高礦化度礦井水井下深度處理技術(shù)研究

李 翠，陳永春，安士凱，徐燕飛，畢 波

（煤礦生態(tài)環(huán)境保護國家工程實驗室，安徽 淮南 232001）

礦井水的資源化利用是實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟、節(jié)能減排目標(biāo)的重要基礎(chǔ)[1]。目前，淮南礦區(qū)礦井水主要為高氯化物型高礦化度礦井水，其中氯離子、溶解性總固體等含量較高，經(jīng)地面凈化處理無法滿足井下配制乳化液用水等對水質(zhì)要求較高的方面，必須進行相應(yīng)的深度處理。在井下建立礦井水凈化處理站，并在井下將凈化后的礦井水向供水系統(tǒng)補水，從而減少礦井水抽排工作量和礦井水外排對環(huán)境造成的污染，降低礦井水提升費用，這是礦區(qū)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)[2]。

1 礦井水利用現(xiàn)狀

淮南礦區(qū)目前共有14對生產(chǎn)礦井，礦井水溶解性總固體普遍較高，一般在1 000～3 000 mg/L；氯化物含量在350～1 200 mg/L；硫酸鹽含量絕大部分小于250 mg/L，屬于較為典型的高氯化物型高礦化度礦井水。

礦井水現(xiàn)多以地面凈化處理為主，采用加藥混凝、澄清過濾工藝，出廠水濁度＜5 NTU，之后通過供水管網(wǎng)供到井下工作面。凈化處理只去除礦井水中的煤塵、泥沙等不溶性物質(zhì)，對水中的溶解性鹽類沒有作用，因此用于井下配制乳化液時，必須進行深度處理，降低水中氯離子及溶解性總固體含量，使其達到《煤礦企業(yè)礦山支護標(biāo)準(zhǔn)——液壓支架（柱）用乳化油、濃縮物及其高含水液壓液》（MT76-2002）中有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，否則會影響乳化油的乳化性能，降低乳化液的防腐蝕及潤滑能力，并造成管路堵塞、結(jié)垢或腐蝕等。

2 處理技術(shù)

2.1 懸浮物去除技術(shù)

為了保持反滲透系統(tǒng)的設(shè)計性能和安全運行，保證膜的使用壽命，必須對原水進行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理，保證進入膜系統(tǒng)的水濁度小于3 NTU[3]。根據(jù)礦井水中顆粒物的粒徑分析，選用50 μm、20 μm、10 μm等級過濾介質(zhì)對礦井水進行顆粒物的去除試驗研究。礦井水先經(jīng)過50 μm濾材過濾，濾過液再經(jīng)過20 μm濾材過濾，之后濾過液再經(jīng)過10 μm濾材過濾，并分別測量濾過液濁度的試驗結(jié)果。可以看出待濾液依次過濾，過濾速度普遍提高，分別為快、快、較快；經(jīng)過10 μm過濾后的濾過液濁度普遍降低，最高為1.8 NTU，最低為1.3 NTU，平均為1.53 NTU，濁度去除率為97.71%。據(jù)此推算，進水濁度在130 NTU以下時，均可以保證出水濁度小于3 NTU，滿足反滲透進水需要。

2.2 防垢技術(shù)

采用加藥阻垢的方法防止納濾/反滲透膜污染。根據(jù)RO系統(tǒng)要求，并考慮經(jīng)濟適用的原則，最終確定Argo的MDC220阻垢劑加藥量為6.0 mg/L。藥劑投加采用一種新型無用電設(shè)備的加藥裝置，在脈沖氣流的推動下，加藥執(zhí)行器將預(yù)定量的藥劑準(zhǔn)確地投加進工藝流程，實現(xiàn)自動準(zhǔn)確的阻垢劑投加[4-5]。

2.3 膜處理技術(shù)

礦井水經(jīng)過濾介質(zhì)去除懸浮物以后，投加6.0 mg/L的阻垢劑，然后進入納濾/反滲透技術(shù)單元進行處理。納濾/反滲透試驗采用定流量變壓力的試驗方法，進水流量為1 300 L/h，通過調(diào)節(jié)濃水側(cè)壓力實現(xiàn)淡水出水流量變化[6]。回收率與脫鹽率的關(guān)系及最終處理效果如圖1所示。

由圖1可知，納濾系統(tǒng)對礦井水可溶性鹽類的脫鹽率較低，在25%～40%。其主要原因是淮南礦區(qū)礦井水所含的可溶性鹽類以鈉離子、氯化物等一價離子為主。由于納濾膜對一價離子的去除率較低，對氯離子單膜去除率僅20%左右，而對二價及以上離子有較高的去除率，達到95%，所以納濾處理出水總體電導(dǎo)率較高[7]。由圖2可知，反滲透系統(tǒng)對可溶性鹽類的脫鹽率較高，在87%～96%，效果相對明顯，對一、二價離子均保持95%以上的去除率，使得總含鹽量跟電導(dǎo)率均明顯下降。

圖1 納濾回收率與脫鹽率關(guān)系

圖2 反滲透回收率與脫鹽率關(guān)系

該礦井水井下深度處理工藝能夠滿足井下乳化液配制用水的要求，工藝運行穩(wěn)定、可靠，抗沖擊負荷能力強，脫鹽率在95%以上。

3 結(jié)論

礦井水依次經(jīng)過50 μm、20 μm、10 μm濾材過濾，過濾效果好，濾速較快、納污能力較強。進水濁度在130 NTU以下時，可以滿足反滲透進水需要。納濾對于水中的鈣離子、鎂離子、碳酸根和硫酸根等物質(zhì)，處理通量高，操作壓力低[8]。但是對于水中的氯離子，納濾的去除能力較差，反滲透還是具有不可替代的作用。二者配合使用，將會具有可觀的比較優(yōu)勢。