雙膜法集成工藝在井下高礦化度礦井水處理中的應用

虎曉龍，李小龍，武書泉，宋喜東，邸衛猛，王志慧，趙 雷，崔永紅

(1.國家能源集團寧夏煤業公司靈新煤礦，寧夏 靈武 751410；2.中煤(北京)環保工程有限公司，北京 100013)

我國煤礦礦井水的綜合利用率低，傳統處理煤礦礦井水的工藝設置在地面，占地面積大、投資費用高，礦井水經提升至地面處理后又回用于井下，工藝環節多、能源浪費高，預處理過濾膜、反滲透膜的“雙膜法”處理工藝尚未應用在井下。

在《關于煤炭工業“十三五”節能環保與資源綜合利用的指導意見》中提出：推動礦井水產業化，提高礦井水利用率，加強水資源節約、保護和循環高效利用；煤礦生產、生活用水應優先使用礦井水，條件具備的地區應主要采用礦井水作為第一水源。

隨著礦區水資源日益緊缺，礦井水的資源價值越來越受到重視，特別是在缺水礦區，礦井水已成為主要的工業生活用水水源，建設高效、低耗的煤礦礦井水處理系統工程已經成為煤礦必不可少的工作環節，并在煤礦生產中起著重要的作用。

1 推動礦井水井下處理的必要性分析

(1)減少清倉次數，降低勞動強度，降低清倉成本。

(2) 減少主排水泵及管路的磨損，降低能耗，降低運行成本。

(3)增強井下用水可靠性，簡化供水環節，降低供水成本。

2 高礦化度礦井水井下處理的難點

(1)傳統處理工藝占地面積大，礦建投資費用高。

(2) 傳統處理工藝設備尺寸不符合井下復雜的地質工況條件，設備設置存在局限性。

(3) 深度處理產生的濃鹽水無法在井下處理。

3 井下雙膜法集成工藝

某次實地取樣化驗本項目的井下礦井水水質指標如表1所示。

3.1 設計規模

根據在不同時段、多次實地觀測待處理的井下礦井水的來水量，并留有一定富余量，本項目的水處理設計規模定為550 m3/h。

3.2 產水水質要求

處理后的礦井水作為生活飲用水、井下消防灑水、井下黃泥灌漿用水、工業場地消防用水、綜合辦公樓自噴消防用水、工業場地綠化及工業用水水源。產品水水質需達到生活飲用水衛生標準。

表1 本項目井下礦井水水質實測結果

3.3 項目處理廢水水質分析

本項目處理廢水(原水)主要為采礦區采煤廢水，水質如下。

3.3.1 懸浮物SS含量、濁度等超標

原水水質一般情況下SS含量為1 000 mg/L，不同時期排水濃度也有很大差異，水質不穩定期間SS含量會超過2 000 mg/L，甚至更高。

礦井水中構成懸浮物SS的主要是煤屑、巖粉、粘土等細小顆粒物，尤其是煤粉，懸浮物穩定性好、不易脫穩沉降。由于受到煤、廢機油、乳化油等污染，礦井水中還含有一定量的油類。

3.3.2 離子濃度超標

原水水質中鈣、鎂、鈉、鋁、硼、氟化物、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度等指標超標。礦井水礦化度為5 742 mg/L，為高礦化度礦井水。

3.4 水處理工藝

水處理工藝采用(直濾+反滲透)的“井下雙膜法”集成工藝，分為柔性陶瓷直濾膜撬裝設備處理單元和反滲透膜撬裝設備處理單元兩部分。原水經直濾設備過濾去除懸浮物后，經反滲透設備進一步濃縮產生純水。濃水排至濃鹽水庫封存，產水供至產品水池復用。

3.5 工藝流程描述

3.5.1 柔性陶瓷直濾膜撬裝設備處理單元

來自三采區、四采區、五采區的礦井涌水以及一采區主斜井膠帶巷的地面沖洗水分別沿地溝匯集自流至沉淀池，分別經渣漿泵提升至旋分除固系統進行處理，去除粒徑大于0.2 mm的顆粒，產水沿1050大巷地溝(見圖1)與六采區井底水倉管道來水匯集后自流至預沉調節池；一采區風井、一采區副井、一采區四區段礦井涌水及一采區南翼采空區回流水等其他礦井水沿地溝匯集自流至清水池。

預沉調節池及清水池內的礦井水經提升泵提升供至直濾設備，去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌等大分子物質后，產水經管道自流至直濾產水池；直濾設備的錯流水通過地溝自流至預沉調節池；直濾設備產生的污泥水、化學清洗水沿地溝自流至污泥暫存池，最終經泵排至+1045標高的一采區南翼采空區，污泥水經采空區自然過濾、截留后，又與其他礦井涌水匯合沿地溝自流至清水池。工藝流程見圖1。

圖1 柔性陶瓷直濾膜撬裝設備處理單元工藝流程

3.5.2 反滲透膜撬裝設備處理單元

直濾產水池內的清水由原水反滲透供水泵提升，依次經過保安過濾器過濾、高壓泵增壓后供至原水反滲透設備，脫除水中大部分的鹽分，產生的純水經管道收集并自流至純水產品水池，產生的濃水經管道收集自流至濃水池。

濃水池內的濃水，由納濾除硬供水泵提升，經保安過濾器過濾、高壓泵增壓后，供至納濾除硬設備進行軟化，軟化產水經管道收集自流至軟化水池，產生的濃水經管道收集自流至濃鹽水池。

軟化水池內的軟化水，由濃水反滲透供水泵提升，經保安過濾器過濾、高壓泵增壓后，供至濃水反滲透設備進一步脫鹽處理，以提高產水率。濃水反滲透設備產生的純水經管道收集與原水反滲透產水匯合并自流至純水產品水池；產生的濃水經管道收集自流至濃鹽水池，與納濾除硬設備產生的濃水匯合，最終經濃鹽水泵提升至一采區北翼采空區的濃鹽水庫進行封存。原水反滲透設備、濃水反滲透設備的不合格產水、沖洗水、化學清洗加藥箱廢水均排至地溝，自流至預沉調節池。

井下礦井涌水經深度處理后，產生的純水儲存在產品水池內，一部分井下回用，另外一部分供至地面回用。事故時，根據水池內的液位儀與管道自動閥聯動排至原井下副水倉，產品水池溢流水排至原井下主水倉。工藝流程見圖2，各工序雜離子質量濃度變化見表2。

圖2 反滲透膜撬裝設備處理單元工藝流程

表2 水處理工藝各階段的水質 mg/L

4 結 語

(直濾+反滲透)的雙膜法集成工藝應用在高礦化度礦井水井下處理中，大大減少了占地面積，節省了礦建投資費用；通過對水處理設備尺寸的優化，很好地適應了井下復雜的地質工況條件；直濾處理設備的污泥水經采空區自然過濾截留，省掉了傳統的壓濾工藝，反滲透設備產生的濃水封存在采空區，無需傳統的蒸發結晶，減少了工藝環節，很好地解決了濃鹽水的去向問題，降低了投資，降低了運行成本；通過對反滲透工藝的優化，提高了產水率。

綜上所述，(直濾+反滲透)的雙膜法集成工藝應用在高礦化度礦井水井下處理中，有很大的參考意義和推廣價值。