高含盐矿井涌水脱盐处理在化工生产中的应用及改进

2016-10-11裴廷记

氮肥与合成气 2016年8期

关键词：反渗透膜悬浮物沉淀池

裴廷记

(河南龙宇煤化工有限公司河南永城476600)

高含盐矿井涌水脱盐处理在化工生产中的应用及改进

裴廷记

(河南龙宇煤化工有限公司河南永城476600)

煤矿矿井涌水是指在采煤过程中所有渗入井下采掘空间的水，矿井涌水的排放是煤炭工业具有行业特点的污染源之一，其量大面广。我国煤炭开发每年矿井的涌水量约为20亿m3，其特性取决于成煤的地质环境和煤系地层的矿物化学成分。矿井涌水流经采煤工作面和巷道时，因受到人为活动的影响，煤岩粉和一些有机物进入水中。我国矿井涌水中普遍含有以煤岩粉为主的悬浮物，以及可溶的无机盐类，有机污染物较少，一般不含有毒物质。因此，对矿井涌水进行净化处理和利用，将产生巨大经济效益和社会效益。矿井涌水分析结果见表1。

1　工艺流程

经收集后的矿井涌水进入调节池，经调节水量及预处理后，由提升泵送至高密度沉淀池，通过投加石灰等药剂来去除重金属离子、部分硬度(暂时硬度)、碱度生成不溶性沉淀物，防止后续的反渗透膜结垢；投加的混凝剂及絮凝剂有效去除悬浮物、不溶性有机物，防止后续的反渗透膜被有机物污染，高密度沉淀池的出水进入V形滤池，V形滤池产的水提升至PCF过滤器；通过V形滤池和PCF过滤器后，进一步除去有机物和悬浮物，确保预处理出水达到反渗透膜进水要求，减轻后续反渗透膜处理负担。PCF的产水：一部分作为软化水经泵送至用户；另一部分经泵提升到自清洗过滤器，然后至超滤系统。超滤系统作为反渗透的预处理，进一步去除悬浮物、胶体、大分子有机物等，保护反渗透安全稳定运行。超滤出水经泵送至保安过滤器，经高压泵加压后进入反渗透系统，出水(即预脱盐水)进入反渗透产水池，再通过泵送至用户。整套工艺设计的处理软化水能力为2 500 m3/h，处理预脱盐水800 m3/h。

表1　矿井涌水分析结果

矿井涌水处理系统工艺流程见图1。

图1　矿井涌水处理系统工艺流程

2　矿井涌水处理系统运行情况

2.1高密度沉淀池

高密度沉淀池系统是由混合池、反应池、沉淀池以及中和池工艺组合而成。设计处理量为4 000 m3/h，在混合池通过投加消石灰Ca(OH)2，可将Ca(HCO3)2和Mg(HCO3)2转化为不溶性的CaCO3和Mg(OH)2沉淀，达到去除和降低矿井涌水的碱度和硬度的效果。同时，进水中投加聚合硫酸铁等混凝剂，去除水中悬浮物、胶体和不溶性有机物，随CaCO3和Mg(OH)2一起沉淀分离。在絮凝反应沉淀池内加入高分子助凝剂，将后续预沉浓缩池部分污泥回流至絮凝反应沉淀池入口，提高矾花的增长速度及增加矾花的密度，以提高沉淀效果。斜管澄清区出水通过沟道进入中和池，加入少量聚合硫酸铁、硫酸和二氧化氯，通过机械搅拌去除出水中含有的少量高分子聚合物，调节出水pH，防止高分子聚合物和饱和碳酸钙结垢堵塞滤料，并抑制微生物的滋生。

高密度沉淀池进水水质：COD≤100 mg/L、浊度≤100 NTU、暂时硬度≤200 mg/L；高密度沉淀池出水水质：COD≤60 mg/L、浊度≤5 NTU、暂时硬度≤70 mg/L。

2.2V形滤池

高密度沉淀池出水中会带出少量细小较轻的矾花，可通过V形滤池进行截留，保证其水中悬浮物质量浓度≤15 mg/L和浊度≤2 NTU。

2.3PCF过滤器

PCF过滤器采用一种性能稳定、单丝强度高的新型柔软、高强曲化纤维长丝作为过滤料，为了防止超滤进水水质在瞬间或短时间内受到V形滤池反洗及其他操作的影响，V形滤池出水设置PCF过滤器进行二级过滤，以进一步降低V形滤池产水的浊度至≤1 NTU。

2.4超滤

超滤的主要作用是基本去除水中悬浮物、颗粒、胶体、细菌和病毒等大分子物质，其出水污染指数<3，为下游反渗透系统提供最佳水质。

2.5反渗透系统

反渗透系统由4组反渗透分系统组成，于2012年10月投入运行，水源为矿井涌水。运行中投加足够剂量的阻垢剂，投加浓度为3 mg/L(即 1 L 水中需投加3 mg阻垢剂)。每组反渗透分系统的实际运行参数: 一段进水压力1.0 MPa，二段进水压力0.9 MPa，浓水压力0.8 MPa，进水温度 23 ℃, 进水电导率4 200 μS/cm，进水流量280 m3/h，产水流量200 m3/h，出水电导率50 μS/cm。从以上参数可看出，反渗透系统脱盐率达99%，且自运行至今产水量和反渗透膜压差未出现过大的波动，每年只需1次维护性清洗。

3　反渗透系统运行中注意事项

3.1根据反渗透进水水质选择合适的阻垢剂

3.2氧化还原电位控制

矿井涌水中含有的氧化性物质或在超滤杀菌等过程中投加过量的氧化性杀菌剂，在进入反渗透系统前不能被很好地去除，对反渗透膜产生不可逆的损伤，因此，在反渗透系统运行过程中，应严格控制氧化还原电位在-200～-100 mV。

3.3反渗透系统的杀菌

反渗透系统进水温度控制在20～25 ℃，此温度对微生物滋生十分有利，因此，必须对反渗透系统选择合适的非氧化杀菌剂。

4　存在的问题及改进措施

4.1高密度沉淀池出水浊度高

运行初期，高密度沉淀池出水浊度较高，主要原因是石灰投加浓度低及排泥不及时。采取措施如下：①石灰投加量由3 mg/增加至5 mg/L(即1 L 水中投加石灰量由3 mg增加至5 mg)，使水中的可溶性物质与石灰充分反应；②增加排泥次数，由原每班(8 h)排泥2次(每次排泥15 min)改为每2 h排泥1次(每次10 min)。通过调整后，出水浊度由15 NTU降至5 NTU，减轻了后续工艺的处理负荷。

4.2PCF过滤器板结

由于矿井涌水中存在溶解性的煤泥(黏性大，且有油性)，PCF过滤器运行一段时间后，出水量明显下降，出水浊度也不断增加，拆开PCF过滤器检查，发现其中纤维束结块严重。通过调整反洗频次，效果不佳；最后对PCF过滤器采用夹气擦洗，即反洗时先放水至半罐液位，然后通入空气，通过气流与水来回擦洗，将表面板结的污物冲散，反洗效果较好。

4.3反渗透膜压差上升快

运行初期，反渗透阻垢剂投加量为4 mg/L(即1 L水中需投加阻垢剂的量为4 mg)，原水在V形滤池设有杀菌投加装置，由于氯会对反渗透膜造成不可逆的损坏，故原水加入次氯酸钠杀菌剂后，需在反渗透系统进水时投加足量的还原剂，以确保反渗透系统进水余氯为零。运行1个月后，反渗透膜压差上升很快，有的增加10%以上，反渗透系统前的保安过滤器滤芯污染严重，出现较多白色沉淀物。经分析，主要是阻垢剂和还原剂投加过量所致，停止原水杀菌和反渗透还原剂的投加，主要在超滤系统反洗阶段投加杀菌剂，将原水杀菌剂连续投加改为间歇性投加，每个月分别进行1次氧化性和非氧化的杀菌处理，阻垢剂的投加量降至3 mg/L。运行一段时间后，反渗透膜压差得到有效控制，而且未发现反渗透膜滋生微生物，运行效果良好。