高礦化度礦井水處理技術概述

王 玉

（中煤科工集團西安研究院有限公司 陜西西安 710054）

1 水質特點

含鹽量大于于1000mg/L的礦井水稱為高礦化礦井水，我國煤礦高礦化度礦井水含鹽量在1000～3 000 mg/L。有些甚至高達10000 mg/L 以上。礦化度主要來自于 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子[1]。

2 主流處理工藝

降低礦化度的方法稱為脫鹽。按照工作原理，分為膜法、離子交換法、熱法、蒸發和冷凍法。主流的濃鹽水零排放處理工藝如下圖1。根據統計，以反滲透為代表的膜法，已占據全球鹽水脫鹽技術的59.85%[1]。下文以膜法為主介紹濃鹽水零排放的處理工藝。

圖1 主流濃鹽水零排放處理工藝流程

3 脫鹽系統

脫鹽系統包括預處理工藝及脫鹽工藝。

3.1 預處理系統

預處理工藝目的是保障脫鹽工藝長期穩定、高效運行。去除可能造成膜結垢的鈣鎂離子，及可能堵塞膜孔的懸浮物，預處理工藝通常包括除硬、過濾工藝。

3.1.1 化學除硬

化學除硬，通過投加沉淀藥劑，使之與溶解性鹽類形成難容固體，然后通過固液分離去除的方法。常用化學藥劑石灰，有時輔以純堿、石膏等，該方法穩定性較差，適用于進水礦化度較高，且對產水水質要求較低的情況。

3.1.2 離子交換法

離子交換法是指，用離子交換樹脂上的溶解性離子（常用Na和H離子）將水中硬度成分（Ca2+和Mg2+）交換去除的方法。但該方法在水量大，水質條件差的情況下不適用。

3.2 脫鹽系統

目前常用的脫鹽工藝為電滲析、反滲透。

3.2.1 電滲析

電滲析脫鹽是將含鹽水通過電滲析器，水中的陰陽帶電離子在電場的作用下定向正負兩級遷移，遷移過程中會通過具有選擇透過性能離子交換膜，即陽膜只能透過陽離子，陰膜只能透過陰離子，結果形成交替的淡水室和濃水室，分別得到脫鹽淡水和濃縮鹽水。電滲析技術主要應用于進水含鹽量在500mg/L～4000mg/L的情況，脫鹽效率高，缺點是不能去除水中的有機物和細菌且設備運行能耗較大，不適用于水量大的廢水處理[2]。

3.2.2 反滲透

反滲透是在外界壓力為驅動力的條件下，僅使水分子通過反滲透膜，其他物質留在另一側的處理工藝。是它可有效地去除水中的無機鹽、低分子有機物、病毒和細菌。反滲透可處理含鹽量在3000～10000mg/L的含鹽廢水，其預除鹽率在95%～98%，終端出水水質穩定，品質較好，進口R O膜元件可穩定運行3a以上。反滲透脫鹽技術已在我國高礦化度廢水脫鹽除了中廣泛應用。預防反滲透膜結垢是其應用中的難題。若進水含鹽量8000～10000mg/L時，需增加除硬的預處理工藝。

4 零排放系統

濃鹽水處理終端，為結晶工藝，通過該工藝實現濃鹽水的零排放。濃鹽水結晶工藝主要有傳統多效蒸發器及機械蒸汽再壓縮循環蒸發器。

4.1 傳統多效蒸發器

多效蒸發器是將多個蒸發器串聯運行的工藝，多次利用蒸汽熱量，從而提高能量的利用率。

技術局限性是在蒸發濃縮的熱交換器的管束結垢嚴重，操作不方便、且熱能損失大，運行費用高。目前，主要通過廢水軟化、甲酸調節PH等方法控制結垢。該工藝運行成本約85～130元/t，投資成本約 120～160 萬元/t，均較高[3]。

4.2 機械蒸汽再壓縮循環蒸發器（MVR蒸發器）

該設備采用低溫與低壓汽蒸技術和清潔能源為能源產生蒸汽，將媒介中的水分離出來，是目前國際先進的蒸發技術，缺點不適用于較大規模水量。該工藝投資成本約220萬元/t，運行成本35～65元/t，投資成本約220萬元/t，較傳統蒸發器高[4]。

結語

隨著環保標準的嚴格，廢水零排放已成為解決煤礦水資源短缺與廢水外排污染環境兩難局面的利劍。高礦化度廢水由于其產量大，水質差，處理成本高等問題，成為煤礦水處理行業的難題。根據一些學者的研究，類比神東礦區地下水庫工程，將高鹽廢水存儲于密閉采空區的可行性，成為煤礦水處理領域關注的焦點及熱點。