煤礦礦井水資源化利用技術應用方案分析

吉 培

（霍州煤電集團興盛園煤業有限責任公司，山西 臨汾 031400）

0 引言

在煤礦生產過程中，會排放大量的礦井水，這些礦井水中含有大量有害化合物，如不進行有效處理則容易造成嚴重的環境污染。長期以來，由于技術和理念的局限，針對這些礦井水均采用傳統治理方法，未能充分挖掘礦井水所具有的潛在價值，導致礦井水的利用率偏低[1-2]。為解決上述局限，對煤礦礦井水進行資源化利用則是一個切實可行的途徑，其不僅能夠有效解決污染問題，也能夠改善煤礦水資源匱乏的情況，具有突出的現實意義。

1 實驗方案整體設計

某煤礦企業的礦井水在污染程度上較為嚴重，礦井水中含鹽量較高，COD 值較高，且顏色較深，直接排放必定造成嚴重的污染問題，但該礦井水中較高的無機鹽含量也為實際的資源化利用提供了可能。因此，在本環節的研究中，研究人員決定通過現場中試實驗進行該煤礦礦井水資源化利用技術方案的探索。本次按照總回收率80%的目標進行實驗，實驗設備采用某科技企業自主研發的多功能實驗設備，選用該設備中的超濾膜組件去除礦井水中的色素和COD，并配備納濾膜組件分離礦井水中的硫酸鈉和氯化鈉溶液。本次設備的性能參數和試驗裝置圖分別如表1 和圖1 所示。

圖1 中試實驗裝置圖

表1 膜組件性能參數

2 主要實驗流程

2.1 超濾膜去除COD

從該礦井的礦井水中取1 000 L 左右的反滲透濃水（該礦井水中的固體質量分數約為4.3%），對其進行預處理后，對固體含量和pH 值進行現場檢測，而后使用超濾膜組件直接脫除礦井水中的色素和COD。在此基礎上，測定COD 的脫除效果和色素的脫除效果。首先對色素脫除效果進行對比分析，分析結果如圖2 所示。

圖2 原水（左）與處理后清液（右）的色度對比分析

從圖2 可見，在經過脫色處理后，處理后清液顏色明顯變淺，證明超濾膜組件能夠有效脫除礦井水的色度。在此基礎上，進一步分析超濾膜組件對COD 的脫除效果，具體數據見表2。

表2 超濾膜組件脫除COD 實驗檢測數據表

從表2 中的數據可見，本次應用的超濾膜組件對COD 的脫除率超過40%，效果較為顯著，能夠滿足實際生產設計方面的要求。

2.2 納濾膜分離礦井水中的無機鹽

在本次礦井水中，主要含有鈉離子、氯離子和硫酸根三種離子，為提高研究效率，在本環節的研究中，將溶液中的氯離子視為以氯化鈉鹽的形式存在，以此推斷氯化鈉含量；同時將硫酸根離子含量全部折算為硫酸鈉的含量。

基于此，在本次實驗中，應用納濾膜組件，對硫酸鈉和氯化鈉兩種成分之間進行分離。由于納濾膜組件自身的物理性質，使得氯化鈉主要存在于納濾膜組件的過濾液中，而硫酸鈉則主要存在于納濾膜組件的截留液中[3-4]。由此，控制氯化鈉溶液的總回收率在80%以上，分別進行取樣檢測，即可最終得到較為純凈的硫酸鈉和氯化鈉溶液，實現以上兩種成分的有效分離。在使用納濾膜組件分離后，分離效果見表3。

從表3 中的數據可知，本次實驗中的納濾膜組件能夠實現對礦井水中硫酸鈉和氯化鈉兩種成分的有效分離，且效果相對較優。

3 實際應用測試及討論

3.1 工藝路線的確定

結合上文的實驗測試可知，在礦井水處理中，采用“超濾+納濾”的雙膜法工藝流程具有較高的可行性。為此，在針對目標礦井的水處理中，經過綜合考慮成本和性能兩方面的因素后，最終確定工藝流程如圖3 所示。

圖3 工藝流程圖

如圖3 所示，本次工藝主要包括脫鹽、二次濃縮和蒸發結晶分鹽三個部分。其中脫鹽處理后的產品水作為該煤炭企業廠區的生產用水；鹽水經濃縮后，其產生的硫酸鈉和氯化鈉可達到工業用鹽標準，其他雜質則作為固體廢物等待統一集中處置[5]。

3.2 實際處理效果分析

基于上述工藝流程，首先對超濾系統進出水質情況進行分析，分析結果見表4。

表4 超濾系統進出水質情況統計表

其次是對納濾系統的進出水水質情況進行分析，分析結果見表5。

表5 納濾系統進出水水質情況統計表

從表4、表5 中的數據可見，在超濾納濾環節中，超濾產水回收率在96%以上，COD 的截留率均維持在40%以上的高位。納濾膜對硫酸鈉的截留率則穩定在99%以上，且納濾產水側ρ（氯化鈉）/ρ（硫酸鈉）的比值穩定在50 以上，納濾濃水側ρ（硫酸鈉）/ρ（氯化鈉）比穩定在10 以上。根據這些數據進行分析后可知，本次應用的超濾納濾模式能夠有效分離礦井水中的兩種主要鹽分，有利于后續結晶產生高純度的鹽類。

在此基礎上，對產品鹽質量進行三次抽檢，結果見表6。

表6 產品鹽質量統計表

綜上所述，本次基于超濾納濾環節的礦井水資源化利用方案取得了初步成功，對于降低污染和資源再利用均發揮著一定的現實意義，預計其能夠帶來更高的經濟、社會和環保效益。

4 結語

在本次研究中，基于煤礦礦井水利用現狀，以超濾納濾技術模塊為核心，并結合某煤礦的礦井水現狀，對煤礦礦井水資源化利用方案的工藝流程進行了初步確定，通過中試放大實驗印證了該工藝的合理性。在此基礎上，進一步確定了具體的工藝流程，并對其進行實際測試。測試結果表明，本次煤礦礦井水資源化利用技術方案取得了初步的成功，預計其在今后的工作中也將得到逐步的推廣與應用。