基于“預處理+反滲透”技術的煤礦礦井水處理系統的研究

楊志強 李圣文 卜美蘭

摘 要：該文對煤礦礦井水的“預處理+反滲透”水處理方法進行了論述，討論了礦井水綜合利用的重要性和水處理的設計方案，詳細介紹了煤礦礦井水處理系統的組成及其功能，針對現階段煤礦礦井水處理與綜合利用中存在的問題，提出了可行的對策。

關鍵詞：預處理 反滲透 水處理 煤礦設備

中圖分類號：T082 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0075-01

煤炭在我國能源結構中占70%以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經處理直接排放，勢必對環境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現循環經濟的目標。礦井水凈化處理根據煤礦的礦井水水量和水質特點采用相應的處理技術。將礦井水凈化處理再利用，不僅節約了水資源，而且避免了污染環境和損壞用水設備，具有明顯經濟、環境和社會效益。

1 煤礦礦井水處理目的

煤礦礦井水處理是以煤礦井水為原水水源，通過多層過濾處理，去除礦井水中的顆粒、懸浮物、絮狀物、油脂、傾向于產生結垢有害離子、鹽類物質等，中和礦井水酸堿性，降低水的鹽度，經過處理的出水水質達到煤礦設備用水要求，降低煤礦用水設備的故障率，為煤礦企業的安全、高效生產提供保障。

大部分礦井的地下水達不到合格工業用水的標準，水質比較差。在這種工況下，因水質原因造成采煤設備特別是電動機的冷卻系統、液壓支架的閥組、千斤頂、立柱等液壓部件的損壞大量增加。致使設備的維修周期和使用年限縮短，甚至無法正常使用。這不僅增加了設備維修及維護工作量，隨之而來的是設備維修配件投入的增大，最終導致采煤成本的增加。

煤礦井下水處理技術以“預處理+反滲透”為基礎，可對各類型的礦井用水進行處理，經過該處理的出水水質滿足液壓支架及井下噴淋、冷卻等用水的需求。

2 煤礦礦井水處理的系統設計

2.1 礦井水處理的主要技術指標

2.1.1 進水水質

進水水源：礦井水。

2.1.2 設備性能

脫鹽率：≥98%；回收率：≥75%。

2.1.3 產水水質

水質外觀無色、無異味、無懸浮物和機械雜質；硬度﹤0.2mg/L；氯離子含量﹤0.5mg/L；硫酸根離子含量﹤0.2mg/L。

2.1.4 產水水質標準

滿足煤礦設備用水要求。

2.2 系統組成及功能

系統主體處理工藝：原水來水→手動截止閥→電動球閥→減壓閥→原水箱→原水水泵→絮凝劑加藥裝置→1#細沙過濾器→2#細沙過濾器→活性炭過濾器→阻垢劑加藥→保安過濾器→立式高壓泵→一級反滲透設備→純凈水箱→純水泵→用水點。

2.2.1 進水控制系統

礦井原水水源壓力一般比較高，因此必須對水源進行減壓，經過進水控制系統后的原水壓力控制在0.1～0.2Mpa范圍內。進水控制系統：在設備運行過程中用于控制調整進水壓力和流量，以滿足后續過濾單元的要求。

2.2.2 原水箱

原水箱為系統提供原水，保證系統連續用水量。原水箱水箱容積設計根據系統用水量確定，一般水箱容積要滿足系統10～20min的用水需要，用于緩沖供水并穩定供水量。

2.2.3 原水泵

為系統運行提供穩定的進水流量和壓力，以保證系統的運行。原水泵為系統供水泵也可為預處理系統的反洗水泵。

2.2.4 絮凝加藥裝置

由于水中的膠體顆粒一般均帶負電荷，他們之間即互相排斥，又在水中不斷做布朗運動，不易下沉。投加適量的混凝劑后，經過攪拌，使水中的微小膠體顆粒就能脫穩而迅速下沉借助后面的預處理系統除去。

2.2.5 預處理系統

預處理系統由多介質過濾器和活性碳過濾器組成，多介質過濾器和活性碳串聯運行，互為反洗。

2.2.6 阻垢劑加藥系統

阻垢劑加藥裝置的作用是在經過預處理后的原水進入反滲透系統之前，加入高效率的專用阻垢劑，以防止反滲透濃水側產生結垢。

2.2.7 保安過濾器

系統配置精度為5μm的保安過濾器。5μm保安過濾器可截留水中大于5μm的顆粒，以防止其經高壓泵加壓后進入反滲透系統擊穿膜組件，造成大量漏鹽現象。

2.2.8 高壓泵

高壓泵的作用是為反滲透本體裝置提供足夠的進水壓力，以保證系統達到設計要求的產水量。

2.2.9 反滲透本體裝置

反滲透裝置是本系統中最重要的脫鹽裝置，經過預處理的水，在系統中被高壓泵加壓后，在多段膜中可脫除98%以上的鹽分，并可去除絕大部分的膠體、色素等雜質，系統水回收率可達到75%以上。

2.2.10 反滲透清洗系統

反滲透化學清洗系統的作用是為反滲透膜定期提供化學清洗服務。化學清洗是根據反滲透膜的污染情況，配置一定濃度的特定清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質，以恢復反滲透膜原有的特性。

2.3 系統控制方式

反滲透主機系統采用自動控制，以減少人為因素對產品質量和系統壽命的影響；其它過濾器運行控制點和反洗系統采用手動控制；自動控制、保護系統；選用礦用隔爆兼安全型PLC控制箱。

系統采用PLC微機全自動控制，在控制面板上設有自動/手動切換開關，反滲透裝置及系統控制液位聯動設一套PLC微機控制柜、一套動力柜，液晶顯示屏上可讀出反滲透裝置供水壓力、反滲透進水溫度等的有關工藝參數，操制盤啟、停進水高壓泵及相關的電動閥及氣動閥，PLC微機柜有各種工藝參數報警功能，泵過載和高低壓保護報警，實行系統的自動診斷的能力。

當反滲透投入運行時，為防止高壓泵突然起動升壓，高壓泵出口壓力緩慢上升，同時高壓泵出口設置電動慢開閥PLC控制，閥門的開啟通過設定時間緩慢打開。為防止反滲透的誤操作，在反滲透出水端設有膜爆破裝置，當反滲透裝置在超高壓的情況下，膜爆破裝置自然泄壓。

3 結語

煤礦井水是伴隨煤炭開采而進入采掘空間且必須排出的一種廢水，其特點是排放量大，除酸性礦井水外，一般污染程度均較輕，經處理后是很好的再生水資源。文章針對煤礦井下用水設備的工況要求，研究煤礦井水處理技術，經過該技術處理的出水水質達到煤礦設備用水的要求，煤礦井水處理技術不但在技術上和經濟上都是可行的，而且經濟和環境效益都非常顯著。

參考文獻

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