煤礦礦井水資源化利用技術(shù)應(yīng)用方案分析

吉 培

（霍州煤電集團(tuán)興盛園煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 臨汾 031400）

0 引言

在煤礦生產(chǎn)過程中，會排放大量的礦井水，這些礦井水中含有大量有害化合物，如不進(jìn)行有效處理則容易造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。長期以來，由于技術(shù)和理念的局限，針對這些礦井水均采用傳統(tǒng)治理方法，未能充分挖掘礦井水所具有的潛在價(jià)值，導(dǎo)致礦井水的利用率偏低[1-2]。為解決上述局限，對煤礦礦井水進(jìn)行資源化利用則是一個(gè)切實(shí)可行的途徑，其不僅能夠有效解決污染問題，也能夠改善煤礦水資源匱乏的情況，具有突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1 實(shí)驗(yàn)方案整體設(shè)計(jì)

某煤礦企業(yè)的礦井水在污染程度上較為嚴(yán)重，礦井水中含鹽量較高，COD 值較高，且顏色較深，直接排放必定造成嚴(yán)重的污染問題，但該礦井水中較高的無機(jī)鹽含量也為實(shí)際的資源化利用提供了可能。因此，在本環(huán)節(jié)的研究中，研究人員決定通過現(xiàn)場中試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行該煤礦礦井水資源化利用技術(shù)方案的探索。本次按照總回收率80%的目標(biāo)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用某科技企業(yè)自主研發(fā)的多功能實(shí)驗(yàn)設(shè)備，選用該設(shè)備中的超濾膜組件去除礦井水中的色素和COD，并配備納濾膜組件分離礦井水中的硫酸鈉和氯化鈉溶液。本次設(shè)備的性能參數(shù)和試驗(yàn)裝置圖分別如表1 和圖1 所示。

圖1 中試實(shí)驗(yàn)裝置圖

表1 膜組件性能參數(shù)

2 主要實(shí)驗(yàn)流程

2.1 超濾膜去除COD

從該礦井的礦井水中取1 000 L 左右的反滲透濃水（該礦井水中的固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為4.3%），對其進(jìn)行預(yù)處理后，對固體含量和pH 值進(jìn)行現(xiàn)場檢測，而后使用超濾膜組件直接脫除礦井水中的色素和COD。在此基礎(chǔ)上，測定COD 的脫除效果和色素的脫除效果。首先對色素脫除效果進(jìn)行對比分析，分析結(jié)果如圖2 所示。

圖2 原水（左）與處理后清液（右）的色度對比分析

從圖2 可見，在經(jīng)過脫色處理后，處理后清液顏色明顯變淺，證明超濾膜組件能夠有效脫除礦井水的色度。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析超濾膜組件對COD 的脫除效果，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 超濾膜組件脫除COD 實(shí)驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)表

從表2 中的數(shù)據(jù)可見，本次應(yīng)用的超濾膜組件對COD 的脫除率超過40%，效果較為顯著，能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)方面的要求。

2.2 納濾膜分離礦井水中的無機(jī)鹽

在本次礦井水中，主要含有鈉離子、氯離子和硫酸根三種離子，為提高研究效率，在本環(huán)節(jié)的研究中，將溶液中的氯離子視為以氯化鈉鹽的形式存在，以此推斷氯化鈉含量；同時(shí)將硫酸根離子含量全部折算為硫酸鈉的含量。

基于此，在本次實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)用納濾膜組件，對硫酸鈉和氯化鈉兩種成分之間進(jìn)行分離。由于納濾膜組件自身的物理性質(zhì)，使得氯化鈉主要存在于納濾膜組件的過濾液中，而硫酸鈉則主要存在于納濾膜組件的截留液中[3-4]。由此，控制氯化鈉溶液的總回收率在80%以上，分別進(jìn)行取樣檢測，即可最終得到較為純凈的硫酸鈉和氯化鈉溶液，實(shí)現(xiàn)以上兩種成分的有效分離。在使用納濾膜組件分離后，分離效果見表3。

從表3 中的數(shù)據(jù)可知，本次實(shí)驗(yàn)中的納濾膜組件能夠?qū)崿F(xiàn)對礦井水中硫酸鈉和氯化鈉兩種成分的有效分離，且效果相對較優(yōu)。

3 實(shí)際應(yīng)用測試及討論

3.1 工藝路線的確定

結(jié)合上文的實(shí)驗(yàn)測試可知，在礦井水處理中，采用“超濾+納濾”的雙膜法工藝流程具有較高的可行性。為此，在針對目標(biāo)礦井的水處理中，經(jīng)過綜合考慮成本和性能兩方面的因素后，最終確定工藝流程如圖3 所示。

圖3 工藝流程圖

如圖3 所示，本次工藝主要包括脫鹽、二次濃縮和蒸發(fā)結(jié)晶分鹽三個(gè)部分。其中脫鹽處理后的產(chǎn)品水作為該煤炭企業(yè)廠區(qū)的生產(chǎn)用水；鹽水經(jīng)濃縮后，其產(chǎn)生的硫酸鈉和氯化鈉可達(dá)到工業(yè)用鹽標(biāo)準(zhǔn)，其他雜質(zhì)則作為固體廢物等待統(tǒng)一集中處置[5]。

3.2 實(shí)際處理效果分析

基于上述工藝流程，首先對超濾系統(tǒng)進(jìn)出水質(zhì)情況進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表4。

表4 超濾系統(tǒng)進(jìn)出水質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)表

其次是對納濾系統(tǒng)的進(jìn)出水水質(zhì)情況進(jìn)行分析，分析結(jié)果見表5。

表5 納濾系統(tǒng)進(jìn)出水水質(zhì)情況統(tǒng)計(jì)表

從表4、表5 中的數(shù)據(jù)可見，在超濾納濾環(huán)節(jié)中，超濾產(chǎn)水回收率在96%以上，COD 的截留率均維持在40%以上的高位。納濾膜對硫酸鈉的截留率則穩(wěn)定在99%以上，且納濾產(chǎn)水側(cè)ρ（氯化鈉）/ρ（硫酸鈉）的比值穩(wěn)定在50 以上，納濾濃水側(cè)ρ（硫酸鈉）/ρ（氯化鈉）比穩(wěn)定在10 以上。根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后可知，本次應(yīng)用的超濾納濾模式能夠有效分離礦井水中的兩種主要鹽分，有利于后續(xù)結(jié)晶產(chǎn)生高純度的鹽類。

在此基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品鹽質(zhì)量進(jìn)行三次抽檢，結(jié)果見表6。

表6 產(chǎn)品鹽質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

綜上所述，本次基于超濾納濾環(huán)節(jié)的礦井水資源化利用方案取得了初步成功，對于降低污染和資源再利用均發(fā)揮著一定的現(xiàn)實(shí)意義，預(yù)計(jì)其能夠帶來更高的經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)保效益。

4 結(jié)語

在本次研究中，基于煤礦礦井水利用現(xiàn)狀，以超濾納濾技術(shù)模塊為核心，并結(jié)合某煤礦的礦井水現(xiàn)狀，對煤礦礦井水資源化利用方案的工藝流程進(jìn)行了初步確定，通過中試放大實(shí)驗(yàn)印證了該工藝的合理性。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定了具體的工藝流程，并對其進(jìn)行實(shí)際測試。測試結(jié)果表明，本次煤礦礦井水資源化利用技術(shù)方案取得了初步的成功，預(yù)計(jì)其在今后的工作中也將得到逐步的推廣與應(yīng)用。