高盐矿井水处理技术

2021-06-10刘研研吴百旭

探索科学(学术版) 2021年5期

华帅刘研研吴百旭

1.兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿山东邹城 273500；2.兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿山东菏泽 274700

3.临沂矿业集团菏泽煤电有限公司郭屯煤矿山东菏泽 274700

1 高盐矿井水

高盐矿井水是由于在煤炭开采过程中,破坏了开采煤层以上地表水和地下水的赋存条件,这些水会泄漏到采煤工作面。由于煤层中含有数量不等的硫分,主要是以黄铁矿(FeS2)的形式存在,一般含硫质量分数在0.3%5%。这些硫分会在微生物和氧气的作用下发生氧化,最终形成硫酸和铁离子,使得部分矿井水成为酸性矿井水。矿井开采时间越长,煤层含硫量越高,矿井水酸化的倾向性和程度越大。

2 工艺设计原则、工艺路线

水处理工艺的选择直接关系到项目的建设投资,运行成本的高低,出水水质,运行管理是否方便可靠。方案设计上要综合考虑设计水量、原水水质、水质要求、可利用场地等。工艺选择考虑的因素包括从铁、锰的去除；溶解性总固体的去除；结垢的控制等方面。

3 高盐矿井水处理工艺

3.1 高盐矿井水处理工艺介绍高盐矿井水处理是在应用中,包括分置式、一体式和复合式三种,其中分置式膜组件和生物反应器分开设置,生物反应器中的混合液由循环泵推动进入膜组件的过滤段,然后在压力的作用下,混合液中的液体会透过膜,一些杂质组分会被膜过滤掉,实现对水的净化处理。使用一体式的高盐矿井水处理会将膜组件安装在生物反应器内部,井水进入膜生物反应器,大部分的杂质被混合液中的活性污泥去除,然后再利用水泵的作用,使水体透过膜,达到处理井水的目的。复合式和一体式的结构类似,但是在生物膜反应器内加入了一些填料,让膜的特征发生了明显的转变。

3.2 高盐矿井水处理工艺的特点使用高盐矿井水处理技术的过程中,膜分离设备可以截留生化反应池中的活性污泥和大分子有机物,所以在结构中省去了设备中的二沉池,在简化结构的同时,也由于膜分离作用导致生物反应器的功能得到了丰富,而且能够充分发挥活性污泥的作用,减少了在传统井水净化模式下,活性污泥存在的各种问题。使用该方法在出水水质上更好,所以在工艺上受到了比较多的推崇。同时,由于使用高盐矿井水处理技术后设备的集成度更高,省去了二沉池的结构,所以该设备的占地面积相对更小。

3.3 高盐矿井水处理工艺用膜高盐矿井水处理工艺中使用的膜包括高分子有机膜和无机膜,高分子有机膜主要为聚乙烯、聚丙乙烯、聚烯烃等,在应用当中具有成本低的特点,而且制造工艺也比较成熟,因此应用非常广泛。但是使用该技术时,可能会受到杂质的影响导致污染,并且高分子膜的强度相对比较低,因此使用寿命也比较短暂。而无机膜则包括金属氧化物、陶瓷、多孔玻璃和高分子材料等等,无机材料在使用过程中的耗能比较低,而且具有更高的强度,耐酸抗温的性能也会比较强,但是很多无机材料的价格都比较贵,影响了无机材料在实际高盐矿井水处理工作中的应用。

3.4 高盐矿井水处理生化系统的参数设计

3.4.1 有机负荷和污泥浓度在高盐矿井水处理的生化系统中,污泥的浓度和有机负荷会决定处理效果,针对不同的高盐矿井水处理,也会对负荷进行相应的调整,满足不同的应用需求。例如对生活井水的处理中,一般会采用常规负荷,但是由于使用高盐矿井水处理技术时,可以实现完全的泥水分离,所以一般具有较高的污泥浓度,并且由于膜的过滤作用,污泥会富集。因此,高盐矿井水处理工艺中正常运行时控制污泥的浓度范围一般在3000-15000mg/L,在正常运行的过程中,会将污泥的浓度控制在6000-10000mg/L。在使用过程中必须做好对污泥浓度的控制,无论污泥浓度过高或者过低,都会导致膜的污染。

3.4.3 水停留时间控制依靠高盐矿井水处理工艺中的膜,能提升生化系统的污泥浓度,有效提升了微生物的去污能力,可以降低系统中的谁停留时间。但是也要避免水停留时间果断,防止出现系统的有机物出现积累,会导致膜通量的下降。所以,在设计的时候可以将水停留时间控制的长一些,避免出现污染的问题。

3.4.4 曝气量的控制高盐矿井水处理工艺的曝气量控制包括生化池曝气和膜池曝气,对生化池的曝气需要根据生化池的实际情况进行曝气量的计算,精确确定曝气量。对生活井水的处理工作中,需要根据膜的片数来确定曝气量,也可以根据曝气量来确定膜的片数。

3.4.5 最终产品和产物的去向

(1)产品水。产品水可作为农业、畜牧业灌溉,水产养殖用水；也可并入工业供水管网,供给周边工业园区作为工业用水。

(2)硫酸钠。硫酸钠可作为化工原料销售供给周边生产企业。

(3)杂盐。产生的杂盐回收利用或委托有处理资质的相关单位处置。

(4)污泥。产生的污泥回收利用或委托有处理资质的相关单位处置。

4 高盐矿井水处理工艺应用成本高,缺少标准化建设

高盐矿井水处理应用受到局限的原因不止因为价格较高,也和高盐矿井水处理的标准化不足有关,目前并没有形成通用性的标准,所有的厂商都会使用属于自己的技术规范,在行业内部缺少统一规范作为指导的情况下,不同厂商之间存在尺寸和型号不同的问题,一定程度上影响了兼容性,给设计和采购带来了麻烦。而需要进行模组更换时,标准化不足所导致的问题会更加突出,将会严重提升高盐矿井水处理的运行成本。