納濾技術在礦井回灌水處理中的應用

焦清衛

摘 要：本文結合納濾膜技術的特點，針對鐵礦采礦過程中排出的礦井水水質特點，根據實際工程應用情況，簡要介紹納濾膜技術在該礦井廢水處理中的應用效果，以便進一步探討和推廣該項新技術的應用。

關鍵詞：預處理；納濾；濃鹽水；回灌水；零排放

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A

隨著工業規模增長及原料需求量的增長，冶金行業所需要的鐵礦石需要量在不斷增加，而在鐵礦開采過程中，伴隨采礦過程產生大量礦井涌水，為保證安全生產，該水必須先排出礦井巷道，待開采完畢后，為避免地下水流失，再將這部分水回灌至地下，補充地下水位，但在此過程中，水質不可避免受到污染，因此，各地根據各自的情況，制訂了符合當地情況的礦井水回灌水標準。河北鋼鐵集團中關鐵礦正是基于這種情況，采用了納濾膜技術對回灌水進行處理，以達到河北邢臺地區要求的《地下水質量標準》GB/T14848-1993中規定的Ⅲ類地下水水質，從而回灌礦井。

1.項目情況

該項目在采礦過程中，地下最大涌水量為1000m3/h，采礦活動主要導致地下水懸浮物增多，此外還會引入少量固體顆粒物、硫酸鹽、溶解性總固體、氨氮等，對其他指標并不會造成太大影響。考慮到地下涌水提升至地表后首先經過機械攪拌澄清池處理，因此本工程將渾濁度、溶解性總固體及硫酸鹽作為主要去除對象，采用機械澄清池+多介質過濾+機械過濾+納濾+折點加氯消毒的處理工藝。地下涌水水質指標：渾濁度10.8NTU；有肉眼可見物；硫酸鹽718mg/L；溶解性總固體1206mg/L；總硬度753mg/L；氨氮1.07mg/L；pH8.47；鐵0.2mg/L；錳<0.05mg/L；總大腸桿菌未檢出；氟化物0.68mg/L；色度<5。回灌水水質采用《地下水質量標準》GB/T14848-1993中規定的Ⅲ類地下水水質。

2.納濾技術要點

納濾是介于超濾和反滲透的一種膜過濾技術，可以去除細菌病毒、大分子有機物、2價以上可溶鹽類等。其初期投資和運行成本較反滲透技術低30%左右。經過預處理單元處理的原水，經高壓泵增壓后進入納濾膜組件，由于納濾膜的選擇透過性能，水在高壓下可以透過納濾膜進入淡水側，而各種鹽份則隨高壓水流沖出，使水一分為二，從而達到鹽與水分離的目的。 納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。本工程采用HDNF-200 型納濾裝置6套，單套制水能力200m?/h，脫鹽率：≥70%（3年內） 水回收率：70%～75%。

3.回灌水處理工藝設施描述

3.1 原水提升泵

原水經機械澄清池，上清液自流進入原水池，由3臺提升泵，單臺泵的能力為2G350WFB-6AD1型無密封自吸泵，運行方式為開2備1。

3.2 預處理系統

預處理設備采用多介質過濾器進行處理，預處理設備能由PLC指揮反洗水閥及反洗氣閥的開閉，實現自動反洗。

多介質過濾器作用是去除水中的懸浮物、膠體雜質，是預處理的主要設備，降低水濁度，保證納濾膜表面的清潔與通暢。

本工程設計采用11臺DN3200多介質過濾器，其中1臺備用。

3.3 自清洗過濾器

自清洗過濾器用在多介質過濾器之后，納濾膜過濾設備之前。用來濾除經多介質過濾后的細小物質，以確保水質過濾精度及保護膜過濾元件不受顆粒物質的損壞。過濾精度等級為50μm，以保證后出水精度及保證后級膜元件的安全。

本工程設6臺自清洗過濾器，單臺設計出力Q=200m3/h；過濾精度：50μm；水的回收率：≥99.5%。

過濾器反洗根據壓差或過濾周期自動進行，工作和反洗狀態之間自動切換，控制系統具有定時、壓差、手動清洗功能及報警輸出，與計算機控制系統相聯。

3.4 納濾高壓泵

納濾膜元件對水中的離子具有選擇透過性，因而在納濾濃水側和產水側存在著滲透壓差，納濾膜是利用濃溶液側施加高壓來實現溶劑由高濃度向低濃度處流動的，外界施加的壓力通過就是由高壓泵來提供。

本工程設6臺單級臥式離心泵，Q=194m3/h，H=75m，N=75kW。高壓泵過流材質采用304不銹鋼、管道及附件的材料均采用304不銹鋼，密封方式考慮耐腐蝕，機械密封，水泵出口裝壓力開關，壓力高時報警及停泵。

3.5 納濾裝置

納濾膜元件的選型根據循環水的水質特點來選擇透水量大、脫鹽率高、化學穩定性好、抗污染性能好及機械強度好的膜，納濾膜元件選用進口海德能公司高脫鹽率的抗污染復合膜。

納濾膜選擇膜通量≤28Lmh。膜原件水通量不大于各膜元件制造廠商《導則》中規定的最大通量值。并選擇合理的排列組合，保證膜元件正常運行和合理的清洗周期。

納濾膜的使用壽命≥5年。

3.6 納濾系統儀表

系統配置測量點和在線儀表數量等滿足本系統安全、穩定、可靠運行的需要，供方在投標文件中說明系統配置在線儀表的清單和規格。

3.7 配備輔助設備

3.7.1 清洗系統：納濾膜在長期運行過程中，由于給水中含有的污染物質的污染而產生結垢，例如金屬氧化物的水合物、鈣鎂的沉淀物、有機物微生物污染等。這些污染物質在適當的操作條件下借助于化學藥劑的清洗方可有效去除，使膜的性能得到很好地恢復并能夠延長納濾膜的使用壽命。

3.7.2 沖洗系統：沖洗系統包括沖洗泵、電動閥、管道等。沖洗水泵兩臺，1用1備，用于納濾裝置停機沖洗，選用單級臥式清水離心泵。

3.8 納濾系統管道

納濾系統管道設計時避免死角，以防止生長細菌。管道采用304不銹鋼，低壓部分管道、法蘭、閥門均采用UPVC材質。其中納濾清洗管道擬采用襯膠或涂塑鋼管道。法蘭采用相應壓力等級標準的平焊凸面結構形式法蘭。

3.9 納濾產水脫氮消毒

根據礦井水水質報告，礦井原水中氨氮含量為1.07mg/L，而當地水務行政管理部門要求回灌水中氨氮含量達到地下水環境III類標準，即不得大于0.2mg/L。

折點氯化法是將活性氯通入水中，濃度達到某一點，在該點時水中游離氯含量較低，而氨的濃度降為零。當活性氯通入量超過該點時，水中的游離氯就會增多。因此，該點稱為折點。該狀態下的氯化稱為折點氯化。此方法脫氮率高、設備投資少、反應迅速完全，并有消毒作用。

3.10 回灌水泵

設計回灌水泵兩臺，采用變頻電機，用于將處理達標的回灌水打回礦井回灌。

3.11 濃鹽水利用

納濾技術能夠回收80%清潔水，為800m3/h，剩余20%為生產過程中產生的濃鹽水，即200m3/h，該部分濃鹽水中一部分用于礦山正常生產需要的各種循環、清洗、加濕等消耗水，剩余部分勾兌至清潔水中，勾兌量滿足勾兌后水質符合回灌水水質標準。

4.處理效果

經上述工藝流程處理后的水達到地下水質量標準》GB/T 14848-1993中規定的Ⅲ類地下水水質。

結語

隨著我國環保型、節約型經濟的發展，如何即保護環境，由達到預期經濟效益已成為我國經濟主流。中關鐵礦成功地將納濾技術應用于礦井水回灌工程中，為該技術在該領域的應用起到了標桿作用，符合我國發展新理念，具有較大的推廣意義。

參考文獻

[1]張紅芳.郭屯礦井水處理工藝分析[J].煤炭技術，2012（10）：86-87.

[2]王薇，等.納濾膜分離技術及其進展[J].工業水處理，2004（3）：5-8.