矿井水深度处理工程设计

2012-02-01肖功富

科技传播 2012年14期

韩冲，肖功富，苏航

兖矿集团兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿地面服务队，山东菏泽 274700

0 引言

许多煤矿矿井水中除含有以煤屑为主的悬浮物外，溶解性总固体、总硬度、硫酸盐、氯化物、氟化物等的含量也比较高，必须进行深度处理后才能作为煤矿生活用水和生产用水。不同的矿井水中离子含量各不相同，不能简单地套用常规自来水制纯备净水的反渗透技术，必须根据某一特定煤矿的矿井水的水质特点，进行深度处理，矿井水深度处理工程正是为解决这个问题而建设的。矿井水深度处理技术，具有工艺简单、投资省、运行成本低、自动化程度高、操作管理方便、占地面积小、使用寿命长、维护费用低、出水水质稳定可靠等特点，已在赵楼矿井水净处理工程中应用，取得了令人满意的效果。

1 供水现状及存在的问题

赵楼矿井生活、消防用水取自地下水。矿井现有生活水处理站一座，采用“超滤+反渗透”处理工艺，处理能力为1 920m3/d，目前矿井工广范围内共有6座水源井，总出水量70m3/h，即1680m3/d，经反渗透处理后的水量为1 260m3/d。而目前矿井需要采用反渗透出水的生活用水量已达到2 746m3/d，预计将来电厂的生活用水量为600m3/d，总用水量将达到3 346m3/d，因此现有得生活水处理站已远远不能满足生活用水需要。

矿井生产用水采用处理后的井下排水。现有矿井水处理站一座，采用“混凝+沉淀”的处理工艺，处理能力为330m3/h，即8 000m3/d，但原处理站未设深度处理系统，处理后的水离子含量较高，对管道和设备腐蚀严重。矿井一采区开采时，井下排水量为220m3/h～300m3/h，2009年最大为420m3/h，2011年最大为900m3/h。将来随着后续采区的开采，井下排水量预计将达到1 200m3/h左右，现有的矿井水处理站处理能力将不能满足要求，必须进行扩建。另外，剩余的矿井水将输送给电厂循环补水使用，而目前的处理工艺达不到电厂的原水进水水质要求，需要对现有工艺进行优化。从上面的分析可以看出，随着赵楼矿井的不断发展，地下水源不足以及相关水处理设施处理能力不足的问题日益突出，已经严重影响到了矿井的正常生活和生产，电厂建成后，更加不能满足需要，必须找出切实可行的措施解决水源以及水处理的问题。

新建矿井水深度处理站，经过预处理后供给井下生产、消防用水；剩余的经过深度处理，一部分直接供给空调机房、井下冷却等循环用水；一部分与预处理水混合后供给生活用水；剩余的部分供给电厂使用。

2 矿井水深度处理站设计原则

1）充分利用现有条件，因地制宜；

2）采用先进工艺，确保处理效果；

3）减少投资及运行费用，以节省用户资金；

4）工程中的设备选用国内先进节能优质产品，确保工程质量；

5）结合工程实际合理确定水处理工程的自动化水平；

6）力求获得最大的社会、环境和经济效益；

7）符合国家环保产业政策。

3 工艺选择及设计

常用的处理工艺有：反渗透、电吸附、离子交换等。其中离子交换法由于工艺复杂已逐渐被淘汰；电吸附法适用于溶解性总固体不超过3 000mg/l的水，而本工程的原水溶解性总固体超过4 000mg/l，若采用此法造价太高，运行效果也会不好；反渗透法是目前最为常用的处理方法，工艺成熟，离子去除率高，出水水质稳定可靠，工程投资较低。

根据原水特点，一级理采用“DA863过滤器+活性炭过滤器”的工艺，深度处理采用“超滤+反渗透”的工艺。工艺流程如下：

第二节工艺流程说明

整个系统由原水一级处理、反渗透脱盐系统二大部分组成，流程说明如下：

3.1 一级处理部分

新建的矿井水深度处理间内主要设过滤提升泵、DA863过滤器、活性炭过滤器、等设备，系统处理量为600m3/h，预处理后的原水通过提升泵增压至0.32MPa，原水进入DA863过滤器后，由滤料除去水中的颗粒状杂质、悬浮物等，初滤后水经活性炭过滤器除去有机胶体，游离氯等，可使水质得到基本净化，出水可进入回用水池，回用水池中的水一部分供给井下消防洒水，一部分供给电厂用水，还有110m3/h需通过超滤、反渗透处理后用于工业及生活用水。此外，还可作为DA863过滤器、活性炭过滤器的反冲洗水。

由于出水中还有CaCO3、CaSO4、MgSO4、MgCO3等盐份，在经过RO系统时会在RO膜进水面产生水垢，从而影响RO膜的性能，为防止RO膜性能降低，增加阻垢剂是十分必要的。阻垢剂加药装置的作用是在保安过滤进口处，加入高效率的专用阻垢剂，可防止反渗透浓水侧产生结垢。

3.2 反渗透脱盐系统

整个反渗透系统中由超滤装置、保安过滤器、反渗透装置、RO化学清洗系统组成。超滤膜分离技术具有占地面积小、出水水质好、自动化程高等特点。这些膜分离产品均是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力，以物理截留的方式去除水中一定颗粒大小的杂质。其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关。超滤可以去除病毒、大分子物质、胶体等。超滤后的水经保安过滤器截留前置设备和管道中可能泄漏的机械杂质，进入高压泵增压后送入反渗透装置，在压力的作用下透过反渗透膜，脱盐后淡水进入饮用水池，盐份随小部分未透过水汇集成浓水后排入室外雨水沟。

反渗透主体设备选用美国HYDRANAUTICS公司生产的CPA3低压复合膜，配套RO专用压力容器。

RO装置设置一块就地仪表操作盘，在仪表操作上可读出RO的有关工艺参数，以及能在就地操作盘上启停RO进水高压泵、清洗泵及相关泵。

高压泵是RO装置的动力来源，为使RO装置处于良好的运行状况下，高压泵进口设置压力开关，当高压泵进口压力低于限定值（缺水≤0.05MPa），则高压泵进口压力开关（低压保护）送讯号至高压泵，保护高压泵不在空转情况下工作；RO装置设置一套PLC控制自动纯水冲洗系统；RO系统每当停运或间隔一定周期可自动定时对RO膜元件进行低压表面冲洗，将RO膜元件内尚存的浓水冲洗掉。

RO装置设置一套化学清洗系统，由化学清洗箱、清洗泵组成；当RO膜元件受到给水污染、系统性能指标下降到一定程度时可进行化学清洗，以恢复其应有的优良脱盐、产水性能；本工程反渗透系统的出力为80m3/h（25℃），反渗透系统脱盐率大于98%，反渗透系统水回收率为75%。