礦井水深度處理工程設(shè)計(jì)

韓 沖，肖功富，蘇 航

兗礦集團(tuán)兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦地面服務(wù)隊(duì)，山東菏澤 274700

0 引言

許多煤礦礦井水中除含有以煤屑為主的懸浮物外，溶解性總固體、總硬度、硫酸鹽、氯化物、氟化物等的含量也比較高，必須進(jìn)行深度處理后才能作為煤礦生活用水和生產(chǎn)用水。不同的礦井水中離子含量各不相同，不能簡單地套用常規(guī)自來水制純備凈水的反滲透技術(shù)，必須根據(jù)某一特定煤礦的礦井水的水質(zhì)特點(diǎn)，進(jìn)行深度處理，礦井水深度處理工程正是為解決這個(gè)問題而建設(shè)的。礦井水深度處理技術(shù)，具有工藝簡單、投資省、運(yùn)行成本低、自動(dòng)化程度高、操作管理方便、占地面積小、使用壽命長、維護(hù)費(fèi)用低、出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，已在趙樓礦井水凈處理工程中應(yīng)用，取得了令人滿意的效果。

1 供水現(xiàn)狀及存在的問題

趙樓礦井生活、消防用水取自地下水。礦井現(xiàn)有生活水處理站一座，采用“超濾+反滲透”處理工藝，處理能力為1 920m3/d，目前礦井工廣范圍內(nèi)共有6座水源井，總出水量70m3/h，即1680m3/d，經(jīng)反滲透處理后的水量為1 260m3/d。而目前礦井需要采用反滲透出水的生活用水量已達(dá)到2 746m3/d，預(yù)計(jì)將來電廠的生活用水量為600m3/d，總用水量將達(dá)到3 346m3/d，因此現(xiàn)有得生活水處理站已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足生活用水需要。

礦井生產(chǎn)用水采用處理后的井下排水。現(xiàn)有礦井水處理站一座，采用“混凝+沉淀”的處理工藝，處理能力為330m3/h，即8 000m3/d，但原處理站未設(shè)深度處理系統(tǒng)，處理后的水離子含量較高，對(duì)管道和設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。礦井一采區(qū)開采時(shí)，井下排水量為220m3/h～300m3/h，2009年最大為420m3/h，2011年最大為900m3/h。將來隨著后續(xù)采區(qū)的開采，井下排水量預(yù)計(jì)將達(dá)到1 200m3/h左右，現(xiàn)有的礦井水處理站處理能力將不能滿足要求，必須進(jìn)行擴(kuò)建。另外，剩余的礦井水將輸送給電廠循環(huán)補(bǔ)水使用，而目前的處理工藝達(dá)不到電廠的原水進(jìn)水水質(zhì)要求，需要對(duì)現(xiàn)有工藝進(jìn)行優(yōu)化。從上面的分析可以看出，隨著趙樓礦井的不斷發(fā)展，地下水源不足以及相關(guān)水處理設(shè)施處理能力不足的問題日益突出，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了礦井的正常生活和生產(chǎn)，電廠建成后，更加不能滿足需要，必須找出切實(shí)可行的措施解決水源以及水處理的問題。

新建礦井水深度處理站，經(jīng)過預(yù)處理后供給井下生產(chǎn)、消防用水；剩余的經(jīng)過深度處理，一部分直接供給空調(diào)機(jī)房、井下冷卻等循環(huán)用水；一部分與預(yù)處理水混合后供給生活用水；剩余的部分供給電廠使用。

2 礦井水深度處理站設(shè)計(jì)原則

1）充分利用現(xiàn)有條件，因地制宜；

2）采用先進(jìn)工藝，確保處理效果；

3）減少投資及運(yùn)行費(fèi)用，以節(jié)省用戶資金；

4）工程中的設(shè)備選用國內(nèi)先進(jìn)節(jié)能優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，確保工程質(zhì)量；

5）結(jié)合工程實(shí)際合理確定水處理工程的自動(dòng)化水平；

6）力求獲得最大的社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益；

7）符合國家環(huán)保產(chǎn)業(yè)政策。

3 工藝選擇及設(shè)計(jì)

常用的處理工藝有：反滲透、電吸附、離子交換等。其中離子交換法由于工藝復(fù)雜已逐漸被淘汰；電吸附法適用于溶解性總固體不超過3 000mg/l的水，而本工程的原水溶解性總固體超過4 000mg/l，若采用此法造價(jià)太高，運(yùn)行效果也會(huì)不好；反滲透法是目前最為常用的處理方法，工藝成熟，離子去除率高，出水水質(zhì)穩(wěn)定可靠，工程投資較低。

根據(jù)原水特點(diǎn)，一級(jí)理采用“DA863過濾器+活性炭過濾器”的工藝，深度處理采用“超濾+反滲透”的工藝。工藝流程如下：

第二節(jié) 工藝流程說明

整個(gè)系統(tǒng)由原水一級(jí)處理、反滲透脫鹽系統(tǒng)二大部分組成，流程說明如下：

3.1 一級(jí)處理部分

新建的礦井水深度處理間內(nèi)主要設(shè)過濾提升泵、DA863過濾器、活性炭過濾器、等設(shè)備，系統(tǒng)處理量為600m3/h，預(yù)處理后的原水通過提升泵增壓至0.32MPa，原水進(jìn)入DA863過濾器后，由濾料除去水中的顆粒狀雜質(zhì)、懸浮物等，初濾后水經(jīng)活性炭過濾器除去有機(jī)膠體，游離氯等，可使水質(zhì)得到基本凈化，出水可進(jìn)入回用水池，回用水池中的水一部分供給井下消防灑水，一部分供給電廠用水，還有110m3/h需通過超濾、反滲透處理后用于工業(yè)及生活用水。此外，還可作為DA863過濾器、活性炭過濾器的反沖洗水。

由于出水中還有CaCO3、CaSO4、MgSO4、MgCO3等鹽份，在經(jīng)過RO系統(tǒng)時(shí)會(huì)在RO膜進(jìn)水面產(chǎn)生水垢，從而影響RO膜的性能，為防止RO膜性能降低，增加阻垢劑是十分必要的。阻垢劑加藥裝置的作用是在保安過濾進(jìn)口處，加入高效率的專用阻垢劑，可防止反滲透濃水側(cè)產(chǎn)生結(jié)垢。

3.2 反滲透脫鹽系統(tǒng)

整個(gè)反滲透系統(tǒng)中由超濾裝置、保安過濾器、反滲透裝置、RO化學(xué)清洗系統(tǒng)組成。超濾膜分離技術(shù)具有占地面積小、出水水質(zhì)好、自動(dòng)化程高等特點(diǎn)。這些膜分離產(chǎn)品均是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力，以物理截留的方式去除水中一定顆粒大小的雜質(zhì)。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關(guān)。超濾可以去除病毒、大分子物質(zhì)、膠體等。超濾后的水經(jīng)保安過濾器截留前置設(shè)備和管道中可能泄漏的機(jī)械雜質(zhì)，進(jìn)入高壓泵增壓后送入反滲透裝置，在壓力的作用下透過反滲透膜，脫鹽后淡水進(jìn)入飲用水池，鹽份隨小部分未透過水匯集成濃水后排入室外雨水溝。

反滲透主體設(shè)備選用美國HYDRANAUTICS公司生產(chǎn)的CPA3低壓復(fù)合膜，配套R(shí)O專用壓力容器。

RO裝置設(shè)置一塊就地儀表操作盤，在儀表操作上可讀出RO的有關(guān)工藝參數(shù)，以及能在就地操作盤上啟停RO進(jìn)水高壓泵、清洗泵及相關(guān)泵。

高壓泵是RO裝置的動(dòng)力來源，為使RO裝置處于良好的運(yùn)行狀況下，高壓泵進(jìn)口設(shè)置壓力開關(guān)，當(dāng)高壓泵進(jìn)口壓力低于限定值（缺水≤0.05MPa），則高壓泵進(jìn)口壓力開關(guān)（低壓保護(hù)）送訊號(hào)至高壓泵，保護(hù)高壓泵不在空轉(zhuǎn)情況下工作；RO裝置設(shè)置一套PLC控制自動(dòng)純水沖洗系統(tǒng)；RO系統(tǒng)每當(dāng)停運(yùn)或間隔一定周期可自動(dòng)定時(shí)對(duì)RO膜元件進(jìn)行低壓表面沖洗，將RO膜元件內(nèi)尚存的濃水沖洗掉。

RO裝置設(shè)置一套化學(xué)清洗系統(tǒng)，由化學(xué)清洗箱、清洗泵組成；當(dāng)RO膜元件受到給水污染、系統(tǒng)性能指標(biāo)下降到一定程度時(shí)可進(jìn)行化學(xué)清洗，以恢復(fù)其應(yīng)有的優(yōu)良脫鹽、產(chǎn)水性能；本工程反滲透系統(tǒng)的出力為80m3/h（25℃），反滲透系統(tǒng)脫鹽率大于98%，反滲透系統(tǒng)水回收率為75%。

4 結(jié)論

總之，對(duì)礦井水進(jìn)行處理并加以利用，不但可以防止水資源流失，避免對(duì)水環(huán)境造成污染，而且還能緩解礦區(qū)供水不足、改善礦區(qū)生態(tài)環(huán)境，最大限度地滿足生產(chǎn)和生活用水需要具有重要的意義。

[1]唐受印，戴友芝.水處理工程手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000：259-273.