高懸浮物和高礦化度礦井水資源化關鍵技術研究

李凌晉

(潞安礦業(集團)公司節能環保處，山西 襄垣 046204)

1 概述

煤炭在我國能源結構中占有非常重要的地位，對煤炭的開采則是煤炭利用的前提。礦井水是煤炭開采過程中產生的一種污染較其他工業污水輕的特殊廢水，經過合理的工藝處理，其具有很大的再利用性。礦井水的產生往往是由于在煤炭開采過程中，破壞了地下水巖層，導致地下水上涌，被巖石微粒和煤炭雜質污染后形成的。礦井水量大、污染輕，對其回收利用的程度直接決定著煤炭開采的經濟效益，合理的處理工藝研究具有重大的現實意義[1-3]。

2 礦井水中懸浮物粒度分析

為了說明礦井水沉淀工藝對其懸浮物的處理效率，對礦井水作粒度分析。對礦井水原水和沉淀1 h后的礦井水分別測試其懸浮物粒度，將測試結果繪制成圖進行對比，如圖1。

圖1 礦井水原水懸浮物粒度圖

由圖1可以看出，礦井水原水中45 μm的懸浮物顆粒占98%左右，其中大部分粒徑為1 μm～10 μm，這說明礦井水中懸浮物的主要成分是粒徑極為細小的煤粉和巖塵。由圖2可以看出，自由沉淀1 h后，大部分懸浮物顆粒可以實現沉淀去除，但對于粒徑在20 μm以下顆粒，自由沉淀去除效果并不明顯。

圖2 礦井水自由沉淀1 h懸浮物粒度圖

3 礦井水混凝試驗

目前，煤礦中對于高懸浮物礦井水，最常用的處理工藝組合為混凝-沉淀-過濾-消毒工藝。該工藝組合經過長期實踐，發現存在以下問題：在混凝工藝中，混凝劑和助凝劑的選擇過于陳舊，達不到預期效果，另外，混凝劑和助凝劑的加藥量過大或過小，也直接影響著混凝效果；水力條件(GT值)選擇不合理；污泥回收利用率低，回流效率低。

針對以上問題，篩選影響參數進行單因子試驗，將試驗結果進行對比分析后，找出最佳參數選擇。

由表1可知，本實驗選擇的礦井水的COD和SS值超出廢水排放標準要求數值，其中，SS含量已經超過1 000 mg/L，屬高懸浮物礦井水。

表1 礦井水原水水質分析結果

針對上面分析到的工藝問題，分別對PAC加入量、PAC種類、NPAC加入量和磁粉加入量4個參數對礦井水濁度的影響進行作圖，見第187頁圖3～圖6，通過試驗結果圖分析得出，該礦井水處理的最佳藥劑組合為PAC+NPAM+200目(75 μm)磁粉；藥量最佳投入量為PAC 80 mg/L，NPAM 1 mg/L，磁粉200目(75 μm)100 mg/L(其中，PAC為聚合氯化鋁，NPAC為非離子型聚丙烯酰胺)。

圖3 PAC投加量對濁度的影響

圖4 不同種類PAM對濁度的影響

圖5 NPAM投加量對濁度的影響

圖6 磁粉投加量對濁度的影響

4 高礦化度礦井水處理工藝設計

高礦化度礦井水與高懸浮物礦井水相比，其除了懸浮物含量高以外，還包含較高含量的溶解性總固體、無機鹽等雜質，水質情況比高懸浮物礦井水更差。高礦化度礦井水往往具有以下特點：懸浮物顆粒粒徑20 μm以下含量大，自由沉降效果不明顯；無機鹽雜質含量較高。針對該種礦井水的特點，本文設計一種能夠有效針對其雜質含量的處理工藝，即RO工藝法。

4.1 預處理技術

預處理可以在前期將一些容易處理的雜質進行處理，可以有效地降低后續處理單元的處理壓力，對后續處理原件起到保護作用。目前常用的預處理技術主要是加絮凝劑和助凝劑、保安過濾等方法，但是，該類預處理方法往往會出現預處理后的出水出現膠體和懸浮顆粒物，從而造成后續RO膜不可逆轉的膜污染。而超濾膜擁有較小的膜分離孔徑和較高的膜產水通量。經膜法預處理工藝后的出水SDI值能夠下降至1.9以下，濁度值下降至0.04NTU以下。因此，本設計的預處理單元采用超濾膜預處理技術。

4.2 RO工藝設計步驟

RO工藝的設計步驟分為以下幾方面：

1) 選取工藝處理原型：選定原水水質以及產水水質指標；

2) 設計處理模塊單元以及出水水質標準：針對處理水質原型，選定合適的處理模塊，并明確處理目標值；

3) 選擇核心處理膜元件。膜單元選型的主要依據是原水的含鹽量、原水水質和處理目標值；

4) 確定膜通量和系統回收率。膜通量和系統回收率的確定依據是礦井水雜質含量、難溶無機鹽的飽和指數、雜質種類以及含量；

5) 排列和級數。依照式(1)計算膜原件數量。

(1)

式中：Qp為礦井水處理單元產水量,L；J為單位面積水通量,L/m2；S為膜單元面積,m2；f為污染指數；Ne為理論膜元件數。

4.3 工藝流程

根據RO工藝設計步驟，設計如第188頁圖7工藝流程。

為了檢驗工藝處理效果，選取高礦化度礦井水進行處理試驗，其水質分析結果如第188頁表2。

表2分析可知，選取的礦井水符合高礦化礦井水水質特點，且滿足超濾工序的進水水質要求，滿足本工藝的試驗要求。經工藝處理后，水質指標如表3。

圖7 工藝流程圖

表2 礦井水原水及超濾進水水質說明

表3的指標要求滿足了一般工業廢水的排放要求，說明該工藝的處理效果滿足設計要求。

表3 處理完成后出水水質指標

5 結論

針對高懸浮物和高礦化礦井水的水質特點，分別設計了處理工藝，并通過實驗數據說明了工藝的技術可行性，在相關處理行業值得推廣和應用。