纳滤技术在矿井回灌水处理中的应用

焦清卫

摘 要：本文结合纳滤膜技术的特点，针对铁矿采矿过程中排出的矿井水水质特点，根据实际工程应用情况，简要介绍纳滤膜技术在该矿井废水处理中的应用效果，以便进一步探讨和推广该项新技术的应用。

关键词：预处理；纳滤；浓盐水；回灌水；零排放

中图分类号：TG174 文献标识码：A

随着工业规模增长及原料需求量的增长，冶金行业所需要的铁矿石需要量在不断增加，而在铁矿开采过程中，伴随采矿过程产生大量矿井涌水，为保证安全生产，该水必须先排出矿井巷道，待开采完毕后，为避免地下水流失，再将这部分水回灌至地下，补充地下水位，但在此过程中，水质不可避免受到污染，因此，各地根据各自的情况，制订了符合当地情况的矿井水回灌水标准。河北钢铁集团中关铁矿正是基于这种情况，采用了纳滤膜技术对回灌水进行处理，以达到河北邢台地区要求的《地下水质量标准》GB/T14848-1993中规定的Ⅲ类地下水水质，从而回灌矿井。

1.项目情况

该项目在采矿过程中，地下最大涌水量为1000m3/h，采矿活动主要导致地下水悬浮物增多，此外还会引入少量固体颗粒物、硫酸盐、溶解性总固体、氨氮等，对其他指标并不会造成太大影响。考虑到地下涌水提升至地表后首先经过机械搅拌澄清池处理，因此本工程将浑浊度、溶解性总固体及硫酸盐作为主要去除对象，采用机械澄清池+多介质过滤+机械过滤+纳滤+折点加氯消毒的处理工艺。地下涌水水质指标：浑浊度10.8NTU；有肉眼可见物；硫酸盐718mg/L；溶解性总固体1206mg/L；总硬度753mg/L；氨氮1.07mg/L；pH8.47；铁0.2mg/L；锰<0.05mg/L；总大肠杆菌未检出；氟化物0.68mg/L；色度<5。回灌水水质采用《地下水质量标准》GB/T14848-1993中规定的Ⅲ类地下水水质。

2.纳滤技术要点

纳滤是介于超滤和反渗透的一种膜过滤技术，可以去除细菌病毒、大分子有机物、2价以上可溶盐类等。其初期投资和运行成本较反渗透技术低30%左右。经过预处理单元处理的原水，经高压泵增压后进入纳滤膜组件，由于纳滤膜的选择透过性能，水在高压下可以透过纳滤膜进入淡水侧，而各种盐份则随高压水流冲出，使水一分为二，从而达到盐与水分离的目的。 纳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。本工程采用HDNF-200 型纳滤装置6套，单套制水能力200m?/h，脱盐率：≥70%（3年内） 水回收率：70%～75%。

3.回灌水处理工艺设施描述

3.1 原水提升泵

原水经机械澄清池，上清液自流进入原水池，由3台提升泵，单台泵的能力为2G350WFB-6AD1型无密封自吸泵，运行方式为开2备1。

3.2 预处理系统

预处理设备采用多介质过滤器进行处理，预处理设备能由PLC指挥反洗水阀及反洗气阀的开闭，实现自动反洗。

多介质过滤器作用是去除水中的悬浮物、胶体杂质，是预处理的主要设备，降低水浊度，保证纳滤膜表面的清洁与通畅。

本工程设计采用11台DN3200多介质过滤器，其中1台备用。

3.3 自清洗过滤器

自清洗过滤器用在多介质过滤器之后，纳滤膜过滤设备之前。用来滤除经多介质过滤后的细小物质，以确保水质过滤精度及保护膜过滤元件不受颗粒物质的损坏。过滤精度等级为50μm，以保证后出水精度及保证后级膜元件的安全。

本工程设6台自清洗过滤器，单台设计出力Q=200m3/h；过滤精度：50μm；水的回收率：≥99.5%。

过滤器反洗根据压差或过滤周期自动进行，工作和反洗状态之间自动切换，控制系统具有定时、压差、手动清洗功能及报警输出，与计算机控制系统相联。

3.4 纳滤高压泵

纳滤膜元件对水中的离子具有选择透过性，因而在纳滤浓水侧和产水侧存在着渗透压差，纳滤膜是利用浓溶液侧施加高压来实现溶剂由高浓度向低浓度处流动的，外界施加的压力通过就是由高压泵来提供。

本工程设6台单级卧式离心泵，Q=194m3/h，H=75m，N=75kW。高压泵过流材质采用304不锈钢、管道及附件的材料均采用304不锈钢，密封方式考虑耐腐蚀，机械密封，水泵出口装压力开关，压力高时报警及停泵。

3.5 纳滤装置

纳滤膜元件的选型根据循环水的水质特点来选择透水量大、脱盐率高、化学稳定性好、抗污染性能好及机械强度好的膜，纳滤膜元件选用进口海德能公司高脱盐率的抗污染复合膜。

纳滤膜选择膜通量≤28Lmh。膜原件水通量不大于各膜元件制造厂商《导则》中规定的最大通量值。并选择合理的排列组合，保证膜元件正常运行和合理的清洗周期。

納滤膜的使用寿命≥5年。

3.6 纳滤系统仪表

系统配置测量点和在线仪表数量等满足本系统安全、稳定、可靠运行的需要，供方在投标文件中说明系统配置在线仪表的清单和规格。

3.7 配备辅助设备

3.7.1 清洗系统：纳滤膜在长期运行过程中，由于给水中含有的污染物质的污染而产生结垢，例如金属氧化物的水合物、钙镁的沉淀物、有机物微生物污染等。这些污染物质在适当的操作条件下借助于化学药剂的清洗方可有效去除，使膜的性能得到很好地恢复并能够延长纳滤膜的使用寿命。

3.7.2 冲洗系统：冲洗系统包括冲洗泵、电动阀、管道等。冲洗水泵两台，1用1备，用于纳滤装置停机冲洗，选用单级卧式清水离心泵。

3.8 纳滤系统管道

纳滤系统管道设计时避免死角，以防止生长细菌。管道采用304不锈钢，低压部分管道、法兰、阀门均采用UPVC材质。其中纳滤清洗管道拟采用衬胶或涂塑钢管道。法兰采用相应压力等级标准的平焊凸面结构形式法兰。

3.9 纳滤产水脱氮消毒

根据矿井水水质报告，矿井原水中氨氮含量为1.07mg/L，而当地水务行政管理部门要求回灌水中氨氮含量达到地下水环境III类标准，即不得大于0.2mg/L。

折点氯化法是将活性氯通入水中，浓度达到某一点，在该点时水中游离氯含量较低，而氨的浓度降为零。当活性氯通入量超过该点时，水中的游离氯就会增多。因此，该点称为折点。该状态下的氯化称为折点氯化。此方法脱氮率高、设备投资少、反应迅速完全，并有消毒作用。

3.10 回灌水泵

设计回灌水泵两台，采用变频电机，用于将处理达标的回灌水打回矿井回灌。

3.11 浓盐水利用

纳滤技术能够回收80%清洁水，为800m3/h，剩余20%为生产过程中产生的浓盐水，即200m3/h，该部分浓盐水中一部分用于矿山正常生产需要的各种循环、清洗、加湿等消耗水，剩余部分勾兑至清洁水中，勾兑量满足勾兑后水质符合回灌水水质标准。

4.处理效果

经上述工艺流程处理后的水达到地下水质量标准》GB/T 14848-1993中规定的Ⅲ类地下水水质。

结语

随着我国环保型、节约型经济的发展，如何即保护环境，由达到预期经济效益已成为我国经济主流。中关铁矿成功地将纳滤技术应用于矿井水回灌工程中，为该技术在该领域的应用起到了标杆作用，符合我国发展新理念，具有较大的推广意义。

参考文献

[1]张红芳.郭屯矿井水处理工艺分析[J].煤炭技术，2012（10）：86-87.

[2]王薇，等.纳滤膜分离技术及其进展[J].工业水处理，2004（3）：5-8.