反渗透技术在高矿化度矿井水处理中的应用 6页

反渗透技术在高矿化度矿井水处理中的应用摘要：石槽村矿井水处理，采用RO-75Z型反渗透装置，优化原有的RO-50Z型反渗透装置，处理后的水质满足矿区的生产及生活用水标准，同时由于反渗透装置的浓水压力比较高，如果直接排放将浪费大量电能，采用能量回收装置将浓水的较高能量转移到一段浓水中，增加二段进水压力，替代增压泵，减少电能消耗。关键词：石槽村高矿化度水质RO-75Z型反渗透装置能量回收中图分类号：X703文献标识码：A文章编号：1674-098X（2013）05（c）-0024-02矿井污水是煤炭开采过程中涌出的地下水，经过井下巷道集中至井下调节池，通过输送泵至地面污水处理构筑物进行处理，在进行中水回用。石槽村矿井水回收利用工程最早立项于2006年，并直接委托中煤国际工程集团武汉设计研究院进行方案设计，要求水处理设计处理能力为420m3/h，处理后的产品水质满足生产、生活用水水质标准，考虑到矿井水含盐量高、工程投资大，同时也是作为神华宁煤集团公司的第一个高矿化井水回收利用工程，主要工艺包括：预处理工艺+脱盐处理工艺组成。1水质分析石槽村矿井污水为典型的高矿化污水水质，主要水质参数见表一。第6页共6页\n水质分析：通过《宁夏地址矿产中心水质分析报告》可以看出，石槽村矿井水位典型的矿井高矿化水质，其中主要以硫酸盐及盐酸盐的形式存在，PH偏碱性，用过滤设备容易结垢，影响过滤设备的能力，要想处理后水质达到《生活饮用水卫生标准》（5749-2006），必须进行脱盐处理。2工艺方案确定2009年3月中煤国际工程武汉设计研究院派员到现场与石槽村煤矿筹建处交换关于二、三期工程合并建设的技术方案，决定在原“模块式矿井水回收利用工程初步设计”的基础上结合一期工程模块中取得的经验教训，对原方案进行优化设计，优化的内容主要包括以下几个方面：2.1脱盐设备除了能力原设计二、三期设4×50m3/h反渗透装置，能力为200m3/h，加上一期工程的100m3/h，水处理站总脱盐能力为300m3/h。若矿井排水量420m3/h，全日10080m3/d，回收率以70%计，脱盐水量为7056m3/d，则反渗透装置日工作需23.52h。这是基于当时尚不知何时石槽村煤矿矿井下排水才能达到420m3/h，故能力富裕量较小。目前石槽村矿主井以及风井的建井期排水量稳定在260～300m3/h，副立井尚未在井下贯通，因此预计贯通后排水量很快将达到420m3/h左右，故优化设计中将反渗透装置改为3×75m3/h，则脱盐能力为225m3/h，加上一期工程的100m3/h，水处理站总脱盐能力提高到325m3/h，全日工作21.7h。最大脱盐能力为7800第6页共6页\nm3/d，则有一定的富裕能力储备。2.2反渗透装置的能量回收问题一期工程RO-50Z型采取一级两段，段间增压脱盐方式，段间增压1MPa维持浓水端所需的3.33MPa压力。故浓水排放尚有余压3.28MPa，必须有设置的截止阀进行消能，由于其压力大，闸门产生的噪声很大。在二期优化设计中，我们采用美国PEI公司生产的LPT-250型反渗透浓水专用的高级水力涡轮增压器替代原设计的段间增压泵，利用浓水排放的高压使二段进水压力提高1MPa满足二段浓水所需压力，这样浓水排放压力降到0.2MPa以下，消除了截止阀产生的噪声，同时可减少30kW增压泵3台，每年可以减少电费35万元，尽管能量回收装置投资较高，但是仅用2.5年节约的电费即可收回全部投资，经济效益十分显著。2.3蒸发池的设置问题原设计蒸发池位于矿井西侧，离水处理站1.5km，蒸发池面积约21万m2，可承纳原设计一期、二期浓水量20年左右。3反渗透膜及透过机理反渗透膜理论以吉布斯吸附式为依据，膜表面由于亲水性原因，能够选择吸附水分子而排斥盐分，因而在固―液界面上形成厚度为两个水分子（1纳米）的纯水层。在施加压力的作用下，纯水层的水分子便不断的通过毛细管流过反渗透膜，膜表面层具有大小不同的极细孔隙，当其中的孔隙为纯水层厚度的一倍时，为临界孔径，可达到理想的脱盐效果。第6页共6页\n目前反渗透装置有板框、管式、卷式和中空纤维式等类型。二期方案优化后的采用RO-75Z型反渗透装置，属于管式反渗透装置，反渗透装置RO-75Z型单台产水量75m3/h，进水量107m3/h，浓水排放量37m3/h，回收率70%，膜元件为海德能公司的增强型低压反渗透膜PROC-10型芳香聚酰胺复合膜，其通水量大，压力小，脱盐率高，可以满足苦咸水一次淡化的要求，共3台，同时使用，每日工作21.56h，单台反渗透装置包括：5微米保安过滤器：ML-700型，过水能力110m3/h，1台高压泵：CR90-6+CR90-6型，Q=107m3/h，H=220m，电机45+45kW，380V，1套能量回收装置：LPT-250型，1套。由于反渗透装置的浓水压力比较高，如果直接排放将浪费大量电能，排放口还需要设置消能设施，防止建构筑物受损。采用能量回收装置将浓水的较高能量转移到一段浓水中，增加二段进水压力，替代增压泵，减少电能消耗。浓水的能量回收率在60%左右。每套膜元件84支组合安装，每根压力容器内4个膜元件，每套设备21根压力容量，14-7制排列。一级两段段间增压脱盐，系统脱盐率98.79%。由于原水含盐量很高，硬度大，为防止在浓水端有CaCO3，BaSO4，SrSO4或CaSO4等沉淀，设计投加高效新型阻垢剂亚士兰3090，投药量3.4mg/L。4反渗透装置清洗及事故预防第6页共6页\n反渗透装置运行3个月～4个月左右须将膜元件清洗一次，去除可能附着在膜面上的有机物、细菌以及一部分矿物盐类结晶清洗剂视不同需要可采用4%～10%的EDTA溶液、pH=12的NaOH溶液、pH=2～3的HCl溶液，以及用亚硫酸氢钠及非氧化性杀菌剂唑啉酮的衍生物等，以消除污垢及生物粘泥。浓水池：由于反渗透装置为多台并联运行，容易产生背压事故，因此在处理站场地内建设200m3浓水池一座，反渗透的浓水管道直接排放至浓水池中，经过调蓄后再由浓水泵抽送至蒸发池。浓水管道：由浓水池用浓水泵将浓水送至蒸发池内，浓水流量Q=130m3/h，管长2162m，采用DN200的聚乙烯管，以减少了氯离子对管道的腐蚀。浓水泵：在脱盐车间内设置浓水泵2台，KQWH125-250B型，Q=138m3/h，H=60m，37kW，2台，一用一备。抽取浓水池内之水，用聚乙烯管输送至蒸发池进行蒸发浓缩。蒸发池：蒸发池面积6.5×104m2，平均水深5.0m，池容32.5×104m3，年蒸发量17.55×104m3.5结语反渗透膜在矿井水水处理的应用与实践表明：（1）高矿化度水优选反渗透工艺，相对电渗析、离子交换、超模工艺等更符合实际需要。（2）可节省水资源和大量的污水处理，满足西北地区的水资源缺少而浪费的意义。同时解决了生产及生活用水的难题。（3）提高矿井水的综合利用率，有很好的经济效益，适合当前经济及社会环保的发展要求，有很好的社会效应。参考文献第6页共6页\n[1]严熙世.给水工程[M].4版.中国建筑工业出版社，2005.[2]严熙世.排水工程[M].4版.中国建筑工业出版社，2005.[3]矿井（煤矿）水处理常见工艺流程，煤矿安全网.[4]煤矿矿井水处理，中国污水处理工程网.[5]厉军，赵民.矿井水处理工艺及应用方案的探讨[M].山东环境，2000.[6]神华宁夏煤业集团有限责任公司石槽村矿井水预处理扩容初步设计.第6页共6页