張帆 楊曉菡 鄭雪凌 張凱
摘 要:礦井水的處理與回用可以緩解礦區(qū)的用水緊張,并減輕煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)生態(tài)的破壞。本文主要針對(duì)高礦化度礦井水,結(jié)合工程實(shí)例總結(jié)其常規(guī)處理中主要的工藝與設(shè)備。在此基礎(chǔ)上,總結(jié)了礦井水處理與回用的新模式—井下處理及零排放中的主要工藝設(shè)備,及其在高礦化度礦井水的處理與回用中的利用。
關(guān)鍵詞:高礦化度礦井水;常規(guī)處理;井下處理;超磁分離;零排放
中圖分類(lèi)號(hào):X703.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2018)06-0001-02
煤炭作為我國(guó)的主要能源礦產(chǎn),由于其貯藏特點(diǎn),在開(kāi)采過(guò)程產(chǎn)生大量的礦井水。在煤炭資源豐富的西北部地區(qū),由于其干旱半干旱氣候的限制,水資源嚴(yán)重不足,對(duì)礦井水的處理與回用既可以防止礦井水對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的破壞,又可以回用為煤礦生產(chǎn)用水、煤炭洗選加工用水、生活用水等,緩解礦區(qū)的用水緊張。西北礦區(qū)主要為總含鹽量超過(guò)1000mg/L的高礦化度礦井水[1],其高效處理與回用對(duì)實(shí)現(xiàn)礦山排水—供水—生態(tài)環(huán)境保護(hù)三位一體發(fā)展[2]有重要意義。
1 高礦化度礦井水常規(guī)處理工藝
高礦化度礦井水的處理主要是去除懸浮物及脫鹽,完整的高礦化度礦井水的處理工藝流程一般包括緩沖調(diào)節(jié)、凈化處理及深度處理。
1.1 預(yù)處理
預(yù)處理階段主要通過(guò)自由沉淀去除礦井水中粒徑或比重較大的懸浮物顆粒,調(diào)節(jié)水質(zhì)水量,保證后續(xù)處理設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行[3]。礦井水處理站多采用預(yù)沉調(diào)節(jié)池作為預(yù)處理設(shè)備。
1.2 凈化處理
凈化處理可去除礦井水中的大部分的懸浮物,處理后的水可用作[1]選煤廠(chǎng)生產(chǎn)用水、礦區(qū)及廠(chǎng)區(qū)地面降塵灑水及地面沖洗水,或管道輸送作為景觀(guān)用水。
現(xiàn)較成熟的凈化處理工藝為混凝、沉淀、過(guò)濾工藝?;炷恋韀4]主要是利用絮凝劑水解產(chǎn)生的氫氧化鋁絮體通過(guò)電荷吸附作用吸附礦井水中的懸浮物及膠體,微絮體在助凝劑作用下聚集并沉降,進(jìn)而被分離去除。小回溝煤礦礦井水處理站[5]選用的旋流澄清凈水裝置同時(shí)實(shí)現(xiàn)了水力旋流及泥渣回流,增強(qiáng)了懸浮顆粒間的碰撞和吸附作用,加速絮凝并獲得較好的澄清效果。過(guò)濾機(jī)械截留沉淀出水中少量細(xì)小懸浮顆粒[4]。塔山煤礦礦井水處理站[6]選用多介質(zhì)過(guò)濾池,出水濁度低于1.0NTU,保證了深度處理過(guò)程中設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。
1.3 深度處理
礦井水經(jīng)凈化處理出水不能滿(mǎn)足礦區(qū)生產(chǎn)生活用水的水質(zhì)要求,特別是含鹽量。因此,深度處理后的關(guān)鍵是脫鹽,現(xiàn)有的脫鹽技術(shù)有:離子交換法、蒸餾法、電滲析法、反滲透法等。
反滲透法憑借其適用范圍廣、脫鹽率高的優(yōu)點(diǎn)成為國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段礦井水處理站應(yīng)用最為廣泛的脫鹽技術(shù)。其原理是借助半透膜在壓力的作用下進(jìn)行分離,在脫鹽的同時(shí)去除水中的細(xì)菌和病毒等。礦井水中所含的少量機(jī)械乳化油易造成反滲透膜的污堵[7],影響其運(yùn)行的穩(wěn)定性并縮短其使用壽命。因此反滲透工藝前可增設(shè)過(guò)濾和超濾,以去除水中的油類(lèi)和膠體物質(zhì)。為防止超濾池出水到反滲透進(jìn)水段的管路污染,可在反滲透前增設(shè)保安過(guò)濾器,截留水中粒徑大于0.5μm的細(xì)小微粒。如顧橋礦礦井水處理站[8],選用疊片過(guò)濾器去除水中懸浮物后,進(jìn)入超濾系統(tǒng)去除水中的有機(jī)物,保證超濾出水SDI小于1.0,超濾出水經(jīng)保安過(guò)濾器及高壓泵進(jìn)入反滲透機(jī)組,并在保安過(guò)濾器前加入阻垢劑,防止鈣鎂在反滲透膜前沉淀結(jié)垢。因此,顧橋礦礦井水深度處理設(shè)計(jì)如圖1。
其反滲透脫鹽率大于95%,最終出水TDS為24.94mg/L,濁度小于1.0NTU,可滿(mǎn)足國(guó)家《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的水質(zhì)要求。
深度處理出水水質(zhì)較好,可回用于[1]礦區(qū)生產(chǎn)生活用水及生態(tài)用水,如鍋爐補(bǔ)充水、廠(chǎng)區(qū)綠化用水和周邊生態(tài)恢復(fù)用水,亦可通過(guò)管道輸送作為工業(yè)園區(qū)企業(yè)生產(chǎn)用水及城市市政用水。
2 高礦化度礦井水處理與利用新模式
2.1 井下處理,就地復(fù)用
礦井水井下處理,就地復(fù)用憑借其礦井水升井量少,節(jié)約成本及建設(shè)用地等優(yōu)勢(shì)成為礦井水處理與利用新的發(fā)展方向。現(xiàn)有的井下處理技術(shù)主要有:采空區(qū)礦井水處理技術(shù),反滲透廢水井下處理技術(shù),廢水井下處理系統(tǒng)技術(shù)及井下超磁分離技術(shù)等[9]。其中超磁分離技術(shù)憑借其磁分離速度快,混凝藥劑投加量少,設(shè)備占地面積小,處理水量大及外排污泥濃度高等諸多有點(diǎn)成為礦井水處理與利用新技術(shù)[10]。
超磁分離技術(shù)[11]多選用稀土永磁體作為磁種,將其與混凝劑、助凝劑混合后投加值超磁分離混凝系統(tǒng),懸浮物快速形成以磁種為載體的“微絮團(tuán)”。微絮團(tuán)在磁盤(pán)所產(chǎn)生的大于重力640倍的磁力作用下快速實(shí)現(xiàn)固液分離。分離出的煤泥在磁分離磁鼓中分散,吸附回收其中的磁種,循環(huán)利用,磁種回收率高達(dá)99.4%。山西潞安漳村煤礦[12]選用超磁分離技術(shù),井下礦井水通過(guò)預(yù)沉池、格柵去除粒徑0.2mm以上的懸浮顆粒后,與井下生產(chǎn)用水一同進(jìn)入超磁分離系統(tǒng)進(jìn)行處理,可去除水體中97%以上的懸浮物質(zhì)及部分COD,其工藝流程如圖2。
在高礦化度礦井水的井下處理與回用中,應(yīng)考慮分質(zhì)供水。超磁分離系統(tǒng)出水滿(mǎn)足《煤礦井下消防、灑水設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50383-2006)井下消防灑水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),可直接回用。為滿(mǎn)足采煤機(jī)、液壓支架用水的水質(zhì)要求,可在超磁分離系統(tǒng)后增設(shè)深度處理裝置,對(duì)部分超磁分離系統(tǒng)出水進(jìn)行脫鹽處理。
2.2 零排放
現(xiàn)階段,煤炭開(kāi)發(fā)逐漸向大型煤炭基地集中,為滿(mǎn)足其用水需求及排放限值,實(shí)現(xiàn)礦井水的零排放[13]是現(xiàn)實(shí)的選擇。深度處理過(guò)程中產(chǎn)生的濃水,懸浮物含量低,鹽含量高,TDS高達(dá)10000~30000mg/L,濃水的處理與回用是實(shí)現(xiàn)零排放的重點(diǎn)與難點(diǎn)?,F(xiàn)階段,可首先對(duì)濃水進(jìn)行濃縮處理,得到TDS高達(dá)60000~80000mg/L的高濃鹽水后進(jìn)一步蒸發(fā)結(jié)晶,徹底固化高礦化度礦井水中的溶解性固體,離心分離得到工業(yè)產(chǎn)品級(jí)別的硫酸鈉和氯化鈉,以及少量經(jīng)過(guò)鑒定后可以作為一般固廢或者危廢填埋處理的雜鹽。
3 結(jié)語(yǔ)
(1)高礦化度礦井水的井上處理與回用技術(shù)與設(shè)備已經(jīng)較為成熟,可分為預(yù)處理、凈化處理、深度處理三個(gè)處理模塊。凈化處理及深度處理出水可以依據(jù)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)按需回用于礦區(qū)的生產(chǎn)、生活。
(2)超磁分離技術(shù)應(yīng)用于礦井水井下處理可快速高效的的去除水中的懸浮顆粒物,未來(lái)可將超磁分離技術(shù)作為凈化處理單元應(yīng)用于高礦化度礦井水的處理,并逐步實(shí)現(xiàn)礦井水井下分質(zhì)供水。
(3)礦井水處理與回用的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“零排放”。對(duì)于高礦化度礦井水而言,其深度處理中排放的高濃鹽水可增設(shè)濃縮、蒸發(fā)、結(jié)晶處理后達(dá)標(biāo)排放或回用,并回收工業(yè)鹽。
參考文獻(xiàn)
[1]苗立永,王文娟.高礦化度礦井水處理及分質(zhì)資源化綜合利用途徑的探討[J].煤炭工程,2017,49(03):26-28+31.
[2]周瑞.淺議煤礦礦井水資源化現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].能源與節(jié)能,2017,(01):94-95.
[3]張弘強(qiáng),袁治國(guó),盧憲路.棋盤(pán)井煤礦礦井水凈化處理與利用[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,2016,(03):49-54.
[4]王平.含懸浮物礦井水處理工藝[J].民營(yíng)科技,2017,(04):3.
[5]張?jiān)匆?小回溝煤礦礦井水處理站設(shè)計(jì)[J].煤炭工程,2017,49(03):22-25.
[6]王平.高濁度高懸浮物煤礦礦井水處理技術(shù)研究狀況[J].中國(guó)科技信息,2008,(13):74-75.
[7]楊建超,郭中權(quán).塔山煤礦礦井水處理利用工藝改造實(shí)踐[J].能源環(huán)境保護(hù),2016,30(04):41-43.
[8]肖艷,劉海東,郭中權(quán),蓋婧,符大利,毛維東,楊建超.超濾-反滲透工藝處理高礦化度礦井水設(shè)計(jì)與運(yùn)行[J].中國(guó)給水排水,2014,30(20):94-97.
[9]潘凌瀟,劉漢湖,何春東.顧橋礦礦井水深度處理:超濾+反滲透系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)礦業(yè),2013,22(06):47-50.
[10]馬文佳.礦井廢水井下處理新技術(shù)及工程應(yīng)用研究[J].低碳世界,2016,(32):101-102.
[11]李培云,李?lèi)?ài)民,許曉麗.超磁分離技術(shù)在井下礦井水處理中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2013,(s2):56-57.
[12]夏春雨,張馳,陳鑫.超磁分離水體凈化技術(shù)在煤礦中的研究及應(yīng)用[J].山東煤炭科技,2011(2):187-188.
[13]李保平.超磁分離技術(shù)處理礦井水在節(jié)能環(huán)保中的應(yīng)用[C]//2014煤炭工業(yè)節(jié)能減排與生態(tài)文明建設(shè)論壇論文集.2014.
[14]毛維東,周如祿,郭中權(quán).煤礦礦井水零排放處理技術(shù)與應(yīng)用[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2017,45(11):205-210.