徐莊煤礦高礦化度礦井水處理工藝及工程實(shí)踐

王成瑞

(上海大屯能源股份有限公司,江蘇徐州221611)

徐莊煤礦在生產(chǎn)過程中排放的礦井水為高礦化度礦井水。根據(jù)該礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，選擇合適的礦井水處理工藝，出水作為煤礦生產(chǎn)和生活用水，既解決了礦井水外排污染環(huán)境，又解決煤礦的缺水問題。

1水質(zhì)特征及處理工藝

1.1水質(zhì)特征

根據(jù)產(chǎn)生高礦化度的離子超標(biāo)類型不同，高礦化度礦井水分為高硬度型、高硫酸鹽型、高氯化物型或這幾種類型的混合型[1]。徐莊煤礦的礦井水排至地面，先經(jīng)過混凝、沉淀，過濾處理[2-3]的預(yù)處理，出水水質(zhì)情況表1，其中溶解性總固體、硬度、硫酸鹽等指標(biāo)超標(biāo)，其水質(zhì)特征主要表現(xiàn)為高硫酸鹽，屬于高硫酸鹽型的高礦化度礦井水[4]。

表1徐莊煤礦礦井水水質(zhì)指標(biāo)

1.2處理工藝選擇

根據(jù)徐莊煤礦的用水規(guī)劃，處理后的礦井水作為煤礦生產(chǎn)和生活用水，多余達(dá)標(biāo)外排。回用的水質(zhì)要求達(dá)到 《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)。根據(jù)徐莊煤礦礦井水的水質(zhì)特征，必須采用以去除離子為目的的脫鹽處理工藝，才可實(shí)現(xiàn)高礦化度礦井水回用。

礦井水的脫鹽處理主要有離子交換、蒸餾、電滲析和反滲透等工藝。離子交換和蒸餾工藝在國內(nèi)礦井水脫鹽處理應(yīng)用較為少見。電滲析和反滲透工藝是國內(nèi)礦井水脫鹽處理常用的處理工藝。電滲析工藝不能去除水中的有機(jī)物和細(xì)菌，運(yùn)行能耗大，在脫鹽處理方面逐漸被反滲透裝置所取代。反滲透脫鹽淡化技術(shù)具有適用范圍廣、脫鹽率高（＞95%）、水回收率高、操作管理方便、運(yùn)行穩(wěn)定、出水水質(zhì)好等特點(diǎn)[4]。隨著膜科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，反滲透工藝的一次性投資大幅下降，低壓反滲透膜的應(yīng)用使反滲透處理運(yùn)行成本大大降低。因此，徐莊煤礦的礦井水脫鹽處理采用反滲透工藝。由于徐莊煤礦的礦井水硫酸鹽高，在反滲透處理中硫酸鈣結(jié)垢現(xiàn)象嚴(yán)重，回此進(jìn)行反滲透處理時(shí)必須確保MDC220阻垢劑準(zhǔn)確投加。

1.3工藝流程

徐莊煤礦從井下排至地面的礦井水處理先采用“預(yù)沉、斜管沉淀和過濾”的預(yù)處理工藝，出水作為后續(xù)的脫鹽處理的原水，工藝流程如圖1所示。

圖1徐莊煤礦高礦化度礦井水脫鹽處理工藝流程圖

2主要構(gòu)筑物、設(shè)備及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）清水池：尺寸為 12.5×8.5×3.5m，1 座，有效容積為300m3，鋼砼結(jié)構(gòu)。

（2）多介質(zhì)濾器:主要去除原水中的懸浮物和膠體物質(zhì)等，2臺(tái)，型號(hào)MK-SLQ-2 600，流量43m3/h，直徑￠2 600 mm，工作壓力 0.4Mpa，A3 鋼襯膠，過濾介質(zhì)為石英砂。

（3）活性炭過濾器:主要去水中的有機(jī)物和油類等物質(zhì)等，2臺(tái)，型號(hào)MK-TLQ-2200，流量43 m3/h，直徑￠2 200 mm，工作壓力 0.4 Mpa，A3 鋼襯膠，過濾介質(zhì)果殼活性炭。

（4）反滲透裝置:單套設(shè)計(jì)產(chǎn)水量65 m3/h，水回收率70%，反滲透脫鹽率≥95%，排列（級(jí)、段）方式為一級(jí)二段，1套；膜元件：卷式反滲透復(fù)合膜，型號(hào)BW30-400，聚酰胺復(fù)合膜材質(zhì)；壓力容器型號(hào)8040，6 m，壓力容器材質(zhì)FRP，單根外殼安裝膜元件數(shù)6支/根。

（5）全過程監(jiān)控成套設(shè)備:主要由水處理模擬屏、工控機(jī)、液晶顯示器、打印機(jī)、操作控制臺(tái)、電源柜、儀表柜、PLC自控系統(tǒng)、在線傳感器等組成。實(shí)時(shí)采集礦井水進(jìn)水流量、進(jìn)水濁度、進(jìn)水電導(dǎo)率、清水池液位、貯藥設(shè)備液位、出水流量、出水濁度、出水電導(dǎo)率等參數(shù)。設(shè)備型號(hào)MK-MCS-15 000，1 套。

3運(yùn)行效果

徐莊煤礦礦井水脫鹽處理工程由中國煤炭科工集團(tuán)杭州院承擔(dān)設(shè)計(jì)和設(shè)備配套，MDC220阻垢劑投加量5.2 mg/L，水回收率控制在70%，脫鹽率達(dá)到95%以上，礦井水脫鹽處理的產(chǎn)水量為65 m3/h，出水指標(biāo)見表2，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)，回用作為煤礦生產(chǎn)和生活用水。

表2徐莊煤礦礦井水處理站出水水質(zhì)指標(biāo)

4經(jīng)濟(jì)效益分析

徐莊煤礦礦井水脫鹽處理成本為1.78元/t水，見表3。

表3 徐莊煤礦礦井水脫鹽處理成本一覽表 元/t

根據(jù)礦井水處理水量和水處理成本，每年需要支出的費(fèi)用為 65×1.86×23×365/10 000=101.5萬元/a。脫鹽處理后的礦井水代替水源井水作為生產(chǎn)和生活用水，水源井水的取水成本按1.8元/噸計(jì)，節(jié)省水資源費(fèi)按0.7元/t水計(jì)。每年可節(jié)省的費(fèi)用為 65×（1.8+0.7）×23×365/10 000=136.4 萬元/a。則徐莊煤礦礦井水處理站每年可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為136.4－101.5=34.9萬元/a。

5結(jié)語

(1)徐莊煤礦的礦井水高硫酸鹽型的高礦化度礦井水。

(2)徐莊煤礦經(jīng)過去懸浮物預(yù)處理后的礦井水，再經(jīng)過多介質(zhì)過濾和活性炭過濾前處理工藝及反滲透的脫鹽處理工藝，出達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB5749-2006），實(shí)現(xiàn)了高礦化度礦井水回用。

(3)礦井水脫鹽處理成本為1.86元/t水，礦井水處理站每年可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益為34.9萬元/a(4)運(yùn)行實(shí)踐表明：該工藝合理、穩(wěn)定可靠、出水水質(zhì)好、操作管理簡單，具有一定的推廣應(yīng)用前景。

[1]曹祖民，周如祿，劉雨忠，等.礦井水凈化及資源化成套技術(shù)與裝備的開發(fā)[J].能源環(huán)境保護(hù),2004,18(1):37-40.

[2]周如祿，高亮，陳明智.煤礦含懸浮物礦井水凈化處理技術(shù)探討[J].煤礦環(huán)境保護(hù)，2000,14(1)：10-12.

[3]郭中權(quán)，王守龍，朱留生.煤礦礦井水處理利用實(shí)用技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008,36(7)：3-5.

[4]郭中權(quán)，馮曦，李金合，等.反滲透技術(shù)在高硫酸鹽硬度礦井水處理中的應(yīng)用研究[J].煤礦環(huán)境保護(hù)，2006,20(3):25-26.