超濾-反滲透組合工藝深度處理礦井水
礦山污泥脫水設備
超濾-反滲透組合工藝深度處理礦井水-礦山污泥脫水設備
礦井水由礦區煤層附近的地下水及部分地表水組成，受開采條件等影響其水質與普通地表水差異較大。按照污染物特征，礦井水可分為含懸浮物礦井水、高礦化礦井水(又稱礦井苦咸水) 、酸性礦井水和特殊污染物礦井水四類。截至2010 年，我國煤炭礦井水排放量約61×108 m3/a，而礦井水資源化利用率僅為59%，大量直接排放，不僅污染了環境，同時也浪費了寶貴水資源。因此，礦井水處理后回用具有一定的經濟效益、社會效益和環境效益。
RO 不僅可去除水中的細菌、病毒、膠體大分子等微粒，而且還具有顯著的脫鹽性能，超濾因允許小分子透過而對脫鹽無能為力。RO 進水一般要求控制濁度在0．5 NTU 以下，污染指數(SDI) (用來衡量水中膠體、淤泥、鐵錳氧化物和腐殖質等含量，SDI＜ 3 時，為極微量污染，SDI＞5 時，為中等污染) 小于5。
銀洞溝煤礦位于寧夏回族自治區彭陽縣境內，屬于水資源較匱乏地區，將深度處理后作為供水水源，可以有效緩解礦區水資源緊張的現狀。
1 設計進水水質
該礦礦井水平均排放量為3 000 m3/d，采用間歇排放方式，其主要水質指標見表1。
該礦井水中懸浮物粒徑較小，平均僅為2～8μm，85%的顆粒粒徑在50 μm 以下; 煤粉的平均密度在1．3～1．5 g/cm3 左右，遠遠低于地表水系中泥沙顆粒物的平均密度(2．4～2．6 g/cm3 )，礬花較難形成，因此混凝沉降效果較差; 礦井水中含有大量離子，硬度較高，pH 值呈中性或偏堿，味苦澀，無機鹽總含量在1 000 mg/L 以上。因此該礦井水屬于含懸浮物和高礦化度礦井水。
2 工藝流程
方案經比選后采用了UF/RO 裝置對煤礦出水進行深度處理。工藝流程見圖1。
3 工程設計
3. 1 預沉隔油調節池
由于井下開采設備的機油及乳化油等污染導致礦井水中含有少量的油類，預沉隔油調節池主要用于調節水量及緩沖水質變化，同時去除水面浮油。調節池容積根據井下水量、井下排水泵工況點、井下正常涌水量等因素綜合考慮。設計總調節容積為800 m3，分2 格布置，一格用于隔油預沉，一格用于流量調節。單池尺寸為8．0 m×27．0 m，有效水深為3．8 m。池內設一臺HJX-8 型桁架式吸泥機排泥，軌距為8．0 m，配2 臺吸泥泵。
調節池出水端設有吸水喇叭口，將出水引至一級提升泵，再由一級提升泵將調節池出水提升至絮凝沉淀池。
3. 2 絮凝沉淀池
絮凝沉淀池采用合建形式，共設2 座，每座處理能力為90 m3/h。絮凝段設計反應時間為20 min，每座反應池平均分為6 格，每格尺寸為1．15 m×1．15 m，有效水深為3．0 m，每格設1 個泥斗，泥斗傾角為60°。反應池出水進入配水區，再通過配水花墻進入斜管沉淀池，配水渠寬為1．0 m。
斜管沉淀池分2 格獨立運行，每格平面尺寸為3．95 m×9．1 m，內設聚丙烯蜂窩斜管，孔徑為35mm，斜長為1 000 mm，傾角為60°，清水區上升流速為1．40 mm/s，設計表面負荷為5．06 m3/(m2·h)，實際有效表面負荷為6．75 m3/(m2·h) 。排泥斗排泥入污泥池，出水為三角堰非淹沒出流，出水堰前設有JYG300 型DN300 集油管，可將表面上殘留的油污排除，出水濁度＜ 15 NTU。
絮凝沉淀池采用重力排泥，每個泥斗均設一根DN150 排泥管，由電動漿液閥定時排泥，絮凝沉淀池的排泥進入污泥池。
3. 3 無閥濾池
無閥濾池設在沉淀過濾間內，沉淀池出水直接自流入濾池分配水箱。
無閥濾池尺寸為3．6 m×3．6 m，濾池2 格1組，水量為180 m3/h，濾速為6．94 m/h。濾料為單層石英砂，粒徑在0．5～1．0 mm之間，厚為700 mm，卵石墊層厚為450 mm，采用小阻力平格柵配水系統。出水系統再從集水區底部取水，將初濾水作為清洗水，解決初濾水的污染和利用問題，反洗排水進入反洗排水池后回流至預沉調節池進行再處理。濾池采用自動控制設施使濾池反沖洗時自動停止進水浮漂閘板。
3. 4 超濾
超濾設備用于對濾池出水進行預處理。超濾設備采用聚醚砜中空纖維膜，共2 套(同時使用)，每套膜面積為900 m2，采用錯流式過濾，系統回收率≥90%，系統保證出水SDI ＜ 1，單套凈產水量為70m3/h。
3. 5 反滲透
反滲透設備共有2 套(同時使用)，單套凈產水量為50 m3/h。其膜組件為超低壓節能型反滲透膜ESPA1 型芳香聚酰胺復合膜元件和納濾膜ESNA1-LF2 膜元件。每套膜元件60 支組合安裝，每根壓力容器內有5 個膜元件，每套設備12 根壓力容量，8-4 制排列，一級兩段脫鹽，系統回收率為75%。
反滲透的濃鹽水經過濃水泵提升至礦井的黃泥灌漿站，用作黃泥灌漿補充水。
4 運行效果
礦井水處理系統出水水質見表2。
該工程自2012 年11 月完工投產以來，每天產出2 000 m3 脫鹽水，解決了礦井生產和生活用水的需求。其處理成本為4．96元/m3，其中人工費為0．55元/m3、電費為1．67元/m3、藥劑費為1．20元/m3、維護及折舊費為1．54元/m3。UF/RO 處理后的出水水質穩定并且優于現行生活飲用水水質標準，可以預計，隨著膜法處理工藝的推廣和普及，膜價格勢必下調，這樣制水成本也會隨之下降。具體參見更多相關技術文檔。
5 結論
西部礦區水資源匱乏，缺水嚴重影響了礦井的生產和職工的生活。對礦井水經過UF/ RO組合工藝深度處理后回用，不但提高了礦井水回收利用率，減少了廢水直接外排對環境造成的不良影響，節約了水資源，而且將廢水重復利用，直接回用于礦區的生產，可改善礦區用水緊張的局面，取得了明顯的經濟效益、社會效益和環保效益，符合國家節能減排與環境保護的政策要求。對于缺乏淡水資源的西部礦區，將含懸浮物和高礦化度的礦井水進行脫鹽處理，以此作為礦區的第二水源，是一種合理可行的方案。
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