高矿化度矿井水“零排放”成套技术与设备.pdf

总第2 13期2023年第8 期环境治理摘要：我国是缺水大国，其水资源分布极不均衡，煤矿矿产资源较为丰富，但水资源匮乏，严重制约了矿区的生产发展和生活，却又未能较好地利用井下涌水资源，使企业一边支付人力、电力、设备资源将矿井涌水外排，一边还向社会缴纳为数不菲的排污费。面对日趋尖锐水资源供需矛盾及日益严峻的生态环境形势，国家针对矿井水治理的相关政策要求循环利用、禁止外排。关键词：矿井水；零排放；回收利用中图分类号：X7521矿井处理技术及创新性目前我国主流的处理工艺为“预处理生化处理+纳滤+反渗透”等，矿井水工艺能有效保证出水水质较好。但现有处理工艺主要缺点有反渗透浓水很难处理，盐份很高；也有部分采用蒸发浓缩液的方式实现浓缩液的减量化,蒸发处理后剩下的浓缩母液仍未找到很好的处理方法,结晶盐纯度较低难以资源化利用，反渗透成本高。该项目技术采用“预处理+多级膜高效浓缩+多效强制蒸发结晶+分盐”的治理工艺，进行工程化和集成化开发，通过多级膜高效浓缩，蒸发结晶、分盐资源化实现矿井水深度处理达标，其创新点及技术先进性如下：1)采用多级膜高效浓缩组合工艺，开发出经济高效的膜浓缩技术及装备，提高了膜浓缩回收率,解决了浓液减量化难题。2)采用化学除硬，避免了结垢的问题,克服修复技术施工、运行的限制，降低运行成本。3)采用多效强制蒸发结晶技术,多效蒸发器提高了盐的纯度，且为降低系统中杂质离子的浓缩聚集，为系统内的杂质离子设置了一个出口,使系统内的杂质离子维持在一定水平，以保证结晶盐的品质，从而解决了结晶盐纯度较低难以资源化利用的难题。4)形成了一套典型的矿井水深度处理工程模式。2主要工艺流程及指标3重点创新内容的实施项目技术主要采用“预处理+多级膜浓缩处理+多效强制蒸发结晶+分盐 的工艺流程(图1)。其中，二级膜浓缩和三级膜浓缩通常需要协调考虑,是零排放的重点和难点，工艺路线较多，主要技术难题是经济高效的防结垢预处理技术和高倍浓缩技术。设计出水指标见表1。收稿日期:2 0 2 2-11-0 2作者简介：朱峰，男，19 8 3年出生，毕业于中国矿业大学，本科，工程师，主要从事矿井环保管理工作。山西化工Shanxi Chemical Industry高矿化度矿井水“零排放 成套技术与设备朱峰(充矿能源(鄂尔多斯)有限公司，内蒙古鄂尔多斯0 17 0 0 0)文献标识码：A井下净化处理排水预处理系统（地面部分）膜浓缩处理系统蒸发结晶处理系统结晶盐图 1 工艺流程图表1设计出水水质指标水质指标限值pH69p(溶解氧)/(mg/L)5p(高锰酸盐)/(mg/L)6COD./(mg/L)20BOD;/(mg/L)4p(NH,-N)/(mg/L)1p(总磷)/(mg/L)0.2p(铜)/(mg/L)1p(锌)/(mg/L)1p(氟化物)/(mg/L)1p(硒)/(mg/L)0.01p(砷)/(mg/L)0.05p(汞)/(mg/L)0.000 1p(镉)/(mg/L)0.0053.1子预处理技术井下预处理没有考虑除铁锰，没有过滤装置，地面预处理目的是调节井下避峰就谷排水,去除水中铁、锰离子,进一步去除水中悬浮物胶体等影响膜浓缩处理系统稳定运行的因素 2 。预处理采用“调节曝气+过滤”的工艺。矿井水处理过程中的过滤形式采用V型滤池。V型滤池不仅滤料层厚度能够满足要求，纳Total 213No.8,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.08.097文章编号：10 0 4-7 0 50(2 0 2 3)0 8-0 2 4 5-0 3p（阴离子表面活性剂）/(mg/L)p(硫化物)/(mg/L)粪大肠菌群(个/L)p(硫酸盐(以SO计）)/(mg/L)p(氯化物(以 CI-计)/(mg/L)p(硝酸盐(以N计)/(mg/L)p(铁)/(mg/L)p(锰)/(mg/L)p(TDS)/(mg/L)产品水回用水质指标p(铬(六价)/(mg/L)p(铅)/(mg/L)p(氰化物)/(mg/L)p(挥发酚)/(mg/L)p(石油类)/(mg/L)限值0.050.050.20.0050.050.20.210.000250250100.30.1500山西化工第4 3卷污能力强，且采用气水反冲洗，冲洗效果好，滤速高，能耗较低，占地面积小，能够实现较高的自动化程度。3.2多级膜浓缩处理技术一级浓缩处理处理技术相对成熟,采用“超滤+BW反渗透”工艺，UF回收率可以达到9 5%以上，出水浊度1NTU,SDI15(污染指数)5,为反渗透处理提供较好的进水条件。本项目二级膜浓缩前采用药剂软化+管式微滤(TMF)的预处理工艺,在三级膜浓缩前采用管式微滤（TMF)+离子交换+除碳工艺，二级膜浓缩采用BWRO工艺，三级膜浓缩采用DTRO工艺。通过膜技术处理将绝大部分污染物质截留在浓水一侧,实现p(TDS)1 000 mg/L,浓缩后的浓盐水水量占总水量的10%以下,p(TDS)在10 0 0 0 mg/L以上,满足蒸发结晶的经济性要求，并为后续蒸发结晶做好准备。3.3多效强制蒸发结晶技术蒸发结晶是零排放过程中浓盐水处理的最主要方法,也是最终方法，主要有蒸发塘(晾晒池)工艺、多效蒸发工艺（MED）和机械蒸汽再压缩蒸发工艺（MV R)3。该项目采用MED多效蒸发工艺,MED利用蒸汽加热物料，之后再利用物料产生的二次蒸汽加热后一效的物料，依次循环，一般三效蒸发具有较高的性价比，同时可以分别控制各效温度，有利于分盐操作；运行费用方面，在蒸汽价格较低的地方MED优势更加明显，电费0.8 元/(kWh)情况下，蒸汽费7 0 元/t。相比较而言，工程投资较低，运行维护费用低，且运行电耗低。该工艺技术将膜浓缩产生的少量浓盐水中的溶解性盐类分离出来,实现固化，便于利用及最终处置,同时产生合格产品水。产品水p(TDS)1000mg/L,体积流量近乎等于浓盐水的体积流量；根据具体要求,产生的固体盐类可以是混盐，也可以是满足一定技术要求的工业原料盐。4技术产品应用示范案例4.1项目简述某煤矿矿井水深度处理工程建设地点在内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗嘎鲁图镇，建设时间为2019年2 月至2 0 19 年8 月。该矿现有2 0 0 0 m/h的地面净化处理站，主要以去除水中悬浮物为目的，出水达到煤炭工业污染物排放标准GB20426一2 0 0 2，但因处理系统主要设备为租用环保设备厂家,且能力不能满足今后水量增大的需求，经矿方多次论证后，准备在井下建一座预处理系统，处理能力30 0 0 m/h。根据水质分析,该煤矿矿井水含盐量330 0 mg/L左右，因此,需要对矿井水进行深度处理。深度处理项目处理对象为井下预处理系统的出水。设计一级浓缩采用“超滤+BW反渗透”工艺，二级浓缩采用BW反渗透工艺，三级浓缩采用DTRO反渗透工艺，系统中除硬采用“药剂软化+管式微滤膜”工艺，浓盐水处理采用“多效蒸发+分盐结晶”工艺，生产Na2SO4，占地面积省，技术成熟可靠，运行稳定，处理效果好，可保证出水水质满足地表水环境质量标准GB3838一2 0 0 2 表1三类水质（非湖、库）和表2水质指标要求,同时p(TDS)500 mg/L,p(硫酸盐）250mg/L,p(氯化物)冷凝水处送新蒸汽一效蒸发罐硫酸钠浆液、稠厚器母液缓冲罐流化床干燥器母液外排至前端氯化钠蒸发罐二级产品水7201/h加药装置再生装置加药装置三级产品水99th2.919小*成品水池（4 0 0 m%）2.919h*高品质利用或外样包装机氯化钠产品硫酸钠产品图3蒸发结晶工艺流程图污染，改善周边居民的居住环境；每天最多可为矿区及周边企业、农业生产提供6 50 0 0 m以上的可利用水源，减少了地下水的取水量，保护了地区地下水资源的自然平衡，解决地区用水量日益增加和水资源越配水装置来越短缺的矛盾，提高煤矿企业的综合效益，促进矿区的可持续发展，同时增加了50 人的就业机会，对促进社会稳定和谐发展起到积极作用。5实施效果项目技术产品包含多级膜高效浓缩及多效强制蒸发结晶系统，工艺系统复杂，设备多，投资大，专业性强，技术水平高，对矿井水的深度处理具有示范作用。该项目技术产品主要应用推广领域为矿井水深度处理，适用行业为各地区的煤矿厂等，可根据不同的进水水质，调整运行方式和参数，适用于各类矿井水。参考文献15史元腾，王小强,荆波,等.纳滤系统在矿井水零排放项目中分盐的应用 J.膜科学与技术，2 0 19(3)：119-12 4.2朱泽民,刘晨.超滤反渗透双膜法在甘肃某矿井水处理中的应用 J.给水排水,2 0 19(6):7 7-8 1.3耿兴福.反渗透系统在高矿化度矿井水处理中的应用 J.中国设备工程,2 0 19(13):151-152.Complete Set of Zero Discharge Technology and Equipment for High Salinity Mine WaterZhu Feng(Yankuang Energy(Ordos)Co.,Ltd.,Ordos Inner Mongolia 017000,China)Abstract:China is a water scarce country with extremely uneven distribution of water resources.Coal mine mineral resources are relativelyabundant,but water scarcity seriously restricts the production,development,and life of mining areas.However,it has not been able toeffectively utilize underground water resources,causing enterprises to pay for human,electricity,and equipment resources to discharge minewater while also paying a significant amount of pollution discharge fees to society.Faced with the increasingly acute contradiction betweensupply and demand of water resources and the increasingly severe ecological environment situation,the relevant policies of the country formine water management require recycling and prohibit discharge.Key words:mine water;zero emissions;recycling