反滲透系統在高礦化度礦井水處理中的應用

耿興福

（中煤科工集團西安研究院有限公司，陜西 西安 710054）

隨著煤礦的開采，對地下水造成了不同程度的破壞及浪費。陜西地區水資源貧乏、生態環境承受能力較差，礦井水多為高礦化度，無法用于井下生產和生活用水。目前，礦井水主要通過“混凝沉淀+過濾”的工藝處理后直接外排，造成了水資源的浪費及土地的鹽漬化。為提高礦井水資源化利用，陜西彬長礦區某煤礦在原礦井水處理工藝中增加脫鹽處理工段，以滿足選煤廠補水、井下生產、消防用水、瓦斯電廠等生產用水。脫鹽處理的主要方法有化學法、離子交換法、熱力脫鹽法、電滲析和反滲透法。反滲透法具有能耗低，占地面積小，設備運行穩定等優點，是目前應用最多的方法。

1 反滲透系統工藝

處理后的礦井水經過提升泵提升后，分別經過錳砂過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器，過濾后的水通過高壓泵進入反滲透裝置，純水經過消毒后進入回用水池，作為生產用水，濃鹽水進入濃鹽水池后用作黃泥灌漿用水。工藝流程如圖1 所示。錳砂過濾器主要用于去除水中鐵銹、懸浮物等雜質，使出水濁度小于0.5NTU，含鐵量小于0.05mg/L，SDI ≤3。活性炭過濾器利用活性炭的吸附性能，去除水中的余氯、有機物、細菌等物質，使出水余氯≤0.1mg/L，滿足反滲透膜的給水要求。錳砂過濾器、活性炭過濾器均具有反洗功能，通過控制閥進行反洗，以沖洗掉其表面的污物，防止其堵塞，恢復其處理能力。還原劑作用為將水中的余氯還原，防止膜元件氧化造成不可恢復的傷害。阻垢劑作用為有效分散碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣等物質的結垢，防止在膜元件表面造成污堵。保安過濾器作用為防止過濾器內的泄漏的濾料以及未能完全濾除的懸浮物質進入膜系統。隨著反滲透膜的運行，礦井水中的某些組分將沉積在膜的表面，導致運行壓力損失增加，膜通量降低，產水量隨之下降。為保證后期運行正常，延長反滲透膜的使用壽命，反滲透設備配套清洗系統。

圖1 反滲透系統工藝流程圖

2 反滲透裝置膜的選型

反滲透裝置由膜元件、膜殼、支架等組成。裝置的核心組件為反滲透膜，利用反滲透膜的特性除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機物及微生物。反滲透膜有CAB 膜和CPA 膜兩大系列，CAB 膜的特點為表面光滑，微生物不易在其表面吸附，脫鹽率為95%～98%，進水要求pH 為5 ～8，溫度<35℃，適用于處理難度大的污水；CPA 膜的優點為脫鹽率≥99%，給水壓力低，膜使用周期長，進水要求pH 為4～10，溫度<45℃，適用于水質較好的水。因礦井水經過前段的過濾，處理后的礦井水懸浮物一般≤30mg/L，考慮水質及經濟因素，適合選用CPA 膜，該反滲透裝置采用美國陶氏BW30-400FR 型反滲透膜。

3 反滲透系統設計

3.1 系統主要技術指標

（1）處理能力：300m3/h。

（2）進水水質：礦化度≤3500mg/L。

（3）設備性能：脫鹽率≥99%；產水率≥75%。

（4）出水標準：電導率≤200μS/cm（25℃）；礦化度≤100mg/L。

3.2 系統組成及參數

3.2.1 錳砂過濾器

處理能力：80m3/h，數量：4 臺；材質：碳鋼內襯膠。

3.2.2 活性炭過濾器

處理能力：80m3/h，數量：4 臺；材質：碳鋼內襯膠。

3.2.3 保安過濾器

處理能力：150m3/h，數量：2 臺；材質：304 不銹鋼，單臺3 只濾芯，過濾精度5μm。

3.2.4 高壓泵

型號：南方CDL200-40，數量：2 臺，流量：160m3/h，揚程150m，功率：110kW，過流部分材質：316 不銹鋼。

3.2.5 反滲透裝置

出水量：110m3/h，數量：2 臺，單臺配膜元件150 只，膜殼（壓力容器）：25 支。反滲透膜采用一級二段排列，設置段間增壓泵。

3.2.6 加藥裝置

還原劑加藥裝置及阻垢劑加藥裝置采用一箱兩泵，配帶攪拌器。

3.2.7 清洗裝置

清洗水箱1 臺，清洗水泵1 臺，沖洗水泵1 臺，清洗過濾去1 臺。

3.2.8 控制系統

系統控制方式可實現手動控制和自動控制，設置集中控制柜和就地控制柜。全自動控制通過PLC 可編程序控制器集中顯示并自動控制所有設備的運轉情況。設置事實在線監測系統，就地和遠程顯示系統流量、運行壓力等信息。

4 系統運行效果

反滲透系統根據設計要求，除化學清洗、加藥外，系統能夠實現全自動運行，自動化程度高。反滲透系統投運后，原礦井水處理站運行人員即可滿足運行要求，未增加人工成本。系統運行正常后，根據反滲透系統運行記錄，出水水量維持在240m3/h 左右，產生率>75%。經過水質檢測，反滲透系統進出水水質如表1 所示。除鹽率、電導率、礦化度均達到出水指標要求，能夠滿足煤礦生產用水要求，實現了該煤礦礦井水零排放。

表1 反滲透系統進出水水質指標

5 經濟效益分析

根據反滲透系統運行統計，該煤礦反滲透系統每噸水處理成本為3.54 元，系統未投運前，取水成本為3 元。按照《陜西省水資源稅改革試點實施辦法》，該煤礦所在地區水資源稅為1 元/m3，每噸水節約0.46 元，每年產生經濟效益120.88 萬元。

6 結語

反滲透系統運行自動化程度高，工藝合理，系統產水率，除鹽率、電導率、礦化度均達到技術指標要求，能夠滿足煤礦生產用水要求。系統投運后，運行成本雖然增加，但綜合成本相對較低，礦井水資源的綜合利用，有深遠的社會意義。