高鹽礦井水處理技術

華 帥 劉研研 吳百旭

1.兗州煤業股份有限公司鮑店煤礦 山東 鄒城 273500；2.兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東 菏澤 274700

3.臨沂礦業集團菏澤煤電有限公司郭屯煤礦 山東 菏澤 274700

1 高鹽礦井水

高鹽礦井水是由于在煤炭開采過程中,破壞了開采煤層以上地表水和地下水的賦存條件,這些水會泄漏到采煤工作面。由于煤層中含有數量不等的硫分,主要是以黃鐵礦(FeS2)的形式存在,一般含硫質量分數在0.3%5%。這些硫分會在微生物和氧氣的作用下發生氧化,最終形成硫酸和鐵離子,使得部分礦井水成為酸性礦井水。礦井開采時間越長,煤層含硫量越高,礦井水酸化的傾向性和程度越大。

2 工藝設計原則、工藝路線

水處理工藝的選擇直接關系到項目的建設投資,運行成本的高低,出水水質,運行管理是否方便可靠。方案設計上要綜合考慮設計水量、原水水質、水質要求、可利用場地等。工藝選擇考慮的因素包括從鐵、錳的去除；溶解性總固體的去除；結垢的控制等方面。

3 高鹽礦井水處理工藝

3.1 高鹽礦井水處理工藝介紹 高鹽礦井水處理是在應用中,包括分置式、一體式和復合式三種,其中分置式膜組件和生物反應器分開設置,生物反應器中的混合液由循環泵推動進入膜組件的過濾段,然后在壓力的作用下,混合液中的液體會透過膜,一些雜質組分會被膜過濾掉,實現對水的凈化處理。使用一體式的高鹽礦井水處理會將膜組件安裝在生物反應器內部,井水進入膜生物反應器,大部分的雜質被混合液中的活性污泥去除,然后再利用水泵的作用,使水體透過膜,達到處理井水的目的。復合式和一體式的結構類似,但是在生物膜反應器內加入了一些填料,讓膜的特征發生了明顯的轉變。

3.2 高鹽礦井水處理工藝的特點 使用高鹽礦井水處理技術的過程中,膜分離設備可以截留生化反應池中的活性污泥和大分子有機物,所以在結構中省去了設備中的二沉池,在簡化結構的同時,也由于膜分離作用導致生物反應器的功能得到了豐富,而且能夠充分發揮活性污泥的作用,減少了在傳統井水凈化模式下,活性污泥存在的各種問題。使用該方法在出水水質上更好,所以在工藝上受到了比較多的推崇。同時,由于使用高鹽礦井水處理技術后設備的集成度更高,省去了二沉池的結構,所以該設備的占地面積相對更小。

3.3 高鹽礦井水處理工藝用膜 高鹽礦井水處理工藝中使用的膜包括高分子有機膜和無機膜,高分子有機膜主要為聚乙烯、聚丙乙烯、聚烯烴等,在應用當中具有成本低的特點,而且制造工藝也比較成熟,因此應用非常廣泛。但是使用該技術時,可能會受到雜質的影響導致污染,并且高分子膜的強度相對比較低,因此使用壽命也比較短暫。而無機膜則包括金屬氧化物、陶瓷、多孔玻璃和高分子材料等等,無機材料在使用過程中的耗能比較低,而且具有更高的強度,耐酸抗溫的性能也會比較強,但是很多無機材料的價格都比較貴,影響了無機材料在實際高鹽礦井水處理工作中的應用。

3.4 高鹽礦井水處理生化系統的參數設計

3.4.1 有機負荷和污泥濃度 在高鹽礦井水處理的生化系統中,污泥的濃度和有機負荷會決定處理效果,針對不同的高鹽礦井水處理,也會對負荷進行相應的調整,滿足不同的應用需求。例如對生活井水的處理中,一般會采用常規負荷,但是由于使用高鹽礦井水處理技術時,可以實現完全的泥水分離,所以一般具有較高的污泥濃度,并且由于膜的過濾作用,污泥會富集。因此,高鹽礦井水處理工藝中正常運行時控制污泥的濃度范圍一般在3000-15000mg/L,在正常運行的過程中,會將污泥的濃度控制在6000-10000mg/L。在使用過程中必須做好對污泥濃度的控制,無論污泥濃度過高或者過低,都會導致膜的污染。

3.4.3 水停留時間控制 依靠高鹽礦井水處理工藝中的膜,能提升生化系統的污泥濃度,有效提升了微生物的去污能力,可以降低系統中的誰停留時間。但是也要避免水停留時間果斷,防止出現系統的有機物出現積累,會導致膜通量的下降。所以,在設計的時候可以將水停留時間控制的長一些,避免出現污染的問題。

3.4.4 曝氣量的控制 高鹽礦井水處理工藝的曝氣量控制包括生化池曝氣和膜池曝氣,對生化池的曝氣需要根據生化池的實際情況進行曝氣量的計算,精確確定曝氣量。對生活井水的處理工作中,需要根據膜的片數來確定曝氣量,也可以根據曝氣量來確定膜的片數。

3.4.5 最終產品和產物的去向

(1)產品水。產品水可作為農業、畜牧業灌溉,水產養殖用水；也可并入工業供水管網,供給周邊工業園區作為工業用水。

(2)硫酸鈉。硫酸鈉可作為化工原料銷售供給周邊生產企業。

(3)雜鹽。產生的雜鹽回收利用或委托有處理資質的相關單位處置。

(4)污泥。產生的污泥回收利用或委托有處理資質的相關單位處置。

4 高鹽礦井水處理工藝應用成本高,缺少標準化建設

高鹽礦井水處理應用受到局限的原因不止因為價格較高,也和高鹽礦井水處理的標準化不足有關,目前并沒有形成通用性的標準,所有的廠商都會使用屬于自己的技術規范,在行業內部缺少統一規范作為指導的情況下,不同廠商之間存在尺寸和型號不同的問題,一定程度上影響了兼容性,給設計和采購帶來了麻煩。而需要進行模組更換時,標準化不足所導致的問題會更加突出,將會嚴重提升高鹽礦井水處理的運行成本。

5 結語

目前高鹽礦井水處理技術的應用還有一定的限制,必須解決在應用過程中普遍存在的高能耗、高投入等問題,保證高鹽礦井水處理技術的持續性。所以,高鹽礦井水處理工藝應該加強在工藝上的改良,改進膜的制造工藝,推動技術朝著無害化和廉價化的方向發展,滿足未來的應用要求。