高礦化度礦井水井下深度處理技術研究

李 翠，陳永春，安士凱，徐燕飛，畢 波

（煤礦生態環境保護國家工程實驗室，安徽 淮南 232001）

礦井水的資源化利用是實現循環經濟、節能減排目標的重要基礎[1]。目前，淮南礦區礦井水主要為高氯化物型高礦化度礦井水，其中氯離子、溶解性總固體等含量較高，經地面凈化處理無法滿足井下配制乳化液用水等對水質要求較高的方面，必須進行相應的深度處理。在井下建立礦井水凈化處理站，并在井下將凈化后的礦井水向供水系統補水，從而減少礦井水抽排工作量和礦井水外排對環境造成的污染，降低礦井水提升費用，這是礦區發展循環經濟和實現可持續發展的重要環節[2]。

1 礦井水利用現狀

淮南礦區目前共有14對生產礦井，礦井水溶解性總固體普遍較高，一般在1 000～3 000 mg/L；氯化物含量在350～1 200 mg/L；硫酸鹽含量絕大部分小于250 mg/L，屬于較為典型的高氯化物型高礦化度礦井水。

礦井水現多以地面凈化處理為主，采用加藥混凝、澄清過濾工藝，出廠水濁度＜5 NTU，之后通過供水管網供到井下工作面。凈化處理只去除礦井水中的煤塵、泥沙等不溶性物質，對水中的溶解性鹽類沒有作用，因此用于井下配制乳化液時，必須進行深度處理，降低水中氯離子及溶解性總固體含量，使其達到《煤礦企業礦山支護標準——液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液》（MT76-2002）中有關標準要求，否則會影響乳化油的乳化性能，降低乳化液的防腐蝕及潤滑能力，并造成管路堵塞、結垢或腐蝕等。

2 處理技術

2.1 懸浮物去除技術

為了保持反滲透系統的設計性能和安全運行，保證膜的使用壽命，必須對原水進行適當的預處理，保證進入膜系統的水濁度小于3 NTU[3]。根據礦井水中顆粒物的粒徑分析，選用50 μm、20 μm、10 μm等級過濾介質對礦井水進行顆粒物的去除試驗研究。礦井水先經過50 μm濾材過濾，濾過液再經過20 μm濾材過濾，之后濾過液再經過10 μm濾材過濾，并分別測量濾過液濁度的試驗結果。可以看出待濾液依次過濾，過濾速度普遍提高，分別為快、快、較快；經過10 μm過濾后的濾過液濁度普遍降低，最高為1.8 NTU，最低為1.3 NTU，平均為1.53 NTU，濁度去除率為97.71%。據此推算，進水濁度在130 NTU以下時，均可以保證出水濁度小于3 NTU，滿足反滲透進水需要。

2.2 防垢技術

采用加藥阻垢的方法防止納濾/反滲透膜污染。根據RO系統要求，并考慮經濟適用的原則，最終確定Argo的MDC220阻垢劑加藥量為6.0 mg/L。藥劑投加采用一種新型無用電設備的加藥裝置，在脈沖氣流的推動下，加藥執行器將預定量的藥劑準確地投加進工藝流程，實現自動準確的阻垢劑投加[4-5]。

2.3 膜處理技術

礦井水經過濾介質去除懸浮物以后，投加6.0 mg/L的阻垢劑，然后進入納濾/反滲透技術單元進行處理。納濾/反滲透試驗采用定流量變壓力的試驗方法，進水流量為1 300 L/h，通過調節濃水側壓力實現淡水出水流量變化[6]?；厥章逝c脫鹽率的關系及最終處理效果如圖1所示。

由圖1可知，納濾系統對礦井水可溶性鹽類的脫鹽率較低，在25%～40%。其主要原因是淮南礦區礦井水所含的可溶性鹽類以鈉離子、氯化物等一價離子為主。由于納濾膜對一價離子的去除率較低，對氯離子單膜去除率僅20%左右，而對二價及以上離子有較高的去除率，達到95%，所以納濾處理出水總體電導率較高[7]。由圖2可知，反滲透系統對可溶性鹽類的脫鹽率較高，在87%～96%，效果相對明顯，對一、二價離子均保持95%以上的去除率，使得總含鹽量跟電導率均明顯下降。

圖1 納濾回收率與脫鹽率關系

圖2 反滲透回收率與脫鹽率關系

該礦井水井下深度處理工藝能夠滿足井下乳化液配制用水的要求，工藝運行穩定、可靠，抗沖擊負荷能力強，脫鹽率在95%以上。

3 結論

礦井水依次經過50 μm、20 μm、10 μm濾材過濾，過濾效果好，濾速較快、納污能力較強。進水濁度在130 NTU以下時，可以滿足反滲透進水需要。納濾對于水中的鈣離子、鎂離子、碳酸根和硫酸根等物質，處理通量高，操作壓力低[8]。但是對于水中的氯離子，納濾的去除能力較差，反滲透還是具有不可替代的作用。二者配合使用，將會具有可觀的比較優勢。