礦井水深度處理工程設計

韓 沖，肖功富，蘇 航

兗礦集團兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦地面服務隊，山東菏澤 274700

0 引言

許多煤礦礦井水中除含有以煤屑為主的懸浮物外，溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽、氯化物、氟化物等的含量也比較高，必須進行深度處理后才能作為煤礦生活用水和生產用水。不同的礦井水中離子含量各不相同，不能簡單地套用常規自來水制純備凈水的反滲透技術，必須根據某一特定煤礦的礦井水的水質特點，進行深度處理，礦井水深度處理工程正是為解決這個問題而建設的。礦井水深度處理技術，具有工藝簡單、投資省、運行成本低、自動化程度高、操作管理方便、占地面積小、使用壽命長、維護費用低、出水水質穩定可靠等特點，已在趙樓礦井水凈處理工程中應用，取得了令人滿意的效果。

1 供水現狀及存在的問題

趙樓礦井生活、消防用水取自地下水。礦井現有生活水處理站一座，采用“超濾+反滲透”處理工藝，處理能力為1 920m3/d，目前礦井工廣范圍內共有6座水源井，總出水量70m3/h，即1680m3/d，經反滲透處理后的水量為1 260m3/d。而目前礦井需要采用反滲透出水的生活用水量已達到2 746m3/d，預計將來電廠的生活用水量為600m3/d，總用水量將達到3 346m3/d，因此現有得生活水處理站已遠遠不能滿足生活用水需要。

礦井生產用水采用處理后的井下排水。現有礦井水處理站一座，采用“混凝+沉淀”的處理工藝，處理能力為330m3/h，即8 000m3/d，但原處理站未設深度處理系統，處理后的水離子含量較高，對管道和設備腐蝕嚴重。礦井一采區開采時，井下排水量為220m3/h～300m3/h，2009年最大為420m3/h，2011年最大為900m3/h。將來隨著后續采區的開采，井下排水量預計將達到1 200m3/h左右，現有的礦井水處理站處理能力將不能滿足要求，必須進行擴建。另外，剩余的礦井水將輸送給電廠循環補水使用，而目前的處理工藝達不到電廠的原水進水水質要求，需要對現有工藝進行優化。從上面的分析可以看出，隨著趙樓礦井的不斷發展，地下水源不足以及相關水處理設施處理能力不足的問題日益突出，已經嚴重影響到了礦井的正常生活和生產，電廠建成后，更加不能滿足需要，必須找出切實可行的措施解決水源以及水處理的問題。

新建礦井水深度處理站，經過預處理后供給井下生產、消防用水；剩余的經過深度處理，一部分直接供給空調機房、井下冷卻等循環用水；一部分與預處理水混合后供給生活用水；剩余的部分供給電廠使用。

2 礦井水深度處理站設計原則

1）充分利用現有條件，因地制宜；

2）采用先進工藝，確保處理效果；

3）減少投資及運行費用，以節省用戶資金；

4）工程中的設備選用國內先進節能優質產品，確保工程質量；

5）結合工程實際合理確定水處理工程的自動化水平；

6）力求獲得最大的社會、環境和經濟效益；

7）符合國家環保產業政策。

3 工藝選擇及設計

常用的處理工藝有：反滲透、電吸附、離子交換等。其中離子交換法由于工藝復雜已逐漸被淘汰；電吸附法適用于溶解性總固體不超過3 000mg/l的水，而本工程的原水溶解性總固體超過4 000mg/l，若采用此法造價太高，運行效果也會不好；反滲透法是目前最為常用的處理方法，工藝成熟，離子去除率高，出水水質穩定可靠，工程投資較低。

根據原水特點，一級理采用“DA863過濾器+活性炭過濾器”的工藝，深度處理采用“超濾+反滲透”的工藝。工藝流程如下：

第二節 工藝流程說明

整個系統由原水一級處理、反滲透脫鹽系統二大部分組成，流程說明如下：

3.1 一級處理部分

新建的礦井水深度處理間內主要設過濾提升泵、DA863過濾器、活性炭過濾器、等設備，系統處理量為600m3/h，預處理后的原水通過提升泵增壓至0.32MPa，原水進入DA863過濾器后，由濾料除去水中的顆粒狀雜質、懸浮物等，初濾后水經活性炭過濾器除去有機膠體，游離氯等，可使水質得到基本凈化，出水可進入回用水池，回用水池中的水一部分供給井下消防灑水，一部分供給電廠用水，還有110m3/h需通過超濾、反滲透處理后用于工業及生活用水。此外，還可作為DA863過濾器、活性炭過濾器的反沖洗水。

由于出水中還有CaCO3、CaSO4、MgSO4、MgCO3等鹽份，在經過RO系統時會在RO膜進水面產生水垢，從而影響RO膜的性能，為防止RO膜性能降低，增加阻垢劑是十分必要的。阻垢劑加藥裝置的作用是在保安過濾進口處，加入高效率的專用阻垢劑，可防止反滲透濃水側產生結垢。

3.2 反滲透脫鹽系統

整個反滲透系統中由超濾裝置、保安過濾器、反滲透裝置、RO化學清洗系統組成。超濾膜分離技術具有占地面積小、出水水質好、自動化程高等特點。這些膜分離產品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關。超濾可以去除病毒、大分子物質、膠體等。超濾后的水經保安過濾器截留前置設備和管道中可能泄漏的機械雜質，進入高壓泵增壓后送入反滲透裝置，在壓力的作用下透過反滲透膜，脫鹽后淡水進入飲用水池，鹽份隨小部分未透過水匯集成濃水后排入室外雨水溝。

反滲透主體設備選用美國HYDRANAUTICS公司生產的CPA3低壓復合膜，配套RO專用壓力容器。

RO裝置設置一塊就地儀表操作盤，在儀表操作上可讀出RO的有關工藝參數，以及能在就地操作盤上啟停RO進水高壓泵、清洗泵及相關泵。

高壓泵是RO裝置的動力來源，為使RO裝置處于良好的運行狀況下，高壓泵進口設置壓力開關，當高壓泵進口壓力低于限定值（缺水≤0.05MPa），則高壓泵進口壓力開關（低壓保護）送訊號至高壓泵，保護高壓泵不在空轉情況下工作；RO裝置設置一套PLC控制自動純水沖洗系統；RO系統每當停運或間隔一定周期可自動定時對RO膜元件進行低壓表面沖洗，將RO膜元件內尚存的濃水沖洗掉。

RO裝置設置一套化學清洗系統，由化學清洗箱、清洗泵組成；當RO膜元件受到給水污染、系統性能指標下降到一定程度時可進行化學清洗，以恢復其應有的優良脫鹽、產水性能；本工程反滲透系統的出力為80m3/h（25℃），反滲透系統脫鹽率大于98%，反滲透系統水回收率為75%。

4 結論

總之，對礦井水進行處理并加以利用，不但可以防止水資源流失，避免對水環境造成污染，而且還能緩解礦區供水不足、改善礦區生態環境，最大限度地滿足生產和生活用水需要具有重要的意義。

[1]唐受印，戴友芝.水處理工程手冊[M].北京：化學工業出版社，2000：259-273.