深度處理站，采用反滲透過濾工藝，脫鹽率高達(dá)99.3%，出水水質(zhì)指標(biāo)為：濁度≤0.3NTU，溶解性總固體33mg/L，總大腸菌群和糞大腸菌群均未檢出，每噸水處理費用為1.60元，作為礦井生活用水后，每年可節(jié)約自來水成本15.77萬元。2009年，山西平朔井工一礦太西區(qū)建成礦井水深度處理規(guī)模為300m3/h的處理站，針對礦井水中具有氯離子、硫酸根和含鹽量高的特點，經(jīng)常規(guī)處理后，深度處理設(shè)采用疊片過濾+超濾+反滲透的處理工藝，設(shè)計采用2套超濾裝置，水回收率90%，超濾膜過濾通量≤70L/m2·h，2套反滲透裝置的單套產(chǎn)水量為75m3/h，水回收率70%，經(jīng)兩年多的運行實踐，表明礦井水深度處理工藝合理、穩(wěn)定可靠、出水水質(zhì)好，具有較好的推廣應(yīng)用前景；大同達(dá)子溝、大同青磁窯礦、大同白洞礦、太原東山礦、陽泉蔭營礦靈石縣紅杏礦和鄧家莊煤礦都采用了反滲透工藝處理礦井水，噸水投資在1500～3500元/噸，制水成本在1～3元/噸，可以看出，不同煤礦采用該技術(shù)處理礦井水的噸水投資和制水成本差別較大。

3.3 反滲透技術(shù)在河北、寧夏等地高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用情況

河北的范各莊煤礦高礦化度礦井水深度處理回用項目設(shè)計處理規(guī)模為3000m3/d，采用混凝沉沉+過濾的常規(guī)處理+反滲透深度處理工藝。2010年建成，經(jīng)過1年的調(diào)試和使用，水的回收率一直穩(wěn)定在70%以上，產(chǎn)水量達(dá)110m3/h以上，脫鹽率在92.9%～98.0%，反滲透系統(tǒng)的運行工況良好，水體中的色度為5.5～9.5，pH穩(wěn)定在7左右，并且出水無臭味、沒有肉眼可見物，出水指標(biāo)均達(dá)到國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

寧夏寧東煤田河?xùn)|規(guī)劃區(qū)的石槽村煤礦的礦井水為超高鹽量苦咸水，含鹽量達(dá)12293mg/L，不僅人畜不能飲用，而且不可直接排放。2006年7月，寧煤集團開始對高含鹽礦井水回收技術(shù)進(jìn)行研討和論證，于2007年4月開始建設(shè)2×50m3/h的反滲透模塊系統(tǒng)，日產(chǎn)水量2000m3/d，2008年12月建成投產(chǎn)，采用了預(yù)沉調(diào)節(jié)+絮凝斜管沉淀+過濾+瓷砂過濾+反滲透+消毒的處理工藝，該工藝對超高鹽量礦井水處理效果良好，通過對產(chǎn)品水的檢測分析，經(jīng)反滲透處理后的礦井水完全能夠滿足生活飲用水水質(zhì)要求，提高了礦井水回收利用率，節(jié)約了水資源，具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)保效益。

從以上可以看出，采用反滲透對高礦化度礦井水進(jìn)行脫鹽深度處理將是今后在我國高礦化度礦井水處理工程的發(fā)展趨勢。

4 結(jié)語

綜上所述，高礦化度礦井水的水質(zhì)較為復(fù)雜、對生態(tài)環(huán)境影響危害較大，高礦化度礦井水的處理關(guān)鍵是脫鹽，高礦化度礦井水脫鹽處理的傳統(tǒng)工藝是電滲析法，但該方法脫鹽率較低、產(chǎn)水率較低、設(shè)備較為復(fù)雜，同其反滲透技術(shù)比較缺點較為明顯。隨著近些年反滲透膜材料工業(yè)和技術(shù)的大力發(fā)展，反滲透技術(shù)已成為我國高礦化度礦井水脫鹽處理技術(shù)的發(fā)展方向，并得到了大量應(yīng)用。需要注意的是高礦化度礦井水經(jīng)膜分離處理后將產(chǎn)生一部分比原水更高的高含鹽量濃水，對于煤礦而言，濃鹽水需盡量避免采取自然蒸發(fā)、深井注射的處理方式，在有利用條件時，可將濃鹽水用于選煤廠生產(chǎn)用水，不可利用時，與處理后的生活污水進(jìn)行混合排放是一種比較可行的處理方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 郭忠權(quán).高礦化度礦井水處理技術(shù)及應(yīng)用[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2012，39（3）.

[2] 龐振東，程學(xué)豐.煤礦高礦化度礦井水處理技術(shù)[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2005，32（4）.

[3] 郭常穎，李多松，江潔.煤礦高礦化度礦井水處理技術(shù)探討[J].煤炭工程，2006，（1）.

作者簡介：周金余（1981-），男，江蘇南京人，中煤科工集團南京設(shè)計研究院有限公司工程師，碩士，研究方向：環(huán)境影響評價、土地復(fù)墾方案編制及污水處理工程設(shè)計等。

（責(zé)任編輯：王 波）endprint