高鹽礦井水處理技術(shù)

華 帥 劉研研 吳百旭

1.兗州煤業(yè)股份有限公司鮑店煤礦 山東 鄒城 273500；2.兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東 菏澤 274700

3.臨沂礦業(yè)集團(tuán)菏澤煤電有限公司郭屯煤礦 山東 菏澤 274700

1 高鹽礦井水

高鹽礦井水是由于在煤炭開采過(guò)程中,破壞了開采煤層以上地表水和地下水的賦存條件,這些水會(huì)泄漏到采煤工作面。由于煤層中含有數(shù)量不等的硫分,主要是以黃鐵礦(FeS2)的形式存在,一般含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%5%。這些硫分會(huì)在微生物和氧氣的作用下發(fā)生氧化,最終形成硫酸和鐵離子,使得部分礦井水成為酸性礦井水。礦井開采時(shí)間越長(zhǎng),煤層含硫量越高,礦井水酸化的傾向性和程度越大。

2 工藝設(shè)計(jì)原則、工藝路線

水處理工藝的選擇直接關(guān)系到項(xiàng)目的建設(shè)投資,運(yùn)行成本的高低,出水水質(zhì),運(yùn)行管理是否方便可靠。方案設(shè)計(jì)上要綜合考慮設(shè)計(jì)水量、原水水質(zhì)、水質(zhì)要求、可利用場(chǎng)地等。工藝選擇考慮的因素包括從鐵、錳的去除；溶解性總固體的去除；結(jié)垢的控制等方面。

3 高鹽礦井水處理工藝

3.1 高鹽礦井水處理工藝介紹 高鹽礦井水處理是在應(yīng)用中,包括分置式、一體式和復(fù)合式三種,其中分置式膜組件和生物反應(yīng)器分開設(shè)置,生物反應(yīng)器中的混合液由循環(huán)泵推動(dòng)進(jìn)入膜組件的過(guò)濾段,然后在壓力的作用下,混合液中的液體會(huì)透過(guò)膜,一些雜質(zhì)組分會(huì)被膜過(guò)濾掉,實(shí)現(xiàn)對(duì)水的凈化處理。使用一體式的高鹽礦井水處理會(huì)將膜組件安裝在生物反應(yīng)器內(nèi)部,井水進(jìn)入膜生物反應(yīng)器,大部分的雜質(zhì)被混合液中的活性污泥去除,然后再利用水泵的作用,使水體透過(guò)膜,達(dá)到處理井水的目的。復(fù)合式和一體式的結(jié)構(gòu)類似,但是在生物膜反應(yīng)器內(nèi)加入了一些填料,讓膜的特征發(fā)生了明顯的轉(zhuǎn)變。

3.2 高鹽礦井水處理工藝的特點(diǎn) 使用高鹽礦井水處理技術(shù)的過(guò)程中,膜分離設(shè)備可以截留生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物,所以在結(jié)構(gòu)中省去了設(shè)備中的二沉池,在簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的同時(shí),也由于膜分離作用導(dǎo)致生物反應(yīng)器的功能得到了豐富,而且能夠充分發(fā)揮活性污泥的作用,減少了在傳統(tǒng)井水凈化模式下,活性污泥存在的各種問(wèn)題。使用該方法在出水水質(zhì)上更好,所以在工藝上受到了比較多的推崇。同時(shí),由于使用高鹽礦井水處理技術(shù)后設(shè)備的集成度更高,省去了二沉池的結(jié)構(gòu),所以該設(shè)備的占地面積相對(duì)更小。

3.3 高鹽礦井水處理工藝用膜 高鹽礦井水處理工藝中使用的膜包括高分子有機(jī)膜和無(wú)機(jī)膜,高分子有機(jī)膜主要為聚乙烯、聚丙乙烯、聚烯烴等,在應(yīng)用當(dāng)中具有成本低的特點(diǎn),而且制造工藝也比較成熟,因此應(yīng)用非常廣泛。但是使用該技術(shù)時(shí),可能會(huì)受到雜質(zhì)的影響導(dǎo)致污染,并且高分子膜的強(qiáng)度相對(duì)比較低,因此使用壽命也比較短暫。而無(wú)機(jī)膜則包括金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃和高分子材料等等,無(wú)機(jī)材料在使用過(guò)程中的耗能比較低,而且具有更高的強(qiáng)度,耐酸抗溫的性能也會(huì)比較強(qiáng),但是很多無(wú)機(jī)材料的價(jià)格都比較貴,影響了無(wú)機(jī)材料在實(shí)際高鹽礦井水處理工作中的應(yīng)用。

3.4 高鹽礦井水處理生化系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.1 有機(jī)負(fù)荷和污泥濃度 在高鹽礦井水處理的生化系統(tǒng)中,污泥的濃度和有機(jī)負(fù)荷會(huì)決定處理效果,針對(duì)不同的高鹽礦井水處理,也會(huì)對(duì)負(fù)荷進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,滿足不同的應(yīng)用需求。例如對(duì)生活井水的處理中,一般會(huì)采用常規(guī)負(fù)荷,但是由于使用高鹽礦井水處理技術(shù)時(shí),可以實(shí)現(xiàn)完全的泥水分離,所以一般具有較高的污泥濃度,并且由于膜的過(guò)濾作用,污泥會(huì)富集。因此,高鹽礦井水處理工藝中正常運(yùn)行時(shí)控制污泥的濃度范圍一般在3000-15000mg/L,在正常運(yùn)行的過(guò)程中,會(huì)將污泥的濃度控制在6000-10000mg/L。在使用過(guò)程中必須做好對(duì)污泥濃度的控制,無(wú)論污泥濃度過(guò)高或者過(guò)低,都會(huì)導(dǎo)致膜的污染。

3.4.3 水停留時(shí)間控制 依靠高鹽礦井水處理工藝中的膜,能提升生化系統(tǒng)的污泥濃度,有效提升了微生物的去污能力,可以降低系統(tǒng)中的誰(shuí)停留時(shí)間。但是也要避免水停留時(shí)間果斷,防止出現(xiàn)系統(tǒng)的有機(jī)物出現(xiàn)積累,會(huì)導(dǎo)致膜通量的下降。所以,在設(shè)計(jì)的時(shí)候可以將水停留時(shí)間控制的長(zhǎng)一些,避免出現(xiàn)污染的問(wèn)題。

3.4.4 曝氣量的控制 高鹽礦井水處理工藝的曝氣量控制包括生化池曝氣和膜池曝氣,對(duì)生化池的曝氣需要根據(jù)生化池的實(shí)際情況進(jìn)行曝氣量的計(jì)算,精確確定曝氣量。對(duì)生活井水的處理工作中,需要根據(jù)膜的片數(shù)來(lái)確定曝氣量,也可以根據(jù)曝氣量來(lái)確定膜的片數(shù)。

3.4.5 最終產(chǎn)品和產(chǎn)物的去向

(1)產(chǎn)品水。產(chǎn)品水可作為農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)灌溉,水產(chǎn)養(yǎng)殖用水；也可并入工業(yè)供水管網(wǎng),供給周邊工業(yè)園區(qū)作為工業(yè)用水。

(2)硫酸鈉。硫酸鈉可作為化工原料銷售供給周邊生產(chǎn)企業(yè)。

(3)雜鹽。產(chǎn)生的雜鹽回收利用或委托有處理資質(zhì)的相關(guān)單位處置。

(4)污泥。產(chǎn)生的污泥回收利用或委托有處理資質(zhì)的相關(guān)單位處置。

4 高鹽礦井水處理工藝應(yīng)用成本高,缺少標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

高鹽礦井水處理應(yīng)用受到局限的原因不止因?yàn)閮r(jià)格較高,也和高鹽礦井水處理的標(biāo)準(zhǔn)化不足有關(guān),目前并沒(méi)有形成通用性的標(biāo)準(zhǔn),所有的廠商都會(huì)使用屬于自己的技術(shù)規(guī)范,在行業(yè)內(nèi)部缺少統(tǒng)一規(guī)范作為指導(dǎo)的情況下,不同廠商之間存在尺寸和型號(hào)不同的問(wèn)題,一定程度上影響了兼容性,給設(shè)計(jì)和采購(gòu)帶來(lái)了麻煩。而需要進(jìn)行模組更換時(shí),標(biāo)準(zhǔn)化不足所導(dǎo)致的問(wèn)題會(huì)更加突出,將會(huì)嚴(yán)重提升高鹽礦井水處理的運(yùn)行成本。

5 結(jié)語(yǔ)

目前高鹽礦井水處理技術(shù)的應(yīng)用還有一定的限制,必須解決在應(yīng)用過(guò)程中普遍存在的高能耗、高投入等問(wèn)題,保證高鹽礦井水處理技術(shù)的持續(xù)性。所以,高鹽礦井水處理工藝應(yīng)該加強(qiáng)在工藝上的改良,改進(jìn)膜的制造工藝,推動(dòng)技術(shù)朝著無(wú)害化和廉價(jià)化的方向發(fā)展,滿足未來(lái)的應(yīng)用要求。