矿井水废水零排放分盐项目的应用

2022-01-25赵静

化工设计通讯 2022年1期

赵静

（麦王环境技术股份有限公司，上海 200082）

由于受国家环保政策影响和地方环境条件限制，矿井水零排放已经成为行业必然趋势，成为煤矿企业安全生产的重要环节，是煤矿企业健康可持续发展重点。随着零排放及结晶盐资源化利用技术的客观需求，以及行业标准的不断提高，国内外各种新技术、新产品不断涌现，极大促进了该领域的技术进步和发展。

1 项目概述

本项目地处内蒙古鄂尔多斯市，是年产1 500万t特大型煤矿，项目总投资70亿元。本项目的煤矿可采储量大，开采条件优越，煤炭质量高，是鄂尔多斯地区优质矿井。本项目建设质量优，环境美，已经成为鄂尔多斯地区工业旅游项目，得到社会的高度认可。

1.1 原水水质及水量

矿井水深度处理膜浓缩单元一、二期处理能力为井下涌水600m3/h，最大处理水量不低于14 400m3/d（不含系统自身循环水量），实际处理水量为12 600m3/d。

设计进水TDS按3 000mg/L考虑，并用TDS为5 000mg/L来校核设计能力，具体指标见表1。

表1 进水指标

上述指标中总矿化度、总碱度、钠离子、铁离子、碳酸根及氯离子较高，阳离子以钠离子为主，阴离子以硫酸根和氯离子为主；其他指标：CODcr≤50mg/L，SS≤10mg/L。

1.2 产水水质

本项目出水主要作为煤矿生活和生产用水，包括锅炉用水，职工洗浴用水及其他生活、生产设施用水，矿井水深度处理厂成品水主要指标达到《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2006）。

1.3 结晶盐

硫酸钠：符合GB/T 6009—2003工业硫酸钠Ⅲ类合格品，硫酸钠含量≥92%（wt），含水率≤4%；

氯化钠：符合GB/T 5462—2003日晒工业盐二级指标，氯化钠含量≥92%（wt），含水率≤4%；

杂盐：含水率≤8%；

2 工艺流程

本项目分为预处理+膜浓缩和蒸发结晶两个工艺单元，矿井水经过絮凝、反应、沉淀、过滤后，自流进入净化水池，经过预处理+膜浓缩处理后，淡水进入成品水外送水池。膜浓缩产生的浓水，进入蒸发结晶单元，最终得到无水硫酸钠产品，实现结晶分盐，产出合格的氯化钠和硫酸钠。工艺流程见图1。

图1 预处理+膜浓缩工艺流程图

上述工艺产生的淡水、冷凝水进入成品水外送水池。蒸发结晶工艺前设事故水池，蒸发结晶冷却水采用净化水池中的矿井水冷却，同时对净化矿井水升温。蒸发结晶分盐工艺流程图见图2。

图2 蒸发结晶分盐工艺流程图

2.1 预处理

由于来水中的铁以Fe2+的状态存于水中，水有异色异味，污染离子交换树脂而降低交换能力，长时间后生成铁垢，影响传热，能腐蚀设备。故设计在来水水池内进行曝气和加入氧化剂，将铁离子变成氧化铁后，通过锰砂过滤器，使其在滤层中发生接触氧化反应，依靠滤料表面生物化学作用和物理截留吸附作用，最终使铁离子沉淀去除。用于地下水除铁和除锰的天然锰砂滤料，锰的形态应以氧化锰为主。含锰量（以MnO2计，下同）不应小于35%的天然锰砂滤料，既可用于地下水除铁，又可用于地下水除锰；含锰量为20%～30%的天然锰砂滤料，只宜用于地下水除铁；含锰量小于20%的锰矿砂则不宜采用。根据实际运行数据，可以使铁离子从0.12×10-6降至0.08×10-6，约40%的去除率。通过锰砂过滤器后，仍有大量的SS需要去除，故后面设置了超滤系统。

超滤膜是一种孔径规格一致，额定孔径为0.01μm以下的微孔过滤膜。在膜的一侧施以适当压力，就能筛出小于孔径的溶质分子，以分离分子量大于500道尔顿（原子质量单位）、粒径大于10nm的颗粒。超滤膜的筛分过程，以膜两侧的压力差为驱动力，以超滤膜为过滤介质，在一定的压力下，当原液流过膜表面时，超滤膜表面密布的许多细小的微孔只允许水及小分子物质通过而成为透过液，而原液中体积大于膜表面微孔径的物质则被截留在膜的进液侧，成为浓缩液，因而实现对原液的净化、分离和浓缩的目的。每米长的超滤膜丝管壁上约有60亿个0.01μm的微孔，其孔径只允许水分子、水中的有益矿物质和微量元素通过，而最小细菌的体积都在0.02μm以上，因此细菌以及比细菌体积大得多的胶体、铁锈、悬浮物、泥沙、大分子有机物等都能被超滤膜截留下来，从而实现了净化过程。超滤设计回收率为95%，SDI≤3。

2.2 膜浓缩

超滤处理后的水进入矿井水反渗透装置、浓水反渗透装置及DTRO装置进行三级浓缩，三级浓缩的产水进入产品水池进行回用，最终的浓缩液进入蒸发结晶系统进行分盐处理。由于经过二级浓缩后的浓缩液，盐分及污染物相对较高，三级浓缩工艺段采用了高抗污染的DTRO装置。

DTRO分离膜组件技术是反渗透技术领域取得的较大技术进展，其在垃圾渗滤液处理、海水、苦咸水脱盐净化、物料脱盐浓缩以及废水处理有广泛的应用和成功案例。

DTRO膜组件是一种新型平板结构膜组件，与传统的卷式膜截然不同。其内部机理如下：料液通过入口进入压力容器中，从导流盘与外壳之间的通道流到组件的另一端，在另一端法兰处，料液通过8个通道进入导流盘中（如图3所示），被处理的液体以最短的距离快速流经过滤膜，然后 180°逆转到另一膜面，再从导流盘中心的槽口流入下一个导流盘，从而在膜表面形成由导流盘圆周到圆中心，再到圆周，再到圆中心的双“S”形路线，浓缩液最后从进料端法兰处流出。DT 组件两导流盘之间的距离为3mm，导流盘表面有一定方式排列的凸点。组件核心的过滤膜包由两张同心环状膜片组成，膜片中间夹着一层丝状网形成透水格网，通过膜片的净水沿丝状格网流到中心拉杆外围的透过液通道，导流盘上的O型密封圈防止原水进入透过液通道。透过液从膜片到中心的距离非常短，且对于组件内所的过滤膜片均相等。