煤礦綜合廢水處理及回用技術(shù)探討

顧良波

（山西國環(huán)環(huán)境工程有限公司，山西 太原 030006）

引言

煤炭在開采過程中會(huì)產(chǎn)生大量的礦井水，由于賦存條件的限制，大部分的礦井水均呈現(xiàn)出高礦化性，所含的溶解性總固體TDS 的質(zhì)量濃度超過了990 mg/L，若直接排放到地表會(huì)造成地表水土流失和鹽堿化，若直接排放到水中，則會(huì)導(dǎo)致水體污染，而且不同礦區(qū)的礦井水水質(zhì)存在著較大的差異性，礦井水處理難度大，處理成本高，無法滿足綠色礦山的開采需求。

結(jié)合礦井水水質(zhì)的實(shí)際情況，從降低礦井水處理步驟、提高礦井水回收率、降低礦井水處理成本上考慮，本文提出了一種新的礦井水綜合處理工藝，將礦井水進(jìn)行物理凈化、深度處理、濃縮處理、蒸發(fā)結(jié)晶等，實(shí)現(xiàn)對礦井水的凈化和再利用率。本文對礦井水處理工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)的分析，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的處理工藝能夠?qū)⒌V井水回收率提高到96.7%，將廢水處理成本降低到5.78 元/t，初步實(shí)現(xiàn)了礦井水的全面回收利用，降低了礦井水污染，具有極大的應(yīng)用推廣價(jià)值。

1 礦井水綜合處理工藝

根據(jù)礦井水的特性，要滿足不同情況下的應(yīng)用，一般需要經(jīng)過物理凈化、深度處理、濃縮處理及蒸發(fā)結(jié)晶4 個(gè)步驟[1]。物理凈化是指通過沉淀、過濾等方式除去礦井水內(nèi)的懸浮物，使凈化后的水滿足一般性的洗漱、降溫、循環(huán)需求；深度處理主要目的是脫去礦井水內(nèi)的部分鹽，使凈化后的礦井水內(nèi)的TDS 質(zhì)量濃度小于990 mg/L，從而可以滿足部分生活用水或者是對水質(zhì)要求不高的工業(yè)用水需求；濃縮處理主要是對礦井水進(jìn)行深度處理，通過蒸發(fā)的方式提高礦井水內(nèi)TDS 含量，蒸發(fā)后TDS 質(zhì)量濃度大于60 000 mg/L，滿足特殊工業(yè)需求；蒸發(fā)結(jié)晶則是在濃縮處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步對礦井水進(jìn)行處理，提煉結(jié)晶，滿足工業(yè)生產(chǎn)需求。通過綜合處理方案，滿足不同情況下的礦井水二次使用要求，從而有效地提升礦井水處理的效率和經(jīng)濟(jì)性。該礦井水綜合處理工藝流程如圖1 所示[2]。

圖1 礦井水綜合處理工藝流程圖

2 礦井水凈化處理及深度處理技術(shù)

礦井水的凈化處理是去除礦井水內(nèi)的懸浮物，使其滿足煤炭供應(yīng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)的需求。目前常用的礦井水凈化處理工藝包括混凝澄清過濾、混凝沉淀過濾、混凝澄清等，具有凈化工藝簡單、經(jīng)濟(jì)性好的優(yōu)點(diǎn)。混凝澄清過濾、混凝沉淀過濾由于經(jīng)過長時(shí)間的沉淀、澄清，因此對礦井水的凈化處理度高，可以保證凈化后的懸浮物質(zhì)量濃度小于10 mg/L。而混凝澄清工藝由于沒有過濾環(huán)節(jié)，因此處理后礦井水10 mg/L≤ρ（懸浮物）≤50 mg/L。

對凈化處理方案的選擇，可以根據(jù)煤礦生活用水的實(shí)際情況來選取，從而最大限度地降低礦井水凈化處理成本，提高礦井水回收率。

礦井水的深度處理，主要是為了獲取滿足煤礦生產(chǎn)生活的高品質(zhì)用水，是在凈化處理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行過濾，降低水中的TDS 含量。礦井水深度處理時(shí)的過濾方案主要包括超濾反滲透工藝或者多介質(zhì)+活性炭過濾工藝[3]。超濾反滲透工藝能夠?qū)崿F(xiàn)對礦井水的高深度處理，對礦井水的回收率可以達(dá)到96%以上，但處理成本稍微偏高。多介質(zhì)+活性炭過濾工藝主要適用于礦井水內(nèi)含鐵、錳較高的水，但回收率約88%左右。

不同的煤礦可以根據(jù)礦井水水質(zhì)情況，靈活選擇不同的深度處理工藝，在滿足凈化需求和回收率的情況下最大限度地降低礦井水的深處理成本。

3 礦井水濃縮處理及結(jié)晶處理技術(shù)

礦井水的濃縮處理，主要是對高礦化度礦井水經(jīng)過深度處理后再進(jìn)一步進(jìn)行濃縮，提高濃縮礦井水內(nèi)的TDS 含量，使其保持在15 000 mg/～25 000 mg/L。目前對礦井水進(jìn)行濃縮處理的方式較多，主要包括了咸水反滲透+海水反滲透技術(shù)；咸水反滲透+海水反滲透+濾網(wǎng)防滲透+管網(wǎng)反滲透技術(shù)；咸水反滲透+海水反滲透+納米離子膜濃縮處理技術(shù)；海水反滲透+濾網(wǎng)防滲透+納濾濃縮處理[4]。

目前應(yīng)用最成熟的為咸水反滲透+海水反滲透技術(shù)；咸水反滲透+海水反滲透+濾網(wǎng)防滲透+管網(wǎng)反滲透技術(shù)方案。咸水反滲透+海水反滲透技術(shù)主要用在礦井水內(nèi)TDS 質(zhì)量濃度在25 000 mg/L 的濃縮處理，咸水反滲透+海水反滲透+濾網(wǎng)防滲透+管網(wǎng)反滲透技術(shù)方案主要用于礦井水內(nèi)TDS 質(zhì)量濃度在30 000 mg/L 以上的濃縮處理。滿足不同工業(yè)使用需求，不同反滲透技術(shù)方案原理如圖2 所示[5]。

圖2 礦井水濃縮處理技術(shù)方案

蒸發(fā)結(jié)晶主要用于從礦井水內(nèi)獲取溶解性固體的一種方案，主要采用機(jī)械壓縮蒸發(fā)的方案進(jìn)行處理，其工作原理是通過一效蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后提升其壓力和飽和溫度[6]，增加熱焓以后，將其送入到蒸發(fā)器內(nèi)作為熱源，減少在蒸發(fā)結(jié)晶過程中的能耗，從而達(dá)到快速蒸發(fā)結(jié)晶，提高礦井水利用效率的目的。

4 應(yīng)用效果分析

通過對煤礦綜合廢水處理工藝的分析，結(jié)合煤礦的實(shí)際情況，對礦井廢水的處理方案進(jìn)行了進(jìn)一步的優(yōu)化，提出了一種更符合礦井實(shí)際的礦井水回用技術(shù)，其整個(gè)過程也包括了凈化處理、深度處理、濃縮處理和蒸發(fā)結(jié)晶4 個(gè)部分，但對每個(gè)部分的具體操作工藝流程進(jìn)行了細(xì)化分析，新的礦井水回收技術(shù)方案如圖3 所示。

圖3 礦井水回收處理工藝流程圖

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明，新的礦井水回收處理工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)礦井水處理300 m3/h，對礦井水的回收率平均達(dá)到了96.7%以上，將廢水處理的成本降低到5.78元/t，極大地提升了礦井水處理的效率和經(jīng)濟(jì)性，為推進(jìn)綠色綜采奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)論

為了解決煤礦綜合廢水處理手段落后、礦井水污染、水資源浪費(fèi)嚴(yán)重的不足。提出了一種新的煤礦綜合廢水處理工藝，對廢水處理工藝流程和方案進(jìn)行了研究，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用表明：

1）對礦井水的回收利用，需要經(jīng)過物理凈化、深度處理、濃縮處理及蒸發(fā)結(jié)晶4 個(gè)步驟；

2）新的煤礦綜合廢水處理工藝，能夠?qū)⒌V井水回收率提高到96.7%，將廢水處理成本降低到5.78 元/t，極大降低了礦井水污染。