含鐵錳礦井廢水回用于生活飲用水的應用

吳俠

摘要：本文介紹了含鐵錳礦井廢水作為生活飲用水的回收利用。采用的工藝是：含鐵錳礦井廢水經過鐵錳預處理+活性炭過濾處理后，采用膜處理達到生活飲用水的標準。

關鍵詞：礦井廢水；錳砂過濾；活性炭過濾；膜處理

1 概述

我國是煤炭能源大國，煤炭在開采過程中會產生大量廢水，若不經處理直接排放，勢必對環境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現循環經濟的目標。據統計我國40%的礦區嚴重缺水，已制約了煤炭生產的發展。西北礦區多處于山區，水資源更為缺乏，地表水又多為間歇性河流，枯洪水季節流量相當懸殊，常年流量稀釋能力差，排入河流的污水造成嚴重污染。因此，開發、管理、利用好煤礦水資源，對煤炭工業可持續發展具有重要意義。

礦井水本身的水質主要受當地水文地質、氣候、地理等自然條件的影響。。根據礦井水含污染物的特性，一般可將其劃分為：潔凈礦井水、含懸浮物礦井水、高礦化度礦井水、酸性礦井水、堿性礦井水及含特殊污染物礦井水，如含高氖礦井水，含重金屬礦井水及含放射性污染物礦井水等。

2 礦井水的特征及處理工藝

2.1水的特征

不同的礦井水水質有很大差異，其水質與普通地表水和地下水的水質有明顯的差異，具有明顯的煤炭行業的特征，主要有：

1）、煤礦礦井水的懸浮物含量明顯高于地表水，且很不穩定，感官性狀差。

2）、懸浮物粒度小、比重輕、沉降速度慢，礦井水中懸浮顆粒直徑較小，平均只有2～8um，總懸浮物中約85%以上的粒徑在50um以下；煤粉的平均密度一般只有1.3～1.6g/cm3，明顯小于地表水中泥砂顆粒物的平均密度1.9～ 2.6g/cm3。

3）、含有機污染物。地表水中一般不含有有機物，而在礦井水中，除了煤粉本身就是有機物以外，水體中還含有少量的廢機油、乳化油、腐爛廢坑木、井下糞便等有機物。

2.2 礦井廢水處理的常規工藝

主要處理技術有：沉淀、混凝沉淀、混凝沉淀過濾等。處理后直接排放的礦井水，通常采用沉淀或混凝沉淀處理技術；處理后作為生產用水或其它用水的，通常采用混凝沉淀過濾處理技術；處理后作為生活用水，過濾后必須再經過除酚等對人體有害物質及消毒處理；有些含懸浮物的礦井水含鹽量較高，處理后作為生活飲用水還必須在凈化后再經過淡化處理。才能達到生活飲用水的標準。

3 礦井水回用處理工程實例

3.1工程概況

江蘇徐州境內煤炭資源十分豐富，是全國重要的煤炭產地。目前，規劃面積10平方千米的煤化工產業園已被國家發改委納入全國煤化工產業中長期發展規劃，成為全國七大煤化工基地之一。

徐州某礦區，由于長期的采煤，造成大量的礦井水的排放。目前有大量的礦井水經過初步的處理后作為煤炭沉陷區的景觀水的主要組成部分。隨著生活飲用水的短缺，考慮將部分的礦井水回收利用與生活飲用水的試點工程。

3.2礦井水處理設計水質、水量

進水：水量120噸/天，水質：渾濁度5.3mg/l、鐵離子5.6mg/l、錳離子0.72mg/l、溶解性總固體1195mg/l、硫酸鹽274mg/l、總硬度570mg/l

出水：水量72噸噸/天，水質：渾濁度1mg/l、鐵離子5.6mg/l、錳離子0.72mg/l、溶解性總固體1000mg/l、硫酸鹽250mg/l、總硬度450mg/l

3.3回用處理工藝流程

本工程以曝氣、除鐵錳、過濾為預處理，反滲透裝置為后續深度處理，保證系統出水水質滿足用水要求，既能只進行除鐵錳處理后達到地表水三類標準，又能繼續深度處理后達到生活飲用水標準。

3.4設備參數

（1）曝氣水箱

設置1臺10m3的FRP水箱，用來儲存原水并進行曝氣。

（2）曝氣機

設置一臺潛水曝氣機，主要由水下曝氣機及擴散裝置以及相關的管路組成。其除鐵錳原理是：水中鐵離子通過曝氣后二價鐵離子迅速被氧化為三價鐵并形成懸浮物，錳離子通過曝氣后二價錳離子被氧化成二氧化錳，這些懸浮物和二氧化錳可通過后面的過濾器完全去除，達到除鐵和錳的目的，還可以去除受污染水中的有機物及其其他雜質。

（3）全自動除鐵錳過濾器

設置1臺出力為6m3/h的錳砂過濾器用以去除原水中的鐵錳離子。礦井水經曝氣后，水中鐵、錳離子流經錳砂濾層時，在濾層中發生接觸氧化反應及濾料表面生物化學作用和物理截留吸附作用，使水中鐵、錳離子沉淀去除。

利用錳砂濾料的截留、濾除作用，去除大粒徑的雜質顆粒、膠體和懸浮物，具有低成本、操作維護及管理方便等特點。

（4）活性炭過濾器

設置1臺出力為6m3/h的活性碳過濾器，主要去除大分子有機物、鐵氧化物、余氯、色度、除嗅。

（5）RO保安過濾器

RO保安過濾器的作用是截留大于5μm的顆粒進入反滲透系統。設計1臺立式保安過濾器，直徑為200mm，內含5支濾芯，流量為5m3/h，

（6）阻垢劑加藥裝置

流程：阻垢劑溶液箱→計量泵→反滲透進水管

根據水源的特點，選用適合的阻垢藥劑，也是一種阻垢分散型藥劑，它有如下作用：

1）它無毒、無異物脫落，化學性能穩定，可以進行化學清洗。

2）因原水在反滲透濃水側濃縮后，朗格利爾（LSI）指數由0提高到2.2，控制鈣、鎂硬度在此范圍內不會在膜內沉積結垢。

3）阻垢劑的加藥點在一級反滲透的進水保安過濾器處，用于阻止一級反滲透設備的結垢。

（7）高壓泵

高壓泵為反滲透膜組提供足夠的進水壓力，維持反滲透膜的正常運行。泵進進口設置高低壓力開關，用以壓力高底報警及停泵。設慢開電動閥，具有慢開特性，以防膜組件受高壓水的沖擊。

4 經濟分析

該項目總投資為20萬元，噸水投資成本為4萬元/m3。運行費用約1.0元/噸。

水處理設備按一天運行20h計算，每年可處理回用的礦井水量為3×7300h=21900 m3 / a，自來水按照3元/噸計算可以節省65700元/年水費。處理礦井水處理費用3.65萬元，可節省費用2.92萬元/年。

經過多個月的運行，整個系統運行穩定，產水水質好，技術上是成熟和可行的。運行成本低，經濟效益好，可以節省自來水的費用，而且產水可以直接飲用。

5 結語

采用膜處理技術可將礦井廢水處理后作為和生活飲用水或直飲水，不僅解決了礦區缺水問題，而且充分利用了礦井廢水資源，節省了地下水用量，因而具有廣泛的應用前景和現實意義。礦井水的回收利用不僅開辟了第二水源，降低了礦區新鮮水取用量，同時減少了礦井廢水的排放量，也減少了治理環境污染的投資。所以礦井水的回用既節約了水資源也消除了環境污染具有多重效益。

礦井廢水的回用實現污水資源化，是目前煤礦解決水資源緊缺的最有效的途徑、是缺水企業勢在必行的重大決策，可行性很強，具有重大意義和多重效益。

（作者單位：江蘇永冠給排水設備有限公司）