超滤/反渗透组合工艺深度处理矿井水

Posted 2023-01-11 矿区

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矿井水由矿区煤层附近的地下水及部分地表水组成，受开采条件等影响其水质与普通地表水差异较大。按照污染物特征，矿井水可分为含悬浮物矿井水、高矿化矿井水(又称矿井苦咸水) 、酸性矿井水和特殊污染物矿井水四类。截至2010 年，我国煤炭矿井水排放量约61×108 m3/a，而矿井水资源化利用率仅为59%，大量直接排放，不仅污染了环境，同时也浪费了宝贵水资源。因此，矿井水处理后回用具有一定的经济效益、社会效益和环境效益。

RO 不仅可去除水中的细菌、病毒、胶体大分子等微粒，而且还具有显著的脱盐性能，超滤因允许小分子透过而对脱盐无能为力。RO 进水一般要求控制浊度在0．5 NTU 以下，污染指数(SDI) (用来衡量水中胶体、淤泥、铁锰氧化物和腐殖质等含量，SDI＜ 3 时，为极微量污染，SDI＞5 时，为中等污染) 小于5。

银洞沟煤矿位于宁夏回族自治区彭阳县境内，属于水资源较匮乏地区，将矿井水深度处理后作为供水水源，可以有效缓解矿区水资源紧张的现状。

1 设计进水水质

该矿矿井水平均排放量为3 000 m3/d，采用间歇排放方式，其主要水质指标见表1。

该矿井水中悬浮物粒径较小，平均仅为2～8μm，85%的颗粒粒径在50 μm 以下; 煤粉的平均密度在1．3～1．5 g/cm3 左右，远远低于地表水系中泥沙颗粒物的平均密度(2．4～2．6 g/cm3 )，矾花较难形成，因此混凝沉降效果较差; 矿井水中含有大量离子，硬度较高，pH 值呈中性或偏碱，味苦涩，无机盐总含量在1 000 mg/L 以上。因此该矿井水属于含悬浮物和高矿化度矿井水。

2 工艺流程

方案经比选后采用了UF/RO 装置对煤矿出水进行深度处理。工艺流程见图1。

3 工程设计

3. 1 预沉隔油调节池

由于井下开采设备的机油及乳化油等污染导致矿井水中含有少量的油类，预沉隔油调节池主要用于调节水量及缓冲水质变化，同时去除水面浮油。调节池容积根据井下水量、井下排水泵工况点、井下正常涌水量等因素综合考虑。设计总调节容积为800 m3，分2 格布置，一格用于隔油预沉，一格用于流量调节。单池尺寸为8．0 m×27．0 m，有效水深为3．8 m。池内设一台HJX-8 型桁架式吸泥机排泥，轨距为8．0 m，配2 台吸泥泵。

调节池出水端设有吸水喇叭口，将出水引至一级提升泵，再由一级提升泵将调节池出水提升至絮凝沉淀池。

3. 2 絮凝沉淀池

絮凝沉淀池采用合建形式，共设2 座，每座处理能力为90 m3/h。絮凝段设计反应时间为20 min，每座反应池平均分为6 格，每格尺寸为1．15 m×1．15 m，有效水深为3．0 m，每格设1 个泥斗，泥斗倾角为60°。反应池出水进入配水区，再通过配水花墙进入斜管沉淀池，配水渠宽为1．0 m。

斜管沉淀池分2 格独立运行，每格平面尺寸为3．95 m×9．1 m，内设聚丙烯蜂窝斜管，孔径为35mm，斜长为1 000 mm，倾角为60°，清水区上升流速为1．40 mm/s，设计表面负荷为5．06 m3/(m2·h)，实际有效表面负荷为6．75 m3/(m2·h) 。排泥斗排泥入污泥池，出水为三角堰非淹没出流，出水堰前设有JYG300 型DN300 集油管，可将表面上残留的油污排除，出水浊度＜ 15 NTU。

絮凝沉淀池采用重力排泥，每个泥斗均设一根DN150 排泥管，由电动浆液阀定时排泥，絮凝沉淀池的排泥进入污泥池。

3. 3 无阀滤池

无阀滤池设在沉淀过滤间内，沉淀池出水直接自流入滤池分配水箱。

无阀滤池尺寸为3．6 m×3．6 m，滤池2 格1组，水量为180 m3/h，滤速为6．94 m/h。滤料为单层石英砂，粒径在0．5～1．0 mm之间，厚为700 mm，卵石垫层厚为450 mm，采用小阻力平格栅配水系统。出水系统再从集水区底部取水，将初滤水作为清洗水，解决初滤水的污染和利用问题，反洗排水进入反洗排水池后回流至预沉调节池进行再处理。滤池采用自动控制设施使滤池反冲洗时自动停止进水浮漂闸板。

3. 4 超滤

超滤设备用于对滤池出水进行预处理。超滤设备采用聚醚砜中空纤维膜，共2 套(同时使用)，每套膜面积为900 m2，采用错流式过滤，系统回收率≥90%，系统保证出水SDI ＜ 1，单套净产水量为70m3/h。

3. 5 反渗透

反渗透设备共有2 套(同时使用)，单套净产水量为50 m3/h。其膜组件为超低压节能型反渗透膜ESPA1 型芳香聚酰胺复合膜元件和纳滤膜ESNA1-LF2 膜元件。每套膜元件60 支组合安装，每根压力容器内有5 个膜元件，每套设备12 根压力容量，8-4 制排列，一级两段脱盐，系统回收率为75%。

反渗透的浓盐水经过浓水泵提升至矿井的黄泥灌浆站，用作黄泥灌浆补充水。

4 运行效果

矿井水处理系统出水水质见表2。

该工程自2012 年11 月完工投产以来，每天产出2 000 m3 脱盐水，解决了矿井生产和生活用水的需求。其处理成本为4．96元/m3，其中人工费为0．55元/m3、电费为1．67元/m3、药剂费为1．20元/m3、维护及折旧费为1．54元/m3。UF/RO 处理后的出水水质稳定并且优于现行生活饮用水水质标准，可以预计，随着膜法处理工艺的推广和普及，膜价格势必下调，这样制水成本也会随之下降。。

5 结论

西部矿区水资源匮乏，缺水严重影响了矿井的生产和职工的生活。对矿井水经过UF/ RO组合工艺深度处理后回用，不但提高了矿井水回收利用率，减少了废水直接外排对环境造成的不良影响，节约了水资源，而且将废水重复利用，直接回用于矿区的生产，可改善矿区用水紧张的局面，取得了明显的经济效益、社会效益和环保效益，符合国家节能减排与环境保护的政策要求。对于缺乏淡水资源的西部矿区，将含悬浮物和高矿化度的矿井水进行脱盐处理，以此作为矿区的第二水源，是一种合理可行的方案。