高礦化度礦井水處理與回用

張帆 楊曉菡 鄭雪凌 張凱

摘 要：礦井水的處理與回用可以緩解礦區(qū)的用水緊張，并減輕煤炭開采對(duì)礦區(qū)生態(tài)的破壞。本文主要針對(duì)高礦化度礦井水，結(jié)合工程實(shí)例總結(jié)其常規(guī)處理中主要的工藝與設(shè)備。在此基礎(chǔ)上，總結(jié)了礦井水處理與回用的新模式—井下處理及零排放中的主要工藝設(shè)備，及其在高礦化度礦井水的處理與回用中的利用。

關(guān)鍵詞：高礦化度礦井水；常規(guī)處理；井下處理；超磁分離；零排放

中圖分類號(hào)：X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0001-02

煤炭作為我國的主要能源礦產(chǎn)，由于其貯藏特點(diǎn)，在開采過程產(chǎn)生大量的礦井水。在煤炭資源豐富的西北部地區(qū)，由于其干旱半干旱氣候的限制，水資源嚴(yán)重不足，對(duì)礦井水的處理與回用既可以防止礦井水對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞，又可以回用為煤礦生產(chǎn)用水、煤炭洗選加工用水、生活用水等，緩解礦區(qū)的用水緊張。西北礦區(qū)主要為總含鹽量超過1000mg/L的高礦化度礦井水[1]，其高效處理與回用對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山排水—供水—生態(tài)環(huán)境保護(hù)三位一體發(fā)展[2]有重要意義。

1 高礦化度礦井水常規(guī)處理工藝

高礦化度礦井水的處理主要是去除懸浮物及脫鹽，完整的高礦化度礦井水的處理工藝流程一般包括緩沖調(diào)節(jié)、凈化處理及深度處理。

1.1 預(yù)處理

預(yù)處理階段主要通過自由沉淀去除礦井水中粒徑或比重較大的懸浮物顆粒，調(diào)節(jié)水質(zhì)水量，保證后續(xù)處理設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。礦井水處理站多采用預(yù)沉調(diào)節(jié)池作為預(yù)處理設(shè)備。

1.2 凈化處理

凈化處理可去除礦井水中的大部分的懸浮物，處理后的水可用作[1]選煤廠生產(chǎn)用水、礦區(qū)及廠區(qū)地面降塵灑水及地面沖洗水，或管道輸送作為景觀用水。

現(xiàn)較成熟的凈化處理工藝為混凝、沉淀、過濾工藝?；炷恋韀4]主要是利用絮凝劑水解產(chǎn)生的氫氧化鋁絮體通過電荷吸附作用吸附礦井水中的懸浮物及膠體，微絮體在助凝劑作用下聚集并沉降，進(jìn)而被分離去除。小回溝煤礦礦井水處理站[5]選用的旋流澄清凈水裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水力旋流及泥渣回流，增強(qiáng)了懸浮顆粒間的碰撞和吸附作用，加速絮凝并獲得較好的澄清效果。過濾機(jī)械截留沉淀出水中少量細(xì)小懸浮顆粒[4]。塔山煤礦礦井水處理站[6]選用多介質(zhì)過濾池，出水濁度低于1.0NTU，保證了深度處理過程中設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3 深度處理

礦井水經(jīng)凈化處理出水不能滿足礦區(qū)生產(chǎn)生活用水的水質(zhì)要求，特別是含鹽量。因此，深度處理后的關(guān)鍵是脫鹽，現(xiàn)有的脫鹽技術(shù)有：離子交換法、蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。

反滲透法憑借其適用范圍廣、脫鹽率高的優(yōu)點(diǎn)成為國內(nèi)現(xiàn)階段礦井水處理站應(yīng)用最為廣泛的脫鹽技術(shù)。其原理是借助半透膜在壓力的作用下進(jìn)行分離，在脫鹽的同時(shí)去除水中的細(xì)菌和病毒等。礦井水中所含的少量機(jī)械乳化油易造成反滲透膜的污堵[7]，影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性并縮短其使用壽命。因此反滲透工藝前可增設(shè)過濾和超濾，以去除水中的油類和膠體物質(zhì)。為防止超濾池出水到反滲透進(jìn)水段的管路污染，可在反滲透前增設(shè)保安過濾器，截留水中粒徑大于0.5μm的細(xì)小微粒。如顧橋礦礦井水處理站[8]，選用疊片過濾器去除水中懸浮物后，進(jìn)入超濾系統(tǒng)去除水中的有機(jī)物，保證超濾出水SDI小于1.0，超濾出水經(jīng)保安過濾器及高壓泵進(jìn)入反滲透機(jī)組，并在保安過濾器前加入阻垢劑，防止鈣鎂在反滲透膜前沉淀結(jié)垢。因此，顧橋礦礦井水深度處理設(shè)計(jì)如圖1。

其反滲透脫鹽率大于95%，最終出水TDS為24.94mg/L，濁度小于1.0NTU，可滿足國家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006）的水質(zhì)要求。

深度處理出水水質(zhì)較好，可回用于[1]礦區(qū)生產(chǎn)生活用水及生態(tài)用水，如鍋爐補(bǔ)充水、廠區(qū)綠化用水和周邊生態(tài)恢復(fù)用水，亦可通過管道輸送作為工業(yè)園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用水及城市市政用水。

2 高礦化度礦井水處理與利用新模式

2.1 井下處理，就地復(fù)用

礦井水井下處理，就地復(fù)用憑借其礦井水升井量少，節(jié)約成本及建設(shè)用地等優(yōu)勢(shì)成為礦井水處理與利用新的發(fā)展方向?，F(xiàn)有的井下處理技術(shù)主要有：采空區(qū)礦井水處理技術(shù)，反滲透廢水井下處理技術(shù)，廢水井下處理系統(tǒng)技術(shù)及井下超磁分離技術(shù)等[9]。其中超磁分離技術(shù)憑借其磁分離速度快，混凝藥劑投加量少，設(shè)備占地面積小，處理水量大及外排污泥濃度高等諸多有點(diǎn)成為礦井水處理與利用新技術(shù)[10]。

超磁分離技術(shù)[11]多選用稀土永磁體作為磁種，將其與混凝劑、助凝劑混合后投加值超磁分離混凝系統(tǒng)，懸浮物快速形成以磁種為載體的“微絮團(tuán)”。微絮團(tuán)在磁盤所產(chǎn)生的大于重力640倍的磁力作用下快速實(shí)現(xiàn)固液分離。分離出的煤泥在磁分離磁鼓中分散，吸附回收其中的磁種，循環(huán)利用，磁種回收率高達(dá)99.4%。山西潞安漳村煤礦[12]選用超磁分離技術(shù)，井下礦井水通過預(yù)沉池、格柵去除粒徑0.2mm以上的懸浮顆粒后，與井下生產(chǎn)用水一同進(jìn)入超磁分離系統(tǒng)進(jìn)行處理，可去除水體中97%以上的懸浮物質(zhì)及部分COD，其工藝流程如圖2。

在高礦化度礦井水的井下處理與回用中，應(yīng)考慮分質(zhì)供水。超磁分離系統(tǒng)出水滿足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50383-2006）井下消防灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，可直接回用。為滿足采煤機(jī)、液壓支架用水的水質(zhì)要求，可在超磁分離系統(tǒng)后增設(shè)深度處理裝置，對(duì)部分超磁分離系統(tǒng)出水進(jìn)行脫鹽處理。

2.2 零排放

現(xiàn)階段，煤炭開發(fā)逐漸向大型煤炭基地集中，為滿足其用水需求及排放限值，實(shí)現(xiàn)礦井水的零排放[13]是現(xiàn)實(shí)的選擇。深度處理過程中產(chǎn)生的濃水，懸浮物含量低，鹽含量高，TDS高達(dá)10000～30000mg/L，濃水的處理與回用是實(shí)現(xiàn)零排放的重點(diǎn)與難點(diǎn)?，F(xiàn)階段，可首先對(duì)濃水進(jìn)行濃縮處理，得到TDS高達(dá)60000～80000mg/L的高濃鹽水后進(jìn)一步蒸發(fā)結(jié)晶，徹底固化高礦化度礦井水中的溶解性固體，離心分離得到工業(yè)產(chǎn)品級(jí)別的硫酸鈉和氯化鈉，以及少量經(jīng)過鑒定后可以作為一般固廢或者危廢填埋處理的雜鹽。

3 結(jié)語

（1）高礦化度礦井水的井上處理與回用技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)較為成熟，可分為預(yù)處理、凈化處理、深度處理三個(gè)處理模塊。凈化處理及深度處理出水可以依據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)按需回用于礦區(qū)的生產(chǎn)、生活。

（2）超磁分離技術(shù)應(yīng)用于礦井水井下處理可快速高效的的去除水中的懸浮顆粒物，未來可將超磁分離技術(shù)作為凈化處理單元應(yīng)用于高礦化度礦井水的處理，并逐步實(shí)現(xiàn)礦井水井下分質(zhì)供水。

（3）礦井水處理與回用的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“零排放”。對(duì)于高礦化度礦井水而言，其深度處理中排放的高濃鹽水可增設(shè)濃縮、蒸發(fā)、結(jié)晶處理后達(dá)標(biāo)排放或回用，并回收工業(yè)鹽。

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