高含鹽礦井涌水脫鹽處理在化工生產中的應用及改進

裴廷記

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

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高含鹽礦井涌水脫鹽處理在化工生產中的應用及改進

裴廷記

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

煤礦礦井涌水是指在采煤過程中所有滲入井下采掘空間的水，礦井涌水的排放是煤炭工業具有行業特點的污染源之一，其量大面廣。我國煤炭開發每年礦井的涌水量約為20億m3，其特性取決于成煤的地質環境和煤系地層的礦物化學成分。礦井涌水流經采煤工作面和巷道時，因受到人為活動的影響，煤巖粉和一些有機物進入水中。我國礦井涌水中普遍含有以煤巖粉為主的懸浮物，以及可溶的無機鹽類，有機污染物較少，一般不含有毒物質。因此，對礦井涌水進行凈化處理和利用，將產生巨大經濟效益和社會效益。礦井涌水分析結果見表1。

1　工藝流程

經收集后的礦井涌水進入調節池，經調節水量及預處理后，由提升泵送至高密度沉淀池，通過投加石灰等藥劑來去除重金屬離子、部分硬度(暫時硬度)、堿度生成不溶性沉淀物，防止后續的反滲透膜結垢；投加的混凝劑及絮凝劑有效去除懸浮物、不溶性有機物，防止后續的反滲透膜被有機物污染，高密度沉淀池的出水進入V形濾池，V形濾池產的水提升至PCF過濾器；通過V形濾池和PCF過濾器后，進一步除去有機物和懸浮物，確保預處理出水達到反滲透膜進水要求，減輕后續反滲透膜處理負擔。PCF的產水：一部分作為軟化水經泵送至用戶；另一部分經泵提升到自清洗過濾器，然后至超濾系統。超濾系統作為反滲透的預處理，進一步去除懸浮物、膠體、大分子有機物等，保護反滲透安全穩定運行。超濾出水經泵送至保安過濾器，經高壓泵加壓后進入反滲透系統，出水(即預脫鹽水)進入反滲透產水池，再通過泵送至用戶。整套工藝設計的處理軟化水能力為2 500 m3/h，處理預脫鹽水800 m3/h。

表1　 礦井涌水分析結果

礦井涌水處理系統工藝流程見圖1。

圖1　礦井涌水處理系統工藝流程

2　礦井涌水處理系統運行情況

2.1高密度沉淀池

高密度沉淀池系統是由混合池、反應池、沉淀池以及中和池工藝組合而成。設計處理量為4 000 m3/h，在混合池通過投加消石灰Ca(OH)2，可將Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2轉化為不溶性的CaCO3和Mg(OH)2沉淀，達到去除和降低礦井涌水的堿度和硬度的效果。同時，進水中投加聚合硫酸鐵等混凝劑，去除水中懸浮物、膠體和不溶性有機物， 隨CaCO3和Mg(OH)2一起沉淀分離。在絮凝反應沉淀池內加入高分子助凝劑，將后續預沉濃縮池部分污泥回流至絮凝反應沉淀池入口，提高礬花的增長速度及增加礬花的密度，以提高沉淀效果。斜管澄清區出水通過溝道進入中和池，加入少量聚合硫酸鐵、硫酸和二氧化氯，通過機械攪拌去除出水中含有的少量高分子聚合物，調節出水pH，防止高分子聚合物和飽和碳酸鈣結垢堵塞濾料，并抑制微生物的滋生。

高密度沉淀池進水水質：COD≤100 mg/L、濁度≤100 NTU、暫時硬度≤200 mg/L；高密度沉淀池出水水質：COD≤60 mg/L、濁度≤5 NTU、暫時硬度≤70 mg/L。

2.2V形濾池

高密度沉淀池出水中會帶出少量細小較輕的礬花，可通過V形濾池進行截留，保證其水中懸浮物質量濃度≤15 mg/L和濁度≤2 NTU。

2.3PCF過濾器

PCF過濾器采用一種性能穩定、單絲強度高的新型柔軟、高強曲化纖維長絲作為過濾料，為了防止超濾進水水質在瞬間或短時間內受到V形濾池反洗及其他操作的影響，V形濾池出水設置PCF過濾器進行二級過濾，以進一步降低V形濾池產水的濁度至≤1 NTU。

2.4超濾

超濾的主要作用是基本去除水中懸浮物、顆粒、膠體、細菌和病毒等大分子物質，其出水污染指數<3，為下游反滲透系統提供最佳水質。

2.5反滲透系統

反滲透系統由4組反滲透分系統組成，于2012年10月投入運行，水源為礦井涌水。運行中投加足夠劑量的阻垢劑，投加濃度為3 mg/L(即 1 L 水中需投加3 mg阻垢劑)。每組反滲透分系統的實際運行參數: 一段進水壓力1.0 MPa，二段進水壓力0.9 MPa，濃水壓力0.8 MPa，進水溫度 23 ℃, 進水電導率4 200 μS/cm，進水流量280 m3/h，產水流量200 m3/h，出水電導率50 μS/cm。從以上參數可看出，反滲透系統脫鹽率達99%，且自運行至今產水量和反滲透膜壓差未出現過大的波動，每年只需1次維護性清洗。

3　反滲透系統運行中注意事項

3.1根據反滲透進水水質選擇合適的阻垢劑

3.2氧化還原電位控制

礦井涌水中含有的氧化性物質或在超濾殺菌等過程中投加過量的氧化性殺菌劑，在進入反滲透系統前不能被很好地去除，對反滲透膜產生不可逆的損傷，因此，在反滲透系統運行過程中，應嚴格控制氧化還原電位在-200～-100 mV。

3.3反滲透系統的殺菌

反滲透系統進水溫度控制在20～25 ℃，此溫度對微生物滋生十分有利，因此，必須對反滲透系統選擇合適的非氧化殺菌劑。

4　存在的問題及改進措施

4.1高密度沉淀池出水濁度高

運行初期，高密度沉淀池出水濁度較高，主要原因是石灰投加濃度低及排泥不及時。采取措施如下：①石灰投加量由3 mg/增加至5 mg/L(即1 L 水中投加石灰量由3 mg增加至5 mg)，使水中的可溶性物質與石灰充分反應；②增加排泥次數，由原每班(8 h)排泥2次(每次排泥15 min)改為每2 h排泥1次(每次10 min)。通過調整后，出水濁度由15 NTU降至5 NTU，減輕了后續工藝的處理負荷。

4.2PCF過濾器板結

由于礦井涌水中存在溶解性的煤泥(黏性大，且有油性)，PCF過濾器運行一段時間后，出水量明顯下降，出水濁度也不斷增加，拆開PCF過濾器檢查，發現其中纖維束結塊嚴重。通過調整反洗頻次，效果不佳；最后對PCF過濾器采用夾氣擦洗，即反洗時先放水至半罐液位，然后通入空氣，通過氣流與水來回擦洗，將表面板結的污物沖散，反洗效果較好。

4.3反滲透膜壓差上升快

運行初期，反滲透阻垢劑投加量為4 mg/L(即1 L水中需投加阻垢劑的量為4 mg)，原水在V形濾池設有殺菌投加裝置，由于氯會對反滲透膜造成不可逆的損壞，故原水加入次氯酸鈉殺菌劑后，需在反滲透系統進水時投加足量的還原劑，以確保反滲透系統進水余氯為零。運行1個月后，反滲透膜壓差上升很快，有的增加10%以上，反滲透系統前的保安過濾器濾芯污染嚴重，出現較多白色沉淀物。經分析，主要是阻垢劑和還原劑投加過量所致，停止原水殺菌和反滲透還原劑的投加，主要在超濾系統反洗階段投加殺菌劑，將原水殺菌劑連續投加改為間歇性投加，每個月分別進行1次氧化性和非氧化的殺菌處理，阻垢劑的投加量降至3 mg/L。運行一段時間后，反滲透膜壓差得到有效控制，而且未發現反滲透膜滋生微生物，運行效果良好。

5　結語

采用預處理+反滲透工藝，能夠有效去除高含鹽量礦井涌水中的懸浮物、膠體、煤泥、雜質、鹽分等，產水水質能夠滿足工業生產需要。通過實際運行和改進，高含鹽量礦井涌水作為反滲透原水及工業生產用水，能夠實現長期、穩定運行，不僅實現了礦井涌水零排放，有利于環境保護，而且對日益緊張的化工生產用水提供了有利保障。

2016-06-24)