高懸浮物和高礦化度礦井水資源化關(guān)鍵技術(shù)研究

李凌晉

(潞安礦業(yè)(集團(tuán))公司節(jié)能環(huán)保處，山西 襄垣 046204)

1 概述

煤炭在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占有非常重要的地位，對(duì)煤炭的開采則是煤炭利用的前提。礦井水是煤炭開采過(guò)程中產(chǎn)生的一種污染較其他工業(yè)污水輕的特殊廢水，經(jīng)過(guò)合理的工藝處理，其具有很大的再利用性。礦井水的產(chǎn)生往往是由于在煤炭開采過(guò)程中，破壞了地下水巖層，導(dǎo)致地下水上涌，被巖石微粒和煤炭雜質(zhì)污染后形成的。礦井水量大、污染輕，對(duì)其回收利用的程度直接決定著煤炭開采的經(jīng)濟(jì)效益，合理的處理工藝研究具有重大的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。

2 礦井水中懸浮物粒度分析

為了說(shuō)明礦井水沉淀工藝對(duì)其懸浮物的處理效率，對(duì)礦井水作粒度分析。對(duì)礦井水原水和沉淀1 h后的礦井水分別測(cè)試其懸浮物粒度，將測(cè)試結(jié)果繪制成圖進(jìn)行對(duì)比，如圖1。

圖1 礦井水原水懸浮物粒度圖

由圖1可以看出，礦井水原水中45 μm的懸浮物顆粒占98%左右，其中大部分粒徑為1 μm～10 μm，這說(shuō)明礦井水中懸浮物的主要成分是粒徑極為細(xì)小的煤粉和巖塵。由圖2可以看出，自由沉淀1 h后，大部分懸浮物顆?？梢詫?shí)現(xiàn)沉淀去除，但對(duì)于粒徑在20 μm以下顆粒，自由沉淀去除效果并不明顯。

圖2 礦井水自由沉淀1 h懸浮物粒度圖

3 礦井水混凝試驗(yàn)

目前，煤礦中對(duì)于高懸浮物礦井水，最常用的處理工藝組合為混凝-沉淀-過(guò)濾-消毒工藝。該工藝組合經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題：在混凝工藝中，混凝劑和助凝劑的選擇過(guò)于陳舊，達(dá)不到預(yù)期效果，另外，混凝劑和助凝劑的加藥量過(guò)大或過(guò)小，也直接影響著混凝效果；水力條件(GT值)選擇不合理；污泥回收利用率低，回流效率低。

針對(duì)以上問(wèn)題，篩選影響參數(shù)進(jìn)行單因子試驗(yàn)，將試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析后，找出最佳參數(shù)選擇。

由表1可知，本實(shí)驗(yàn)選擇的礦井水的COD和SS值超出廢水排放標(biāo)準(zhǔn)要求數(shù)值，其中，SS含量已經(jīng)超過(guò)1 000 mg/L，屬高懸浮物礦井水。

表1 礦井水原水水質(zhì)分析結(jié)果

針對(duì)上面分析到的工藝問(wèn)題，分別對(duì)PAC加入量、PAC種類、NPAC加入量和磁粉加入量4個(gè)參數(shù)對(duì)礦井水濁度的影響進(jìn)行作圖，見第187頁(yè)圖3～圖6，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果圖分析得出，該礦井水處理的最佳藥劑組合為PAC+NPAM+200目(75 μm)磁粉；藥量最佳投入量為PAC 80 mg/L，NPAM 1 mg/L，磁粉200目(75 μm)100 mg/L(其中，PAC為聚合氯化鋁，NPAC為非離子型聚丙烯酰胺)。

圖3 PAC投加量對(duì)濁度的影響

圖4 不同種類PAM對(duì)濁度的影響

圖5 NPAM投加量對(duì)濁度的影響

圖6 磁粉投加量對(duì)濁度的影響

4 高礦化度礦井水處理工藝設(shè)計(jì)

高礦化度礦井水與高懸浮物礦井水相比，其除了懸浮物含量高以外，還包含較高含量的溶解性總固體、無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)，水質(zhì)情況比高懸浮物礦井水更差。高礦化度礦井水往往具有以下特點(diǎn)：懸浮物顆粒粒徑20 μm以下含量大，自由沉降效果不明顯；無(wú)機(jī)鹽雜質(zhì)含量較高。針對(duì)該種礦井水的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)一種能夠有效針對(duì)其雜質(zhì)含量的處理工藝，即RO工藝法。

4.1 預(yù)處理技術(shù)

預(yù)處理可以在前期將一些容易處理的雜質(zhì)進(jìn)行處理，可以有效地降低后續(xù)處理單元的處理壓力，對(duì)后續(xù)處理原件起到保護(hù)作用。目前常用的預(yù)處理技術(shù)主要是加絮凝劑和助凝劑、保安過(guò)濾等方法，但是，該類預(yù)處理方法往往會(huì)出現(xiàn)預(yù)處理后的出水出現(xiàn)膠體和懸浮顆粒物，從而造成后續(xù)RO膜不可逆轉(zhuǎn)的膜污染。而超濾膜擁有較小的膜分離孔徑和較高的膜產(chǎn)水通量。經(jīng)膜法預(yù)處理工藝后的出水SDI值能夠下降至1.9以下，濁度值下降至0.04NTU以下。因此，本設(shè)計(jì)的預(yù)處理單元采用超濾膜預(yù)處理技術(shù)。

4.2 RO工藝設(shè)計(jì)步驟

RO工藝的設(shè)計(jì)步驟分為以下幾方面：

1) 選取工藝處理原型：選定原水水質(zhì)以及產(chǎn)水水質(zhì)指標(biāo)；

2) 設(shè)計(jì)處理模塊單元以及出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：針對(duì)處理水質(zhì)原型，選定合適的處理模塊，并明確處理目標(biāo)值；

3) 選擇核心處理膜元件。膜單元選型的主要依據(jù)是原水的含鹽量、原水水質(zhì)和處理目標(biāo)值；

4) 確定膜通量和系統(tǒng)回收率。膜通量和系統(tǒng)回收率的確定依據(jù)是礦井水雜質(zhì)含量、難溶無(wú)機(jī)鹽的飽和指數(shù)、雜質(zhì)種類以及含量；

5) 排列和級(jí)數(shù)。依照式(1)計(jì)算膜原件數(shù)量。

(1)

式中：Qp為礦井水處理單元產(chǎn)水量,L；J為單位面積水通量,L/m2；S為膜單元面積,m2；f為污染指數(shù)；Ne為理論膜元件數(shù)。

4.3 工藝流程

根據(jù)RO工藝設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)如第188頁(yè)圖7工藝流程。

為了檢驗(yàn)工藝處理效果，選取高礦化度礦井水進(jìn)行處理試驗(yàn)，其水質(zhì)分析結(jié)果如第188頁(yè)表2。

表2分析可知，選取的礦井水符合高礦化礦井水水質(zhì)特點(diǎn)，且滿足超濾工序的進(jìn)水水質(zhì)要求，滿足本工藝的試驗(yàn)要求。經(jīng)工藝處理后，水質(zhì)指標(biāo)如表3。

圖7 工藝流程圖

表2 礦井水原水及超濾進(jìn)水水質(zhì)說(shuō)明

表3的指標(biāo)要求滿足了一般工業(yè)廢水的排放要求，說(shuō)明該工藝的處理效果滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 處理完成后出水水質(zhì)指標(biāo)

5 結(jié)論

針對(duì)高懸浮物和高礦化礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)了處理工藝，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明了工藝的技術(shù)可行性，在相關(guān)處理行業(yè)值得推廣和應(yīng)用。