高含鹽礦井涌水脫鹽處理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用及改進(jìn)

裴廷記

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

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高含鹽礦井涌水脫鹽處理在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用及改進(jìn)

裴廷記

(河南龍宇煤化工有限公司河南永城476600)

煤礦礦井涌水是指在采煤過程中所有滲入井下采掘空間的水，礦井涌水的排放是煤炭工業(yè)具有行業(yè)特點(diǎn)的污染源之一，其量大面廣。我國煤炭開發(fā)每年礦井的涌水量約為20億m3，其特性取決于成煤的地質(zhì)環(huán)境和煤系地層的礦物化學(xué)成分。礦井涌水流經(jīng)采煤工作面和巷道時(shí)，因受到人為活動的影響，煤巖粉和一些有機(jī)物進(jìn)入水中。我國礦井涌水中普遍含有以煤巖粉為主的懸浮物，以及可溶的無機(jī)鹽類，有機(jī)污染物較少，一般不含有毒物質(zhì)。因此，對礦井涌水進(jìn)行凈化處理和利用，將產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。礦井涌水分析結(jié)果見表1。

1　工藝流程

經(jīng)收集后的礦井涌水進(jìn)入調(diào)節(jié)池，經(jīng)調(diào)節(jié)水量及預(yù)處理后，由提升泵送至高密度沉淀池，通過投加石灰等藥劑來去除重金屬離子、部分硬度(暫時(shí)硬度)、堿度生成不溶性沉淀物，防止后續(xù)的反滲透膜結(jié)垢；投加的混凝劑及絮凝劑有效去除懸浮物、不溶性有機(jī)物，防止后續(xù)的反滲透膜被有機(jī)物污染，高密度沉淀池的出水進(jìn)入V形濾池，V形濾池產(chǎn)的水提升至PCF過濾器；通過V形濾池和PCF過濾器后，進(jìn)一步除去有機(jī)物和懸浮物，確保預(yù)處理出水達(dá)到反滲透膜進(jìn)水要求，減輕后續(xù)反滲透膜處理負(fù)擔(dān)。PCF的產(chǎn)水：一部分作為軟化水經(jīng)泵送至用戶；另一部分經(jīng)泵提升到自清洗過濾器，然后至超濾系統(tǒng)。超濾系統(tǒng)作為反滲透的預(yù)處理，進(jìn)一步去除懸浮物、膠體、大分子有機(jī)物等，保護(hù)反滲透安全穩(wěn)定運(yùn)行。超濾出水經(jīng)泵送至保安過濾器，經(jīng)高壓泵加壓后進(jìn)入反滲透系統(tǒng)，出水(即預(yù)脫鹽水)進(jìn)入反滲透產(chǎn)水池，再通過泵送至用戶。整套工藝設(shè)計(jì)的處理軟化水能力為2 500 m3/h，處理預(yù)脫鹽水800 m3/h。

表1　 礦井涌水分析結(jié)果

礦井涌水處理系統(tǒng)工藝流程見圖1。

圖1　礦井涌水處理系統(tǒng)工藝流程

2　礦井涌水處理系統(tǒng)運(yùn)行情況

2.1高密度沉淀池

高密度沉淀池系統(tǒng)是由混合池、反應(yīng)池、沉淀池以及中和池工藝組合而成。設(shè)計(jì)處理量為4 000 m3/h，在混合池通過投加消石灰Ca(OH)2，可將Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2轉(zhuǎn)化為不溶性的CaCO3和Mg(OH)2沉淀，達(dá)到去除和降低礦井涌水的堿度和硬度的效果。同時(shí)，進(jìn)水中投加聚合硫酸鐵等混凝劑，去除水中懸浮物、膠體和不溶性有機(jī)物， 隨CaCO3和Mg(OH)2一起沉淀分離。在絮凝反應(yīng)沉淀池內(nèi)加入高分子助凝劑，將后續(xù)預(yù)沉濃縮池部分污泥回流至絮凝反應(yīng)沉淀池入口，提高礬花的增長速度及增加礬花的密度，以提高沉淀效果。斜管澄清區(qū)出水通過溝道進(jìn)入中和池，加入少量聚合硫酸鐵、硫酸和二氧化氯，通過機(jī)械攪拌去除出水中含有的少量高分子聚合物，調(diào)節(jié)出水pH，防止高分子聚合物和飽和碳酸鈣結(jié)垢堵塞濾料，并抑制微生物的滋生。

高密度沉淀池進(jìn)水水質(zhì)：COD≤100 mg/L、濁度≤100 NTU、暫時(shí)硬度≤200 mg/L；高密度沉淀池出水水質(zhì)：COD≤60 mg/L、濁度≤5 NTU、暫時(shí)硬度≤70 mg/L。

2.2V形濾池

高密度沉淀池出水中會帶出少量細(xì)小較輕的礬花，可通過V形濾池進(jìn)行截留，保證其水中懸浮物質(zhì)量濃度≤15 mg/L和濁度≤2 NTU。

2.3PCF過濾器

PCF過濾器采用一種性能穩(wěn)定、單絲強(qiáng)度高的新型柔軟、高強(qiáng)曲化纖維長絲作為過濾料，為了防止超濾進(jìn)水水質(zhì)在瞬間或短時(shí)間內(nèi)受到V形濾池反洗及其他操作的影響，V形濾池出水設(shè)置PCF過濾器進(jìn)行二級過濾，以進(jìn)一步降低V形濾池產(chǎn)水的濁度至≤1 NTU。

2.4超濾

超濾的主要作用是基本去除水中懸浮物、顆粒、膠體、細(xì)菌和病毒等大分子物質(zhì)，其出水污染指數(shù)<3，為下游反滲透系統(tǒng)提供最佳水質(zhì)。

2.5反滲透系統(tǒng)

反滲透系統(tǒng)由4組反滲透分系統(tǒng)組成，于2012年10月投入運(yùn)行，水源為礦井涌水。運(yùn)行中投加足夠劑量的阻垢劑，投加濃度為3 mg/L(即 1 L 水中需投加3 mg阻垢劑)。每組反滲透分系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行參數(shù): 一段進(jìn)水壓力1.0 MPa，二段進(jìn)水壓力0.9 MPa，濃水壓力0.8 MPa，進(jìn)水溫度 23 ℃, 進(jìn)水電導(dǎo)率4 200 μS/cm，進(jìn)水流量280 m3/h，產(chǎn)水流量200 m3/h，出水電導(dǎo)率50 μS/cm。從以上參數(shù)可看出，反滲透系統(tǒng)脫鹽率達(dá)99%，且自運(yùn)行至今產(chǎn)水量和反滲透膜壓差未出現(xiàn)過大的波動，每年只需1次維護(hù)性清洗。

3　反滲透系統(tǒng)運(yùn)行中注意事項(xiàng)

3.1根據(jù)反滲透進(jìn)水水質(zhì)選擇合適的阻垢劑

3.2氧化還原電位控制

礦井涌水中含有的氧化性物質(zhì)或在超濾殺菌等過程中投加過量的氧化性殺菌劑，在進(jìn)入反滲透系統(tǒng)前不能被很好地去除，對反滲透膜產(chǎn)生不可逆的損傷，因此，在反滲透系統(tǒng)運(yùn)行過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制氧化還原電位在-200～-100 mV。

3.3反滲透系統(tǒng)的殺菌

反滲透系統(tǒng)進(jìn)水溫度控制在20～25 ℃，此溫度對微生物滋生十分有利，因此，必須對反滲透系統(tǒng)選擇合適的非氧化殺菌劑。

4　存在的問題及改進(jìn)措施

4.1高密度沉淀池出水濁度高

運(yùn)行初期，高密度沉淀池出水濁度較高，主要原因是石灰投加濃度低及排泥不及時(shí)。采取措施如下：①石灰投加量由3 mg/增加至5 mg/L(即1 L 水中投加石灰量由3 mg增加至5 mg)，使水中的可溶性物質(zhì)與石灰充分反應(yīng)；②增加排泥次數(shù)，由原每班(8 h)排泥2次(每次排泥15 min)改為每2 h排泥1次(每次10 min)。通過調(diào)整后，出水濁度由15 NTU降至5 NTU，減輕了后續(xù)工藝的處理負(fù)荷。

4.2PCF過濾器板結(jié)

由于礦井涌水中存在溶解性的煤泥(黏性大，且有油性)，PCF過濾器運(yùn)行一段時(shí)間后，出水量明顯下降，出水濁度也不斷增加，拆開PCF過濾器檢查，發(fā)現(xiàn)其中纖維束結(jié)塊嚴(yán)重。通過調(diào)整反洗頻次，效果不佳；最后對PCF過濾器采用夾氣擦洗，即反洗時(shí)先放水至半罐液位，然后通入空氣，通過氣流與水來回擦洗，將表面板結(jié)的污物沖散，反洗效果較好。

4.3反滲透膜壓差上升快

運(yùn)行初期，反滲透阻垢劑投加量為4 mg/L(即1 L水中需投加阻垢劑的量為4 mg)，原水在V形濾池設(shè)有殺菌投加裝置，由于氯會對反滲透膜造成不可逆的損壞，故原水加入次氯酸鈉殺菌劑后，需在反滲透系統(tǒng)進(jìn)水時(shí)投加足量的還原劑，以確保反滲透系統(tǒng)進(jìn)水余氯為零。運(yùn)行1個(gè)月后，反滲透膜壓差上升很快，有的增加10%以上，反滲透系統(tǒng)前的保安過濾器濾芯污染嚴(yán)重，出現(xiàn)較多白色沉淀物。經(jīng)分析，主要是阻垢劑和還原劑投加過量所致，停止原水殺菌和反滲透還原劑的投加，主要在超濾系統(tǒng)反洗階段投加殺菌劑，將原水殺菌劑連續(xù)投加改為間歇性投加，每個(gè)月分別進(jìn)行1次氧化性和非氧化的殺菌處理，阻垢劑的投加量降至3 mg/L。運(yùn)行一段時(shí)間后，反滲透膜壓差得到有效控制，而且未發(fā)現(xiàn)反滲透膜滋生微生物，運(yùn)行效果良好。

5　結(jié)語

采用預(yù)處理+反滲透工藝，能夠有效去除高含鹽量礦井涌水中的懸浮物、膠體、煤泥、雜質(zhì)、鹽分等，產(chǎn)水水質(zhì)能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。通過實(shí)際運(yùn)行和改進(jìn)，高含鹽量礦井涌水作為反滲透原水及工業(yè)生產(chǎn)用水，能夠?qū)崿F(xiàn)長期、穩(wěn)定運(yùn)行，不僅實(shí)現(xiàn)了礦井涌水零排放，有利于環(huán)境保護(hù)，而且對日益緊張的化工生產(chǎn)用水提供了有利保障。

2016-06-24)