反滲透系統(tǒng)在高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用

耿興福

（中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，陜西 西安 710054）

隨著煤礦的開采，對地下水造成了不同程度的破壞及浪費(fèi)。陜西地區(qū)水資源貧乏、生態(tài)環(huán)境承受能力較差，礦井水多為高礦化度，無法用于井下生產(chǎn)和生活用水。目前，礦井水主要通過“混凝沉淀+過濾”的工藝處理后直接外排，造成了水資源的浪費(fèi)及土地的鹽漬化。為提高礦井水資源化利用，陜西彬長礦區(qū)某煤礦在原礦井水處理工藝中增加脫鹽處理工段，以滿足選煤廠補(bǔ)水、井下生產(chǎn)、消防用水、瓦斯電廠等生產(chǎn)用水。脫鹽處理的主要方法有化學(xué)法、離子交換法、熱力脫鹽法、電滲析和反滲透法。反滲透法具有能耗低，占地面積小，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最多的方法。

1 反滲透系統(tǒng)工藝

處理后的礦井水經(jīng)過提升泵提升后，分別經(jīng)過錳砂過濾器、活性炭過濾器、保安過濾器，過濾后的水通過高壓泵進(jìn)入反滲透裝置，純水經(jīng)過消毒后進(jìn)入回用水池，作為生產(chǎn)用水，濃鹽水進(jìn)入濃鹽水池后用作黃泥灌漿用水。工藝流程如圖1 所示。錳砂過濾器主要用于去除水中鐵銹、懸浮物等雜質(zhì)，使出水濁度小于0.5NTU，含鐵量小于0.05mg/L，SDI ≤3。活性炭過濾器利用活性炭的吸附性能，去除水中的余氯、有機(jī)物、細(xì)菌等物質(zhì)，使出水余氯≤0.1mg/L，滿足反滲透膜的給水要求。錳砂過濾器、活性炭過濾器均具有反洗功能，通過控制閥進(jìn)行反洗，以沖洗掉其表面的污物，防止其堵塞，恢復(fù)其處理能力。還原劑作用為將水中的余氯還原，防止膜元件氧化造成不可恢復(fù)的傷害。阻垢劑作用為有效分散碳酸鈣、硫酸鋇、硫酸鈣等物質(zhì)的結(jié)垢，防止在膜元件表面造成污堵。保安過濾器作用為防止過濾器內(nèi)的泄漏的濾料以及未能完全濾除的懸浮物質(zhì)進(jìn)入膜系統(tǒng)。隨著反滲透膜的運(yùn)行，礦井水中的某些組分將沉積在膜的表面，導(dǎo)致運(yùn)行壓力損失增加，膜通量降低，產(chǎn)水量隨之下降。為保證后期運(yùn)行正常，延長反滲透膜的使用壽命，反滲透設(shè)備配套清洗系統(tǒng)。

圖1 反滲透系統(tǒng)工藝流程圖

2 反滲透裝置膜的選型

反滲透裝置由膜元件、膜殼、支架等組成。裝置的核心組件為反滲透膜，利用反滲透膜的特性除去水中絕大部分可溶性鹽分、膠體、有機(jī)物及微生物。反滲透膜有CAB 膜和CPA 膜兩大系列，CAB 膜的特點(diǎn)為表面光滑，微生物不易在其表面吸附，脫鹽率為95%～98%，進(jìn)水要求pH 為5 ～8，溫度<35℃，適用于處理難度大的污水；CPA 膜的優(yōu)點(diǎn)為脫鹽率≥99%，給水壓力低，膜使用周期長，進(jìn)水要求pH 為4～10，溫度<45℃，適用于水質(zhì)較好的水。因礦井水經(jīng)過前段的過濾，處理后的礦井水懸浮物一般≤30mg/L，考慮水質(zhì)及經(jīng)濟(jì)因素，適合選用CPA 膜，該反滲透裝置采用美國陶氏BW30-400FR 型反滲透膜。

3 反滲透系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)

（1）處理能力：300m3/h。

（2）進(jìn)水水質(zhì)：礦化度≤3500mg/L。

（3）設(shè)備性能：脫鹽率≥99%；產(chǎn)水率≥75%。

（4）出水標(biāo)準(zhǔn)：電導(dǎo)率≤200μS/cm（25℃）；礦化度≤100mg/L。

3.2 系統(tǒng)組成及參數(shù)

3.2.1 錳砂過濾器

處理能力：80m3/h，數(shù)量：4 臺；材質(zhì)：碳鋼內(nèi)襯膠。

3.2.2 活性炭過濾器

處理能力：80m3/h，數(shù)量：4 臺；材質(zhì)：碳鋼內(nèi)襯膠。

3.2.3 保安過濾器

處理能力：150m3/h，數(shù)量：2 臺；材質(zhì)：304 不銹鋼，單臺3 只濾芯，過濾精度5μm。

3.2.4 高壓泵

型號：南方CDL200-40，數(shù)量：2 臺，流量：160m3/h，揚(yáng)程150m，功率：110kW，過流部分材質(zhì)：316 不銹鋼。

3.2.5 反滲透裝置

出水量：110m3/h，數(shù)量：2 臺，單臺配膜元件150 只，膜殼（壓力容器）：25 支。反滲透膜采用一級二段排列，設(shè)置段間增壓泵。

3.2.6 加藥裝置

還原劑加藥裝置及阻垢劑加藥裝置采用一箱兩泵，配帶攪拌器。

3.2.7 清洗裝置

清洗水箱1 臺，清洗水泵1 臺，沖洗水泵1 臺，清洗過濾去1 臺。

3.2.8 控制系統(tǒng)

系統(tǒng)控制方式可實(shí)現(xiàn)手動控制和自動控制，設(shè)置集中控制柜和就地控制柜。全自動控制通過PLC 可編程序控制器集中顯示并自動控制所有設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。設(shè)置事實(shí)在線監(jiān)測系統(tǒng)，就地和遠(yuǎn)程顯示系統(tǒng)流量、運(yùn)行壓力等信息。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

反滲透系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計要求，除化學(xué)清洗、加藥外，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動運(yùn)行，自動化程度高。反滲透系統(tǒng)投運(yùn)后，原礦井水處理站運(yùn)行人員即可滿足運(yùn)行要求，未增加人工成本。系統(tǒng)運(yùn)行正常后，根據(jù)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行記錄，出水水量維持在240m3/h 左右，產(chǎn)生率>75%。經(jīng)過水質(zhì)檢測，反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)如表1 所示。除鹽率、電導(dǎo)率、礦化度均達(dá)到出水指標(biāo)要求，能夠滿足煤礦生產(chǎn)用水要求，實(shí)現(xiàn)了該煤礦礦井水零排放。

表1 反滲透系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)指標(biāo)

5 經(jīng)濟(jì)效益分析

根據(jù)反滲透系統(tǒng)運(yùn)行統(tǒng)計，該煤礦反滲透系統(tǒng)每噸水處理成本為3.54 元，系統(tǒng)未投運(yùn)前，取水成本為3 元。按照《陜西省水資源稅改革試點(diǎn)實(shí)施辦法》，該煤礦所在地區(qū)水資源稅為1 元/m3，每噸水節(jié)約0.46 元，每年產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益120.88 萬元。

6 結(jié)語

反滲透系統(tǒng)運(yùn)行自動化程度高，工藝合理，系統(tǒng)產(chǎn)水率，除鹽率、電導(dǎo)率、礦化度均達(dá)到技術(shù)指標(biāo)要求，能夠滿足煤礦生產(chǎn)用水要求。系統(tǒng)投運(yùn)后，運(yùn)行成本雖然增加，但綜合成本相對較低，礦井水資源的綜合利用，有深遠(yuǎn)的社會意義。