反渗透系统在高矿化度矿井水处理中的应用

2019-08-06耿兴福

中国设备工程 2019年13期

耿兴福

（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安 710054）

随着煤矿的开采，对地下水造成了不同程度的破坏及浪费。陕西地区水资源贫乏、生态环境承受能力较差，矿井水多为高矿化度，无法用于井下生产和生活用水。目前，矿井水主要通过“混凝沉淀+过滤”的工艺处理后直接外排，造成了水资源的浪费及土地的盐渍化。为提高矿井水资源化利用，陕西彬长矿区某煤矿在原矿井水处理工艺中增加脱盐处理工段，以满足选煤厂补水、井下生产、消防用水、瓦斯电厂等生产用水。脱盐处理的主要方法有化学法、离子交换法、热力脱盐法、电渗析和反渗透法。反渗透法具有能耗低，占地面积小，设备运行稳定等优点，是目前应用最多的方法。

1 反渗透系统工艺

处理后的矿井水经过提升泵提升后，分别经过锰砂过滤器、活性炭过滤器、保安过滤器，过滤后的水通过高压泵进入反渗透装置，纯水经过消毒后进入回用水池，作为生产用水，浓盐水进入浓盐水池后用作黄泥灌浆用水。工艺流程如图1 所示。锰砂过滤器主要用于去除水中铁锈、悬浮物等杂质，使出水浊度小于0.5NTU，含铁量小于0.05mg/L，SDI ≤3。活性炭过滤器利用活性炭的吸附性能，去除水中的余氯、有机物、细菌等物质，使出水余氯≤0.1mg/L，满足反渗透膜的给水要求。锰砂过滤器、活性炭过滤器均具有反洗功能，通过控制阀进行反洗，以冲洗掉其表面的污物，防止其堵塞，恢复其处理能力。还原剂作用为将水中的余氯还原，防止膜元件氧化造成不可恢复的伤害。阻垢剂作用为有效分散碳酸钙、硫酸钡、硫酸钙等物质的结垢，防止在膜元件表面造成污堵。保安过滤器作用为防止过滤器内的泄漏的滤料以及未能完全滤除的悬浮物质进入膜系统。随着反渗透膜的运行，矿井水中的某些组分将沉积在膜的表面，导致运行压力损失增加，膜通量降低，产水量随之下降。为保证后期运行正常，延长反渗透膜的使用寿命，反渗透设备配套清洗系统。

图1 反渗透系统工艺流程图

2 反渗透装置膜的选型

反渗透装置由膜元件、膜壳、支架等组成。装置的核心组件为反渗透膜，利用反渗透膜的特性除去水中绝大部分可溶性盐分、胶体、有机物及微生物。反渗透膜有CAB 膜和CPA 膜两大系列，CAB 膜的特点为表面光滑，微生物不易在其表面吸附，脱盐率为95%～98%，进水要求pH 为5 ～8，温度<35℃，适用于处理难度大的污水；CPA 膜的优点为脱盐率≥99%，给水压力低，膜使用周期长，进水要求pH 为4～10，温度<45℃，适用于水质较好的水。因矿井水经过前段的过滤，处理后的矿井水悬浮物一般≤30mg/L，考虑水质及经济因素，适合选用CPA 膜，该反渗透装置采用美国陶氏BW30-400FR 型反渗透膜。

3 反渗透系统设计

3.1 系统主要技术指标

（1）处理能力：300m3/h。

（2）进水水质：矿化度≤3500mg/L。

（3）设备性能：脱盐率≥99%；产水率≥75%。

（4）出水标准：电导率≤200μS/cm（25℃）；矿化度≤100mg/L。

3.2 系统组成及参数

3.2.1 锰砂过滤器

处理能力：80m3/h，数量：4 台；材质：碳钢内衬胶。

3.2.2 活性炭过滤器

处理能力：80m3/h，数量：4 台；材质：碳钢内衬胶。

3.2.3 保安过滤器

处理能力：150m3/h，数量：2 台；材质：304 不锈钢，单台3 只滤芯，过滤精度5μm。

3.2.4 高压泵

型号：南方CDL200-40，数量：2 台，流量：160m3/h，扬程150m，功率：110kW，过流部分材质：316 不锈钢。

3.2.5 反渗透装置

出水量：110m3/h，数量：2 台，单台配膜元件150 只，膜壳（压力容器）：25 支。反渗透膜采用一级二段排列，设置段间增压泵。

3.2.6 加药装置

还原剂加药装置及阻垢剂加药装置采用一箱两泵，配带搅拌器。

3.2.7 清洗装置

清洗水箱1 台，清洗水泵1 台，冲洗水泵1 台，清洗过滤去1 台。

3.2.8 控制系统

系统控制方式可实现手动控制和自动控制，设置集中控制柜和就地控制柜。全自动控制通过PLC 可编程序控制器集中显示并自动控制所有设备的运转情况。设置事实在线监测系统，就地和远程显示系统流量、运行压力等信息。

4 系统运行效果

反渗透系统根据设计要求，除化学清洗、加药外，系统能够实现全自动运行，自动化程度高。反渗透系统投运后，原矿井水处理站运行人员即可满足运行要求，未增加人工成本。系统运行正常后，根据反渗透系统运行记录，出水水量维持在240m3/h 左右，产生率>75%。经过水质检测，反渗透系统进出水水质如表1 所示。除盐率、电导率、矿化度均达到出水指标要求，能够满足煤矿生产用水要求，实现了该煤矿矿井水零排放。