高礦化度礦井水處理技術(shù)概述

王 玉

（中煤科工集團西安研究院有限公司 陜西西安 710054）

1 水質(zhì)特點

含鹽量大于于1000mg/L的礦井水稱為高礦化礦井水，我國煤礦高礦化度礦井水含鹽量在1000～3 000 mg/L。有些甚至高達(dá)10000 mg/L 以上。礦化度主要來自于 K+、Ca2+、Na+、Mg2+、Cl-、SO42-等離子[1]。

2 主流處理工藝

降低礦化度的方法稱為脫鹽。按照工作原理，分為膜法、離子交換法、熱法、蒸發(fā)和冷凍法。主流的濃鹽水零排放處理工藝如下圖1。根據(jù)統(tǒng)計，以反滲透為代表的膜法，已占據(jù)全球鹽水脫鹽技術(shù)的59.85%[1]。下文以膜法為主介紹濃鹽水零排放的處理工藝。

圖1 主流濃鹽水零排放處理工藝流程

3 脫鹽系統(tǒng)

脫鹽系統(tǒng)包括預(yù)處理工藝及脫鹽工藝。

3.1 預(yù)處理系統(tǒng)

預(yù)處理工藝目的是保障脫鹽工藝長期穩(wěn)定、高效運行。去除可能造成膜結(jié)垢的鈣鎂離子，及可能堵塞膜孔的懸浮物，預(yù)處理工藝通常包括除硬、過濾工藝。

3.1.1 化學(xué)除硬

化學(xué)除硬，通過投加沉淀藥劑，使之與溶解性鹽類形成難容固體，然后通過固液分離去除的方法。常用化學(xué)藥劑石灰，有時輔以純堿、石膏等，該方法穩(wěn)定性較差，適用于進水礦化度較高，且對產(chǎn)水水質(zhì)要求較低的情況。

3.1.2 離子交換法

離子交換法是指，用離子交換樹脂上的溶解性離子（常用Na和H離子）將水中硬度成分（Ca2+和Mg2+）交換去除的方法。但該方法在水量大，水質(zhì)條件差的情況下不適用。

3.2 脫鹽系統(tǒng)

目前常用的脫鹽工藝為電滲析、反滲透。

3.2.1 電滲析

電滲析脫鹽是將含鹽水通過電滲析器，水中的陰陽帶電離子在電場的作用下定向正負(fù)兩級遷移，遷移過程中會通過具有選擇透過性能離子交換膜，即陽膜只能透過陽離子，陰膜只能透過陰離子，結(jié)果形成交替的淡水室和濃水室，分別得到脫鹽淡水和濃縮鹽水。電滲析技術(shù)主要應(yīng)用于進水含鹽量在500mg/L～4000mg/L的情況，脫鹽效率高，缺點是不能去除水中的有機物和細(xì)菌且設(shè)備運行能耗較大，不適用于水量大的廢水處理[2]。

3.2.2 反滲透

反滲透是在外界壓力為驅(qū)動力的條件下，僅使水分子通過反滲透膜，其他物質(zhì)留在另一側(cè)的處理工藝。是它可有效地去除水中的無機鹽、低分子有機物、病毒和細(xì)菌。反滲透可處理含鹽量在3000～10000mg/L的含鹽廢水，其預(yù)除鹽率在95%～98%，終端出水水質(zhì)穩(wěn)定，品質(zhì)較好，進口R O膜元件可穩(wěn)定運行3a以上。反滲透脫鹽技術(shù)已在我國高礦化度廢水脫鹽除了中廣泛應(yīng)用。預(yù)防反滲透膜結(jié)垢是其應(yīng)用中的難題。若進水含鹽量8000～10000mg/L時，需增加除硬的預(yù)處理工藝。

4 零排放系統(tǒng)

濃鹽水處理終端，為結(jié)晶工藝，通過該工藝實現(xiàn)濃鹽水的零排放。濃鹽水結(jié)晶工藝主要有傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器及機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)器。

4.1 傳統(tǒng)多效蒸發(fā)器

多效蒸發(fā)器是將多個蒸發(fā)器串聯(lián)運行的工藝，多次利用蒸汽熱量，從而提高能量的利用率。

技術(shù)局限性是在蒸發(fā)濃縮的熱交換器的管束結(jié)垢嚴(yán)重，操作不方便、且熱能損失大，運行費用高。目前，主要通過廢水軟化、甲酸調(diào)節(jié)PH等方法控制結(jié)垢。該工藝運行成本約85～130元/t，投資成本約 120～160 萬元/t，均較高[3]。

4.2 機械蒸汽再壓縮循環(huán)蒸發(fā)器（MVR蒸發(fā)器）

該設(shè)備采用低溫與低壓汽蒸技術(shù)和清潔能源為能源產(chǎn)生蒸汽，將媒介中的水分離出來，是目前國際先進的蒸發(fā)技術(shù)，缺點不適用于較大規(guī)模水量。該工藝投資成本約220萬元/t，運行成本35～65元/t，投資成本約220萬元/t，較傳統(tǒng)蒸發(fā)器高[4]。

結(jié)語

隨著環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的嚴(yán)格，廢水零排放已成為解決煤礦水資源短缺與廢水外排污染環(huán)境兩難局面的利劍。高礦化度廢水由于其產(chǎn)量大，水質(zhì)差，處理成本高等問題，成為煤礦水處理行業(yè)的難題。根據(jù)一些學(xué)者的研究，類比神東礦區(qū)地下水庫工程，將高鹽廢水存儲于密閉采空區(qū)的可行性，成為煤礦水處理領(lǐng)域關(guān)注的焦點及熱點。