含鐵錳礦井廢水回用于生活飲用水的應(yīng)用

吳俠

摘要：本文介紹了含鐵錳礦井廢水作為生活飲用水的回收利用。采用的工藝是：含鐵錳礦井廢水經(jīng)過鐵錳預(yù)處理+活性炭過濾處理后，采用膜處理達(dá)到生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：礦井廢水；錳砂過濾；活性炭過濾；膜處理

1 概述

我國是煤炭能源大國，煤炭在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢(shì)必對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染，同時(shí)造成水資源的大量浪費(fèi)，無法實(shí)現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國40%的礦區(qū)嚴(yán)重缺水，已制約了煤炭生產(chǎn)的發(fā)展。西北礦區(qū)多處于山區(qū)，水資源更為缺乏，地表水又多為間歇性河流，枯洪水季節(jié)流量相當(dāng)懸殊，常年流量稀釋能力差，排入河流的污水造成嚴(yán)重污染。因此，開發(fā)、管理、利用好煤礦水資源，對(duì)煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

礦井水本身的水質(zhì)主要受當(dāng)?shù)厮牡刭|(zhì)、氣候、地理等自然條件的影響。。根據(jù)礦井水含污染物的特性，一般可將其劃分為：潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水、堿性礦井水及含特殊污染物礦井水，如含高氖礦井水，含重金屬礦井水及含放射性污染物礦井水等。

2 礦井水的特征及處理工藝

2.1水的特征

不同的礦井水水質(zhì)有很大差異，其水質(zhì)與普通地表水和地下水的水質(zhì)有明顯的差異，具有明顯的煤炭行業(yè)的特征，主要有：

1）、煤礦礦井水的懸浮物含量明顯高于地表水，且很不穩(wěn)定，感官性狀差。

2）、懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢，礦井水中懸浮顆粒直徑較小，平均只有2～8um，總懸浮物中約85%以上的粒徑在50um以下；煤粉的平均密度一般只有1.3～1.6g/cm3，明顯小于地表水中泥砂顆粒物的平均密度1.9～ 2.6g/cm3。

3）、含有機(jī)污染物。地表水中一般不含有有機(jī)物，而在礦井水中，除了煤粉本身就是有機(jī)物以外，水體中還含有少量的廢機(jī)油、乳化油、腐爛廢坑木、井下糞便等有機(jī)物。

2.2 礦井廢水處理的常規(guī)工藝

主要處理技術(shù)有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。處理后直接排放的礦井水，通常采用沉淀或混凝沉淀處理技術(shù)；處理后作為生產(chǎn)用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術(shù)；處理后作為生活用水，過濾后必須再經(jīng)過除酚等對(duì)人體有害物質(zhì)及消毒處理；有些含懸浮物的礦井水含鹽量較高，處理后作為生活飲用水還必須在凈化后再經(jīng)過淡化處理。才能達(dá)到生活飲用水的標(biāo)準(zhǔn)。

3 礦井水回用處理工程實(shí)例

3.1工程概況

江蘇徐州境內(nèi)煤炭資源十分豐富，是全國重要的煤炭產(chǎn)地。目前，規(guī)劃面積10平方千米的煤化工產(chǎn)業(yè)園已被國家發(fā)改委納入全國煤化工產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，成為全國七大煤化工基地之一。

徐州某礦區(qū)，由于長(zhǎng)期的采煤，造成大量的礦井水的排放。目前有大量的礦井水經(jīng)過初步的處理后作為煤炭沉陷區(qū)的景觀水的主要組成部分。隨著生活飲用水的短缺，考慮將部分的礦井水回收利用與生活飲用水的試點(diǎn)工程。

3.2礦井水處理設(shè)計(jì)水質(zhì)、水量

進(jìn)水：水量120噸/天，水質(zhì)：渾濁度5.3mg/l、鐵離子5.6mg/l、錳離子0.72mg/l、溶解性總固體1195mg/l、硫酸鹽274mg/l、總硬度570mg/l

出水：水量72噸噸/天，水質(zhì)：渾濁度1mg/l、鐵離子5.6mg/l、錳離子0.72mg/l、溶解性總固體1000mg/l、硫酸鹽250mg/l、總硬度450mg/l

3.3回用處理工藝流程

本工程以曝氣、除鐵錳、過濾為預(yù)處理，反滲透裝置為后續(xù)深度處理，保證系統(tǒng)出水水質(zhì)滿足用水要求，既能只進(jìn)行除鐵錳處理后達(dá)到地表水三類標(biāo)準(zhǔn)，又能繼續(xù)深度處理后達(dá)到生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

3.4設(shè)備參數(shù)

（1）曝氣水箱

設(shè)置1臺(tái)10m3的FRP水箱，用來儲(chǔ)存原水并進(jìn)行曝氣。

（2）曝氣機(jī)

設(shè)置一臺(tái)潛水曝氣機(jī)，主要由水下曝氣機(jī)及擴(kuò)散裝置以及相關(guān)的管路組成。其除鐵錳原理是：水中鐵離子通過曝氣后二價(jià)鐵離子迅速被氧化為三價(jià)鐵并形成懸浮物，錳離子通過曝氣后二價(jià)錳離子被氧化成二氧化錳，這些懸浮物和二氧化錳可通過后面的過濾器完全去除，達(dá)到除鐵和錳的目的，還可以去除受污染水中的有機(jī)物及其其他雜質(zhì)。

（3）全自動(dòng)除鐵錳過濾器

設(shè)置1臺(tái)出力為6m3/h的錳砂過濾器用以去除原水中的鐵錳離子。礦井水經(jīng)曝氣后，水中鐵、錳離子流經(jīng)錳砂濾層時(shí)，在濾層中發(fā)生接觸氧化反應(yīng)及濾料表面生物化學(xué)作用和物理截留吸附作用，使水中鐵、錳離子沉淀去除。

利用錳砂濾料的截留、濾除作用，去除大粒徑的雜質(zhì)顆粒、膠體和懸浮物，具有低成本、操作維護(hù)及管理方便等特點(diǎn)。

（4）活性炭過濾器

設(shè)置1臺(tái)出力為6m3/h的活性碳過濾器，主要去除大分子有機(jī)物、鐵氧化物、余氯、色度、除嗅。

（5）RO保安過濾器

RO保安過濾器的作用是截留大于5μm的顆粒進(jìn)入反滲透系統(tǒng)。設(shè)計(jì)1臺(tái)立式保安過濾器，直徑為200mm，內(nèi)含5支濾芯，流量為5m3/h，

（6）阻垢劑加藥裝置

流程：阻垢劑溶液箱→計(jì)量泵→反滲透進(jìn)水管

根據(jù)水源的特點(diǎn)，選用適合的阻垢藥劑，也是一種阻垢分散型藥劑，它有如下作用：

1）它無毒、無異物脫落，化學(xué)性能穩(wěn)定，可以進(jìn)行化學(xué)清洗。

2）因原水在反滲透濃水側(cè)濃縮后，朗格利爾（LSI）指數(shù)由0提高到2.2，控制鈣、鎂硬度在此范圍內(nèi)不會(huì)在膜內(nèi)沉積結(jié)垢。

3）阻垢劑的加藥點(diǎn)在一級(jí)反滲透的進(jìn)水保安過濾器處，用于阻止一級(jí)反滲透設(shè)備的結(jié)垢。

（7）高壓泵

高壓泵為反滲透膜組提供足夠的進(jìn)水壓力，維持反滲透膜的正常運(yùn)行。泵進(jìn)進(jìn)口設(shè)置高低壓力開關(guān)，用以壓力高底報(bào)警及停泵。設(shè)慢開電動(dòng)閥，具有慢開特性，以防膜組件受高壓水的沖擊。

4 經(jīng)濟(jì)分析

該項(xiàng)目總投資為20萬元，噸水投資成本為4萬元/m3。運(yùn)行費(fèi)用約1.0元/噸。

水處理設(shè)備按一天運(yùn)行20h計(jì)算，每年可處理回用的礦井水量為3×7300h=21900 m3 / a，自來水按照3元/噸計(jì)算可以節(jié)省65700元/年水費(fèi)。處理礦井水處理費(fèi)用3.65萬元，可節(jié)省費(fèi)用2.92萬元/年。

經(jīng)過多個(gè)月的運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)好，技術(shù)上是成熟和可行的。運(yùn)行成本低，經(jīng)濟(jì)效益好，可以節(jié)省自來水的費(fèi)用，而且產(chǎn)水可以直接飲用。

5 結(jié)語

采用膜處理技術(shù)可將礦井廢水處理后作為和生活飲用水或直飲水，不僅解決了礦區(qū)缺水問題，而且充分利用了礦井廢水資源，節(jié)省了地下水用量，因而具有廣泛的應(yīng)用前景和現(xiàn)實(shí)意義。礦井水的回收利用不僅開辟了第二水源，降低了礦區(qū)新鮮水取用量，同時(shí)減少了礦井廢水的排放量，也減少了治理環(huán)境污染的投資。所以礦井水的回用既節(jié)約了水資源也消除了環(huán)境污染具有多重效益。

礦井廢水的回用實(shí)現(xiàn)污水資源化，是目前煤礦解決水資源緊缺的最有效的途徑、是缺水企業(yè)勢(shì)在必行的重大決策，可行性很強(qiáng)，具有重大意義和多重效益。

（作者單位：江蘇永冠給排水設(shè)備有限公司）