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西部地区高矿化度矿井水零排放技术进展

作者:未知

  摘 要:针对我国西部地区缺水现状及西部地区高矿化度矿井水处理的技术难点,本文首先基于水处理的前沿技术现状及矿井水处理的具体实施条件,设计了基于初步净化、深度脱盐、浓缩及蒸发结晶四步工艺步骤的技术路线,并对四个步骤的具体工艺及技术关键进行分析,最后进行工程实践,实现了矿井高矿化度矿井水的零排放要求。
  关键词:高矿化度矿井水;零排放;脱盐处理;浓缩处理
  1 高矿化度矿井水处理技术路线
  高矿化度矿井水在定义方面是指无机盐总含量大于1000mg/L的矿井水。经过国内外学者的不断研究应用,对于高矿化度矿井水的处理,已逐步形成了认可度较高的技术路线,第一步是要对矿井水进行初步混凝沉淀处理,旨在处理矿井水中的煤泥颗粒等悬浮物,未经处理的废水中悬浮物浓度过高,经过净化处理后可将悬浮物质量浓度降至50mg /L或以下;第二步是对废水进行深度脱盐处理,常用的工艺方法包括超滤反渗透、传统过滤反渗透、电渗析以及离子膜技术等,处理之后要求无机盐质量浓度降至1000mg/L以下,处理后可作生活用水或部分要求较高的工业用水;第三步是浓缩处理工艺,目的是对无机盐进行浓缩,为蒸发结晶准备条件,浓缩后的无机盐质量浓度高达60000mg/L以上,常用的工艺包括苦咸水反渗透工艺、海水反渗透工艺以及碟管反渗透工艺等;第四步工序为无机盐的蒸发结晶。
  2 高矿化度矿井水处理工艺分析
  2.1 矿井水的初步净化处理
  矿井水必须进行初步的净化处理,对象主要是水中携带的煤岩粉、黏土、其他杂质等悬浮物,其在水中的含量一般不超过400mg/L,其特点是水体浑浊、颗粒小、密度小、不易沉降等,可进行混凝沉淀及过滤,混凝沉淀的机理较为复杂,涉及的因素较多,例如杂质的成分、电荷性质、浓度,废水的酸碱度、温度及其他絮凝条件等。按照常规加入铝盐、铁盐等类型的絮凝剂后,其与污水中胶体颗粒等污染物进行电中和、脱稳、沉淀等作用,从而产生大颗粒的混凝沉淀物,然后进行过滤、消毒及后续工艺。
  2.2 矿井水的深度脱盐处理
  高矿化度礦井水的定义是无机盐含量超过1000mg/L,但我国大部分矿区的矿井水无机盐含量远超此标准,新疆部分矿井的矿井水无机盐浓度可至12000mg/L以上,其无机盐离子主要包括钠离子、钙离子、镁离子、钾离子等,对应的处理工艺包括了超滤反渗透、传统过滤反渗透、电渗析以及离子膜等技术,该工序其实也是浓缩工艺的初始阶段,其技术标准是将无机盐浓度降至1000mg/L以内,可达到200mg/L的标准。常用的处理工艺为传统反渗透工艺及超滤反渗透工艺,传统反渗透工艺自动化程度较低,操作工作量大,处理效果一般,成本较低,适合含铁、锰较高的矿井水;超滤反渗透工艺的脱盐效果较好,脱盐率可达到九成以上,但成本较高,适合管理水平及生产效益较高的矿井。
  2.3 矿井水的浓缩处理工艺
  对矿井水进行初步净化处理及脱盐处理后,即可进行深度浓缩处理,该程序是处理高矿化度矿井水的重点和难点,工艺复杂,其主要技术难点在于高倍浓缩、提炼及防结垢技术。目前我国矿井水处理常用的浓缩处理工艺包括苦咸水反渗透+海水反渗透工艺(BWRO+SWRO);苦咸水反渗透/海水反渗透+碟管反渗透/管网式反渗透工艺(BWRO/SWRO+DTRO/STRO)。其中BWRO+SWRO工艺适用于溶解性总固体(TDS)质量浓度在20000mg/L以内的浓缩水处理,经过该工艺浓缩处理后,浓盐水的质量浓度可浓缩至60000mg/L;BWRO/SWRO+DTRO/STRO工艺适用于TDS质量浓度在30000mg/L以内的浓缩水处理,经过该工艺浓缩处理后,浓盐水的质量浓度可浓缩至80000mg/L级别。
  2.4 矿井水的蒸发结晶工艺
  作为高矿化度矿井水常规处理的终结步骤,蒸发结晶即是将废水中的溶解性固体进行结晶固化,进而得到可重复利用的净化水。当前我国水处理常用的蒸发结晶工艺包括MVR两级蒸发浓缩结晶工艺及低温多效MED蒸发结晶工艺,前者经预处理的矿井废水首先与高温冷凝水换热后,进入一级加热器,通过控制一级蒸发结晶装置的操作点接近无机盐共饱和点,使无机盐离子在一级结晶罐中不断结晶析出,高纯度结晶盐通过离心分离、干燥后,打包存放在盐仓;后者通过蒸汽作用对物料进行加热,循环利用二次蒸汽进行再加热,经过三效蒸发结晶后获得结晶无机盐。
  3 工程案例
  西部某矿对高矿化度矿井水零排放技术及应用有着较高需求,其矿井水排放量平均值超过500m3/h,且其所排放矿井水的无机盐浓度超过2500mg/L,按照当前的环保要求必须对其矿井水进行处理,实现将无机盐浓度降至1000mg/L以内的技术标准,做到矿井废水零排放。
  本矿的矿井水处理按照初步净化、深度脱盐、浓缩及蒸发结晶四步工艺步骤进行处理。净化处理:调节池、混凝沉淀、迷宫反应、斜板沉淀、纤维过滤。深度处理:穿孔曝气、自清洗过滤、UF、苦咸水反渗透。浓缩处理:精密过滤、苦咸水反渗透、软化处理、脱碳处理、碟管反渗透。蒸发结晶:酸化处理、脱碳处理、三效蒸发、离心分离、结晶蒸发、二次离心分离。
  4 结语
  对该矿的高矿化度矿井水按照四步工艺进行处理,可实现回用水的标准达到无机盐浓度控制在300mg/L以内,水资源回收率达到95%以上,且相关经济指标均控制在设计范围内,能够实现预期的技术、环保及经济效益。
  参考文献:
  [1]靳德武,葛光荣,张全,郭毅定.高矿化度矿井水节能脱盐新技术[J].煤炭科学技术,2018,46(09):12-18.
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