摘要：基于高矿化度矿井水处理工艺存在问题，从预处理、浓缩处理分段工艺着手，对高矿化度矿井水零排放处理工艺进行分析。研究结果表明：关于高矿化度矿井水预处理和深度处理的工程应用广泛，技术成熟，而浓缩处理工艺工程应用较少，结合典型案例分析，提出“石灰+碳酸钠药剂软化与澄清或混凝沉淀相结合的优化工艺，其中纳滤分盐的产水经电溶析ED浓缩后部分回用于软化树脂的再生，实现以废治废。
关键词：矿井水；膜浓缩；处理
随着我国煤炭产量的不断增加，煤炭开采所带来的环境问题愈加突出，其中水资源的破坏问题最为明显，也最为敏感，因为我国大部分矿区分布在中西部干旱半千旱地区。此外，传统采煤理论强调了矿井水的灾害性，而忽略了水的资源性，并把水作为灾害的根源加以处理，“疏干”、“排水”等矿井防治水方法不仅造成大量水资源浪费，而且有害的地下水还会导致次生的污染。因此，矿井水的资源化再利用变得迫在眉睫。随着煤炭生产开发布局的优化，国家能源供应战略西移，使得煤矿高矿化度矿井水的比例大幅度增加。目前，关于废水零排放的研究和工程应用主要集中在煤化工废水和火力电厂脱硫废水等领域，针对高矿化度矿井水零排放的报道较少。存在的主要问题是：高矿化度矿井水零排放处理的工程示范很少，工艺有待优化、某些关键技术仍需完善、项目建设投资高、运行处理成本高，主要从预处理、深度处理、浓缩处理分段工艺着手，对高矿化度矿井水零排放处理工艺进行探讨。
一、矿井水预处理及深度处理工艺
关于高矿化度矿井水预处理和深度处理的较多技术成熟，工程应用广泛。
1、预处理工艺。高矿化度矿井水预处理同常规矿井水处理，采用混凝沉淀过滤工艺，处理工艺流程一般为：矿井水→调节池→提升泵→反应沉淀→过滤→消毒→后续工艺，其中反应池以穿孔旋流或隔板反应为主，沉淀池以斜管沉淀为主，滤池中无阀滤池占1/2以上，这些选型主要是适合于矿井水处理规模较小，经济实用。总体上矿井水预处理工艺合理，技术成熟。预处理后出水浊度≤5NTU，满足深度处理的进水要求。
2、预软化工艺。为了减少后续除盐工艺中膜的化学污染问题，通常在预处理中增加软化工艺，有药剂软化和离子交换软化，去除水中钙镁离子和硅。其中结合混凝沉淀过滤工艺采用药剂软化应用较多，通过投加石灰和碳酸钠与水中钙镁离子反应生成碳酸钙和氢氧化镁沉淀去除，出水硬度可以达到1mmol/L以下。离子交换软化一般应用在后续反渗透浓水的处理中，以彻底去除水中钙镁离子，出水硬度小于0.03mmol/L，有利于提高膜浓缩倍数，减少蒸发水量，降低总体运行成本。存在的问题是离子交换软化需要大量氯化钠再生药剂，而且离子交换软化是在深度处理的反渗透前进行，还是在反渗透之后进行，值得探讨。
3、深度处理工艺。深度处理以除盐为核心，有超滤+反渗透工艺、活性炭过滤+砂滤+反渗透工艺、以及电渗析、电吸附除盐工艺，目前应用最广泛的是超滤+反渗透双膜法，技术非常成熟。一般超滤系统设计水回收率为95%，出水淤泥密度指数SDI＜3，浊度＜0．1NTU，为反渗透处理提供良好的进水条件。根据矿井水水质不同，反渗透系统回收率在50%～75%，除盐率大于97%；反渗透产水（淡水）含盐量在1000mg/L以下，回收用于生产或生活，浓水含盐量5000-10000mg/L，需进一步浓缩处理。
二、高矿化度矿井水浓缩处理工艺
浓缩工艺是对深度处理中反渗透系统产生的浓水进行浓缩处理，进一步减少浓水的水量，提高浓水含盐量，以减少后续蒸发工艺的投资和运行成本。高矿化度矿井水浓缩处理可参考高盐废水的浓缩处理工艺，有海水浓缩膜、碟管式反渗透膜、震动反渗透膜以及电渗析膜浓缩等工艺。
1、海水浓缩膜。海水浓缩膜适于总溶解固体TDS质量浓度在20000mg/L以下的浓缩处理，最终高浓盐水TDS 质量浓度可达60000mg/L以上，其回收率为40%-60%。该工艺技术成熟，广泛运用于海水淡化，在电厂脱硫废水和煤化工高盐废水处理中也成功应用，系统简单，易操作、控制和维护。
2、碟管式反渗透膜。碟管式反渗透是反渗透的一种形式，最早应用于垃圾渗滤液的浓缩处理，近年来逐渐应用到高盐废水浓缩处理领域。DTRO膜组件主要由反渗透膜片、导流盘、中心拉杆、外壳、两端法兰、各种密封件及联接螺栓等组成。目前，DTRO在高盐废水浓缩处理中应用较多的是压力为9MPa和12MPa的膜组件，处理后产生的浓水中盐的质量浓度达到100000mg/L以上。
3、震动反渗透膜。震动反渗透膜主要部分，膜组和使膜组产生往复运动的震动机械，整个膜组座在一组震动机械上。膜面来回往复震动，在膜面产生强大剪切力，盐分难以停留在膜面，防止膜面产生表面结晶。在高盐浓度下，结晶和未结晶的盐分被推到浓液口外排。
4、电渗析膜浓缩。早期电渗析技术一般适于处理含盐质量浓度500～4000mg/L的废水，当待处理水的含盐量较低或较高时，则经济性较差。近年来，ED技术在高盐废水浓缩处理中得到了一些应用。ED技术的浓缩效果较好，产生的浓水中盐的质量浓度可以达到150000mg/L以上，系统回收率较高，产生的末端废水量较小。
5、正渗透膜浓缩。正渗透浓缩单元的主工艺包括：FO膜装置、产水汲取液回收装置、浓盐水汲取液回收装置、产水精处理系统等。FO膜浓缩处理系统可以将高盐废水中盐的质量浓度浓缩到200000mg/L以上，系统回收率很高，产生的末端废水量较小，并且产生的淡水中盐的质量浓度较低（＜1000mg/L），可以直接回收用于循环水系统。
6、多种膜耦合工艺浓缩。一方面考虑高盐废水处理工艺的技术经济可行性，另一方面考虑高盐废水的分盐结晶资源化利用，即采用膜技术对高盐废水进行盐分分离。为此，在实践中有多种膜耦合浓缩工艺。
1）纳滤分盐—反渗透耦合浓缩工艺。纳滤膜对二价或高价离子特别是阴离子的截留率比较高，高达97%以上，而对一价离子的截留率一般＜90%。纳滤通常与反渗透组合使用，工艺流程如图所示。
2）电渗析—反渗透耦合浓缩工艺。利用海水反渗透（SWRO）膜技术对原水进行初步浓缩，产水回用至生产工艺，浓水通过电渗析进行进一步的浓缩，最终TDS质量分数达15%以上。由于ED系统的脱盐率相对较低，ED系统产生的淡水进行低压反渗透（BWRO），BWRO产水回用至生产工艺，浓水返回ED系统。
3）正渗透—反渗透耦合工艺。该工艺采用二级RO对废水盐分进行预浓缩，同时保证产品水质量，RO产生的浓水进入正渗透系统，正渗透产水回到一级反渗透前。
膜浓缩工艺的比选.首先，预处理后的矿井水已经经过反渗透系统深度处理，再经海水膜浓缩，浓水含盐量为20000～30000mg/L，水量50m3/h，主要对ED－SWRO、DTRO和FO工艺进行比选，结果见表。
高矿化度矿井水零排放工艺路线为“良好的预处理+高倍膜浓缩，通过比选优化工艺流程为：石灰+碳酸钠药剂软化与混凝沉淀相结合，其中纳滤分盐的产水经ED浓缩后部分回用于软化树脂的再生，再生液回至药剂软化前端再处理，实现以废治废，减少投资和运行成本。
参考文献：
［1］陈华艳，李欢，吕晓龙．高矿化度矿井水资源化工程实践［J］．水处理技术，2015，36（7）：11．
［2］孙春江，邸建友，胡振玉．煤矿高矿化度矿井水处理技术研究［J］．煤炭科学技术，2014，30（8）：38－41．
论文作者:王淑娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/14
标签：矿井论文; 工艺论文; 反渗透论文; 矿化度论文; 废水论文; 电渗析论文; 系统论文; 《基层建设》2019年第8期论文;