反滲透技術(shù)在高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用

摘 要：石槽村礦井水處理，采用RO-75Z型反滲透裝置，優(yōu)化原有的RO-50Z型反滲透裝置，處理后的水質(zhì)滿足礦區(qū)的生產(chǎn)及生活用水標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)由于反滲透裝置的濃水壓力比較高，如果直接排放將浪費(fèi)大量電能，采用能量回收裝置將濃水的較高能量轉(zhuǎn)移到一段濃水中，增加二段進(jìn)水壓力，替代增壓泵，減少電能消耗。

關(guān)鍵詞：石槽村 高礦化度水質(zhì) RO-75Z型反滲透裝置 能量回收

中圖分類號(hào)：X703文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）05（c）-0024-02

礦井污水是煤炭開采過程中涌出的地下水，經(jīng)過井下巷道集中至井下調(diào)節(jié)池，通過輸送泵至地面污水處理構(gòu)筑物進(jìn)行處理，在進(jìn)行中水回用。

石槽村礦井水回收利用工程最早立項(xiàng)于2006年，并直接委托中煤國際工程集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，要求水處理設(shè)計(jì)處理能力為420 m3/h，處理后的產(chǎn)品水質(zhì)滿足生產(chǎn)、生活用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到礦井水含鹽量高、工程投資大，同時(shí)也是作為神華寧煤集團(tuán)公司的第一個(gè)高礦化井水回收利用工程，主要工藝包括：預(yù)處理工藝+脫鹽處理工藝組成。

1 水質(zhì)分析

石槽村礦井污水為典型的高礦化污水水質(zhì)，主要水質(zhì)參數(shù)見表一。

水質(zhì)分析：通過《寧夏地址礦產(chǎn)中心水質(zhì)分析報(bào)告》可以看出，石槽村礦井水位典型的礦井高礦化水質(zhì)，其中主要以硫酸鹽及鹽酸鹽的形式存在，PH偏堿性，用過濾設(shè)備容易結(jié)垢，影響過濾設(shè)備的能力，要想處理后水質(zhì)達(dá)到《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（5749-2006），必須進(jìn)行脫鹽處理。

2 工藝方案確定

2009年3月中煤國際工程武漢設(shè)計(jì)研究院派員到現(xiàn)場(chǎng)與石槽村煤礦籌建處交換關(guān)于二、三期工程合并建設(shè)的技術(shù)方案，決定在原“模塊式礦井水回收利用工程初步設(shè)計(jì)”的基礎(chǔ)上結(jié)合一期工程模塊中取得的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)原方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化的內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 脫鹽設(shè)備除了能力

原設(shè)計(jì)二、三期設(shè)4×50 m3/h反滲透裝置，能力為200 m3/h，加上一期工程的100 m3/h，水處理站總脫鹽能力為300 m3/h。若礦井排水量420 m3/h，全日10080 m3/d，回收率以70%計(jì)，脫鹽水量為7056 m3/d，則反滲透裝置日工作需23.52 h。這是基于當(dāng)時(shí)尚不知何時(shí)石槽村煤礦礦井下排水才能達(dá)到420 m3/h，故能力富裕量較小。目前石槽村礦主井以及風(fēng)井的建井期排水量穩(wěn)定在260～300 m3/h，副立井尚未在井下貫通，因此預(yù)計(jì)貫通后排水量很快將達(dá)到420 m3/h左右，故優(yōu)化設(shè)計(jì)中將反滲透裝置改為3×75 m3/h，則脫鹽能力為225 m3/h，加上一期工程的100 m3/h，水處理站總脫鹽能力提高到325 m3/h，全日工作21.7 h。最大脫鹽能力為7800 m3/d，則有一定的富裕能力儲(chǔ)備。

2.2 反滲透裝置的能量回收問題

一期工程RO-50Z型采取一級(jí)兩段，段間增壓脫鹽方式，段間增壓1MPa維持濃水端所需的3.33 MPa壓力。故濃水排放尚有余壓3.28 MPa，必須有設(shè)置的截止閥進(jìn)行消能，由于其壓力大，閘門產(chǎn)生的噪聲很大。在二期優(yōu)化設(shè)計(jì)中，我們采用美國PEI公司生產(chǎn)的LPT-250型反滲透濃水專用的高級(jí)水力渦輪增壓器替代原設(shè)計(jì)的段間增壓泵，利用濃水排放的高壓使二段進(jìn)水壓力提高1 MPa滿足二段濃水所需壓力，這樣濃水排放壓力降到0.2 MPa以下，消除了截止閥產(chǎn)生的噪聲，同時(shí)可減少30 kW增壓泵3臺(tái)，每年可以減少電費(fèi)35萬元，盡管能量回收裝置投資較高，但是僅用2.5年節(jié)約的電費(fèi)即可收回全部投資，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

2.3 蒸發(fā)池的設(shè)置問題

原設(shè)計(jì)蒸發(fā)池位于礦井西側(cè)，離水處理站1.5 km，蒸發(fā)池面積約21萬m2，可承納原設(shè)計(jì)一期、二期濃水量20年左右。

3 反滲透膜及透過機(jī)理

反滲透膜理論以吉布斯吸附式為依據(jù)，膜表面由于親水性原因，能夠選擇吸附水分子而排斥鹽分，因而在固—液界面上形成厚度為兩個(gè)水分子（1納米）的純水層。在施加壓力的作用下，純水層的水分子便不斷的通過毛細(xì)管流過反滲透膜，膜表面層具有大小不同的極細(xì)孔隙，當(dāng)其中的孔隙為純水層厚度的一倍時(shí)，為臨界孔徑，可達(dá)到理想的脫鹽效果。

目前反滲透裝置有板框、管式、卷式和中空纖維式等類型。二期方案優(yōu)化后的采用RO-75Z型反滲透裝置，屬于管式反滲透裝置，反滲透裝置RO-75Z型單臺(tái)產(chǎn)水量75 m3/h，進(jìn)水量107 m3/h，濃水排放量37 m3/h，回收率70%，膜元件為海德能公司的增強(qiáng)型低壓反滲透膜PROC-10型芳香聚酰胺復(fù)合膜，其通水量大，壓力小，脫鹽率高，可以滿足苦咸水一次淡化的要求，共3臺(tái)，同時(shí)使用，每日工作21.56 h，單臺(tái)反滲透裝置包括：5微米保安過濾器：ML-700型，過水能力110m3/h，1臺(tái)高壓泵：CR90-6+CR90-6型，Q=107 m3/h，H=220 m，電機(jī)45+45 kW，380 V，1套能量回收裝置：LPT-250型，1套。由于反滲透裝置的濃水壓力比較高，如果直接排放將浪費(fèi)大量電能，排放口還需要設(shè)置消能設(shè)施，防止建構(gòu)筑物受損。采用能量回收裝置將濃水的較高能量轉(zhuǎn)移到一段濃水中，增加二段進(jìn)水壓力，替代增壓泵，減少電能消耗。濃水的能量回收率在60%左右。

每套膜元件84支組合安裝，每根壓力容器內(nèi)4個(gè)膜元件，每套設(shè)備21根壓力容量，14-7制排列。一級(jí)兩段段間增壓脫鹽，系統(tǒng)脫鹽率98.79%。由于原水含鹽量很高，硬度大，為防止在濃水端有CaCO3，BaSO4，SrSO4或CaSO4等沉淀，設(shè)計(jì)投加高效新型阻垢劑亞士蘭3090，投藥量3.4 mg/L。

4 反滲透裝置清洗及事故預(yù)防

反滲透裝置運(yùn)行3個(gè)月～4個(gè)月左右須將膜元件清洗一次，去除可能附著在膜面上的有機(jī)物、細(xì)菌以及一部分礦物鹽類結(jié)晶清洗劑視不同需要可采用4%～10%的EDTA溶液、pH=12的NaOH溶液、pH=2～3的HCl溶液，以及用亞硫酸氫鈉及非氧化性殺菌劑唑啉酮的衍生物等，以消除污垢及生物粘泥。

濃水池：由于反滲透裝置為多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行，容易產(chǎn)生背壓事故，因此在處理站場(chǎng)地內(nèi)建設(shè)200 m3濃水池一座，反滲透的濃水管道直接排放至濃水池中，經(jīng)過調(diào)蓄后再由濃水泵抽送至蒸發(fā)池。

濃水管道：由濃水池用濃水泵將濃水送至蒸發(fā)池內(nèi)，濃水流量Q=130 m3/h，管長(zhǎng)2162 m，采用DN200的聚乙烯管，以減少了氯離子對(duì)管道的腐蝕。

濃水泵：在脫鹽車間內(nèi)設(shè)置濃水泵2臺(tái)，KQWH125-250B型，Q=138 m3/h，H=60 m，37 kW，2臺(tái)，一用一備。抽取濃水池內(nèi)之水，用聚乙烯管輸送至蒸發(fā)池進(jìn)行蒸發(fā)濃縮。

蒸發(fā)池：蒸發(fā)池面積6.5×104m2，平均水深5.0 m，池容32.5×104m3，年蒸發(fā)量17.55×104m3.

5 結(jié)語

反滲透膜在礦井水水處理的應(yīng)用與實(shí)踐表明：

（1）高礦化度水優(yōu)選反滲透工藝，相對(duì)電滲析、離子交換、超模工藝等更符合實(shí)際需要。

（2）可節(jié)省水資源和大量的污水處理，滿足西北地區(qū)的水資源缺少而浪費(fèi)的意義。同時(shí)解決了生產(chǎn)及生活用水的難題。

（3）提高礦井水的綜合利用率，有很好的經(jīng)濟(jì)效益，適合當(dāng)前經(jīng)濟(jì)及社會(huì)環(huán)保的發(fā)展要求，有很好的社會(huì)效應(yīng)。

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