淮南矿区高矿化度矿井水淡化工艺实例.pdf

淮南矿区高矿化度矿井水淡化工艺实例 杨利 1， 2 吴翔 1 梁汉东 2 1. 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院， 北京 100083; 2. 煤炭资源与安全开采国家重点实验室， 北京 100083 摘要 为充分利用水资源， 提高矿井水回用率， 淮南矿区谢桥煤矿对高矿化度矿井水进行淡化处理。根据现场运行数 据、 现场试验， 简述了高矿化度矿井水应用反渗透 RO 工艺过程和淡化技术要领。工程运行结果表明 反渗透工艺在 煤矿高矿化度矿井水淡化处理中产生了良好的经济、 社会和环境效益。 关键词 高矿化度; 矿井水; 淡化处理技术; 反渗透; 环境效益 THE EXAMPLE OF DESALINATION PROCESS OF PIT WATER WITH HIGH MINERALIZED RATE IN HUAINAN MINING AREA Yang Li1， 2Wu Xiang1Liang Handong2 1. College of Geoscience and Surveying Engineering of China University of Mine and Technology，Beijing 100083，China; 2. The State Key Laboratory of Coal Resources and Mine Safety，Beijing 100083，China AbstractA desalination of pit water with high mineralized rate is carried out in Huainan Mining Area in order to make full use of water resources ＆ improve the rate of mine drainage reuse. According to the site data on operation and site experiments， it is described briefly that the main points and steps of desalinating pit water with high mineralized rate using reverse osmosis ROprocess. The operations show that good economic，social and environmental benefits have been got when RO process is used to treat pit water with high mineralized rate in a coal mine. Keywordshigh mineralized rate;pit water;desalination treatment technology;reverse osmosis;environmental benefits 0引言 淮南矿区位于华东经济发达区， 安徽省中北部， 东西 长 约 100 km，南 北 倾 斜 宽 约 30 km，面 积 约 3 000 km2。 煤炭储量丰富， 总储量占安徽省的 74 ， 华东地区的 50 。淮南矿业集团谢桥煤矿建矿以来 工业广场生产和生活用水主要靠抽取地下水， 每天消 耗深井地下水资源7 000 m3， 不仅造成职工生活用水 紧张， 而且也增加了成本。随着千万吨级矿井的建 设， 矿井水资源供需矛盾更加突出。因此， 高矿化度 矿井水资源化利用不但能够减少地下水的抽采， 充分 利用水资源， 而且能够取得良好的经济、 环境和社会 效益。 1矿井水水质 目 前，谢 桥 矿 井 实 际 涌 水 量 平 均 约 为 8 000 m3/d。 检测矿区地下 － 440 m水平灰岩水的各 种主要离子含量见表 1。 表 1矿井水主要离子含量 mg/L ρ Na ρ Ca2 ρ Mg2 ρ Clˉρ HCOˉ3ρ SO2ˉ 4 915. 9846. 1120. 211 039. 83321. 72334. 57 矿井水中总硬度 以 CaCO3计 为198. 34 mg/L， 总碱度 以 CaCO3计 为289. 74 mg/L， 可溶性总固体 为2 727. 9 mg/L， 为含盐量、 氯离子严重超标的高矿 化度矿井水。井下矿井水中悬浮物经过加药沉淀、 砂 滤处理后， 浊度可降到 5NTU 以下， 再进入反渗透系 统进行淡化处理。进入反渗透装置的矿井水实际监 测含盐量为3 000 ～ 3 800 mg/L， 超过矿井含水层 灰 岩 涌出的灰岩水的含盐量， 说明矿井水含有来自于 煤和矸石的大量离子。 2矿井水深度处理工艺选择 与其他淡化处理技术相比， 反渗透法有适用范围 广、 工艺简单、 脱盐率高 97 、 产水率高 70 ～ 80 、 操作管理方便、 工艺技术先进可靠、 运行稳 4 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 定、 出水水质好， 可实现自动化控制， 避免二次污染等 优势， 在电渗析和反渗透两种深度处理工艺中， 优先 选择后者 ［ 1］。因此， 采用反渗透法对高矿化度井水 淡化处理虽然一次性投资较高， 但经过技术经济比 较， 是最为经济和切实可行的。 2. 1反渗透处理工艺流程 反渗透处理分为预处理和反渗透装置淡化处理 两个主要阶段， 高矿化度矿井水经常规加药沉淀、 砂 滤处理后由原水泵提升， 依次经过瓷砂过滤器、 精密 过滤器、 保安过滤器预处理， 水质指标污泥密度指数 SDI 5， 方可通过高压泵进入反渗透装置 ［ 3］。反渗 透装置出水中产水进入纯水池供工业广场生产和生 活， 浓水进入集水池供选煤厂生产和矸石山冲扩堆。 工艺流程见图 1。 图 1反渗透处理工艺流程 2. 2预处理 反渗透膜主要用于去除溶解固体。如果进水含 有悬浮固体， 这些悬浮固体会被膜元件截留并有部分 会累积在元件内部， 膜元件因此受到污染。因此， 膜 过滤前的预处理过程十分重要， 它能防止膜表面发生 污染和结垢， 防止膜承受物理和化学损伤， 有效发挥 膜过滤的效率， 延长使用寿命 ［ 4］。 2. 2. 1瓷砂过滤器 瓷砂过滤器是向上流多介质过滤器， 过滤器的最 下层0. 5 m为较粗大的砂石， 主要截留较大的颗粒物 质， 中间1. 0 m为石英砂， 用于截留和吸附较小的颗 粒物质， 最上层0. 7 m为瓷砂， 能够较好地吸附细小 颗粒和胶体物质。根据现场试验， 当进水和出水压差 超过 0. 2 MPa 时， 应该对瓷砂过滤器进行反冲洗， 以 保证处理效果。 2. 2. 2精密过滤器 精密过滤器采用 5 ～ 10 μm孔径的滤芯， 目的是 去除瓷砂过滤器没能过滤的细小颗粒， 减小保安过滤 器的过滤负荷。当瓷砂过滤器对细小颗粒截留效果 差， 特别是水中含有大量胶体物质时， 精密过滤器负 荷冲击大， 更换间隔缩短。当压差在 0. 1 ～ 0. 2 MPa 时， 应更换滤芯。 2. 2. 3保安过滤器 保安过滤器使用5 μm微纤维聚丙烯熔喷深度过 滤滤芯， 可很好地截留5 μm以上的悬浮物和胶体， 保 证反渗透装置进水 SDI 5， 是进入反渗透装置的最 后保障。在饮用水等特殊行业， 为了防止微生物生长 通 常 按 时 间 更 换， 且 这 个 时 间 应 确 保 压 差 不 超 过0. 1 MPa。 2. 3反渗透淡化处理 谢桥煤矿矿井水淡化处理工艺采用一级两段反 渗透系统， 由两个膜组件并联在一起， 所有组件的产 水汇集到产水总管中; 组件的浓水汇集到浓水总管 中， 浓水可直接排放， 也可部分循环 回到高压泵入 口 。反渗透淡化系统是整个工程的核心， 在该系统 的设计过程中， 参考了国外先进技术和工程经验。高 压泵为 反 渗 透 膜 组 件 提 供 足 够 的 压 力 2. 5 ～ 4 MPa ， 使膜元件中的高矿化度水分离。 反渗透膜为系统的心脏， 谢桥煤矿矿井水淡化处 理反渗透膜采用管式聚酰胺复合膜， 具有酸碱适应范 围大 pH 值 6 ～ 9 、 处理量大、 除盐效率高、 化学稳定 性好等优点。系统回收率为 70 左右， 产水电导率 为 30 ～ 70 μs/cm， 产水量为5 000 m3/d。 当产水和进 水压差超过1 MPa时， 需检查膜元件是否污堵。 2. 4控制系统 自动控制系统是以微处理机为基础的由上位机 监控系统、 PLC 自控系统、 在线检测传感等组成的自 动控制系统， 与现场自动加药仪表， 现场控制设备相 连， 实现对整个工艺系统的检测、 控制、 报警、 联锁及 事故处理等功能。自控系统对反渗透装置进行自动 顺序控制， 并可实现手动控制、 自动控制、 半自动控 制， 反渗透系统的启停操作可由 PLC 实现顺序控制， 也可在控制室通过工控机的键盘对反渗透系统的每 一个设备进行手动单操。 为确保系统自动、 安全、 稳定运行， 对工艺和控制 技术采取如下措施 1 高压泵前、 后分别设置低、 高压开关， 当给水 流量和压力出现反常时， 系统应自动联锁报警、 停机、 以保护高压和反渗透膜元件。 2 为防止高压泵突然启动升压产生水锤， 对反 渗透膜元件造成冲击破坏， 高压泵采用变频器供电， 给水时高压泵慢慢开启， 以防止发生水锤， 损坏膜 元件。 5 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期 3 反冲洗系统， 一旦反渗透装置停止运行， 及时 启动淡水冲洗系统， 置换出反渗透膜组件中的浓水， 以防止加入阻垢剂产生的亚稳定状态和微溶盐在停 留期间出现沉淀。 4 为防止操作人员误操作， 系统在实施每一步 实际操作时， 程序画面都要提示操作人员进行两次确 认。确认正确后， 系统才可投入运行。 3经济效益分析 3. 1高矿化度矿井水处理成本 矿井水淡化处理成本见表 2。 表 2淡化处理成本 元 /t 工资福利费电费药剂费材料费维修维护费折旧费摊销费管理费合计 0. 210. 0420. 50. 1620. 3430. 0680. 2860. 030. 0511. 692 3. 2经济效益 将矿井水处理后作为生产用水和生活用水， 可节 省抽取地下水费用， 免交排污费和水资源费 ［ 5］。谢 桥煤矿每天供水4 800 m3， 成本 1. 45 元 /m3， 因此每 天可减少支出6 960元。由于直接供给除盐水给锅炉 房， 锅炉房离子交换设备再生周期大大延长， 水处理 成本约可降为目前水平的 1 /10。从经济角度来看， 高矿化度矿井水淡化处理成本较高， 但远远低于城市 自来水价格。 4注意事项 反渗透膜的选择应充分考虑被处理水的用途、 含 盐量、 悬浮物的性质和微生物量， 使用膜元件软件选 择时应全面了解现场水质特点， 最好由专业水处理工 程师选择。使用中， 要注意微生物污染对膜的损害， 该危害是不可逆的， 且会影响产水中微生物含量。对 阻垢剂的加入应按照加药曲线选择最优加药量， 防止 膜元件结垢而影响产水。膜元件的维护和反冲洗应 该按照设计要求和现场情况适当调整。当进水压力、 产水压力和浓水压力出现较大变化时， 应及时查明 原因。 水处理成本较高， 推广运用中经济效益不是很明 显。但作为循环经济和节能减排项目应争取国家的 政策和资 金 支持， 走 出一 条 能 够 广 泛 推 广 的 示 范 道路。 反渗透技术是国内外先进的水处理工艺， 技术含 量较高， 需要有相关专业背景和技术知识的技术人员 进行管理和运行。操作和维修工人应具备一定的文 化水平和业务素质， 通过培训能够独立操作运行。 5结束语 淮南矿业集团谢桥煤矿矿井水处理厂采用反渗 透 技 术 作 为 淡 化 处 理 工 艺， 处 理 后 的 产 水 满 足 GB5749 － 2006 生活饮用水卫生标准 ， 可作为矿井 生产用水和生活用水; 产生的浓水回用为选煤厂生产 和矸石山冲扩堆。矿井水利用率大幅提高， 淡化处理 技术运行可靠。矿井水淡化处理后用于生产和生活， 节约水资源， 有很好的经济效益。同时具有保护水资 源、 改善区域生态环境， 防治附近水体污染的良好环 境效益。同时， 对提高矿区及附近居民生活质量将起 到很大的促进作用， 具有较显著的社会效益。 参考文献 ［ 1］ 陈震. 水环境科学［M］ . 北京 科学出版社， 2006. ［ 2］ 李甲亮， 姜军， 王亚博. 煤矿矿井水资源化与循环经济［J］ . 能 源环境保护， 2004， 18 1 20- 22. ［ 3］张葆宗. 反渗透水处理应用技术［M］ . 北京 中国电力出版社， 2004 80. ［ 4］ 周正立. 反渗透水处理应用技术及膜水处理剂［M］ . 北京 化 学工业出版社， 2005 52. ［ 5］曹祖民， 周如禄， 刘雨忠， 等. 矿井水净化及资源化成套技术与 装备的开发［J］ . 能源环境保护， 2004， 18 1 37- 40. 作者 通 信 处杨 利100083中 国 矿 业 大 学 北 京 宝 源 公 寓 B1- 10015 电话 010 51733085 2009 － 03 － 19 櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅 收稿 新书出版信息 工业除尘设备 设计、 制作、 安装与管理 ， 主编姜凤有， 152 万字。本书共分两篇 第一篇重点介绍工业除尘设备设计总 则和机械式除尘器、 袋式除尘器、 湿式除尘器、 静电除尘器、 除尘器壳体结构设计与输灰设施的设备设计; 第二篇分别介绍设备制 作、 设备安装、 设备验收、 设备运行和技术经济， 并按工作需要附录有工业气体特性、 工业粉尘特性和排放标准等技术资料。该书 每册售价 170 元 含邮资 ， 若需购此书的单位和个人， 请与环境工程 编辑部联系。 1 银行汇款 开户银行 中国工商银行北京北太平庄支行 户名 中冶建筑研究总院有限公司 帐号 0200010019200071570 请注明 “购书” 2 邮局汇款 北京海淀区西土城路 33 号 环境工程 编辑部 100088 3 联系电话 010 82227638; 传真 010 82227806 6 环境工程 2010 年 4 月第 28 卷第 2 期