西部地區高礦化度礦井水零排放技術進展
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摘 要：針對我國西部地區缺水現狀及西部地區高礦化度礦井水處理的技術難點，本文首先基于水處理的前沿技術現狀及礦井水處理的具體實施條件，設計了基于初步凈化、深度脫鹽、濃縮及蒸發結晶四步工藝步驟的技術路線，并對四個步驟的具體工藝及技術關鍵進行分析，最后進行工程實踐，實現了礦井高礦化度礦井水的零排放要求。
關鍵詞：高礦化度礦井水；零排放；脫鹽處理；濃縮處理
1 高礦化度礦井水處理技術路線
高礦化度礦井水在定義方面是指無機鹽總含量大于1000mg/L的礦井水。經過國內外學者的不斷研究應用，對于高礦化度礦井水的處理，已逐步形成了認可度較高的技術路線，第一步是要對礦井水進行初步混凝沉淀處理，旨在處理礦井水中的煤泥顆粒等懸浮物，未經處理的廢水中懸浮物濃度過高，經過凈化處理后可將懸浮物質量濃度降至50mg /L或以下；第二步是對廢水進行深度脫鹽處理，常用的工藝方法包括超濾反滲透、傳統過濾反滲透、電滲析以及離子膜技術等，處理之后要求無機鹽質量濃度降至1000mg/L以下，處理后可作生活用水或部分要求較高的工業用水；第三步是濃縮處理工藝，目的是對無機鹽進行濃縮，為蒸發結晶準備條件，濃縮后的無機鹽質量濃度高達60000mg/L以上，常用的工藝包括苦咸水反滲透工藝、海水反滲透工藝以及碟管反滲透工藝等；第四步工序為無機鹽的蒸發結晶。
2 高礦化度礦井水處理工藝分析
2.1 礦井水的初步凈化處理
礦井水必須進行初步的凈化處理，對象主要是水中攜帶的煤巖粉、黏土、其他雜質等懸浮物，其在水中的含量一般不超過400mg/L，其特點是水體渾濁、顆粒小、密度小、不易沉降等，可進行混凝沉淀及過濾，混凝沉淀的機理較為復雜，涉及的因素較多，例如雜質的成分、電荷性質、濃度，廢水的酸堿度、溫度及其他絮凝條件等。按照常規加入鋁鹽、鐵鹽等類型的絮凝劑后，其與污水中膠體顆粒等污染物進行電中和、脫穩、沉淀等作用，從而產生大顆粒的混凝沉淀物，然后進行過濾、消毒及后續工藝。
2.2 礦井水的深度脫鹽處理
高礦化度礦井水的定義是無機鹽含量超過1000mg/L，但我國大部分礦區的礦井水無機鹽含量遠超此標準，新疆部分礦井的礦井水無機鹽濃度可至12000mg/L以上，其無機鹽離子主要包括鈉離子、鈣離子、鎂離子、鉀離子等，對應的處理工藝包括了超濾反滲透、傳統過濾反滲透、電滲析以及離子膜等技術，該工序其實也是濃縮工藝的初始階段，其技術標準是將無機鹽濃度降至1000mg/L以內，可達到200mg/L的標準。常用的處理工藝為傳統反滲透工藝及超濾反滲透工藝，傳統反滲透工藝自動化程度較低，操作工作量大，處理效果一般，成本較低，適合含鐵、錳較高的礦井水；超濾反滲透工藝的脫鹽效果較好，脫鹽率可達到九成以上，但成本較高，適合管理水平及生產效益較高的礦井。
2.3 礦井水的濃縮處理工藝
對礦井水進行初步凈化處理及脫鹽處理后，即可進行深度濃縮處理，該程序是處理高礦化度礦井水的重點和難點，工藝復雜，其主要技術難點在于高倍濃縮、提煉及防結垢技術。目前我國礦井水處理常用的濃縮處理工藝包括苦咸水反滲透+海水反滲透工藝（BWRO+SWRO）；苦咸水反滲透/海水反滲透+碟管反滲透/管網式反滲透工藝（BWRO/SWRO+DTRO/STRO）。其中BWRO+SWRO工藝適用于溶解性總固體（TDS）質量濃度在20000mg/L以內的濃縮水處理，經過該工藝濃縮處理后，濃鹽水的質量濃度可濃縮至60000mg/L；BWRO/SWRO+DTRO/STRO工藝適用于TDS質量濃度在30000mg/L以內的濃縮水處理，經過該工藝濃縮處理后，濃鹽水的質量濃度可濃縮至80000mg/L級別。
2.4 礦井水的蒸發結晶工藝
作為高礦化度礦井水常規處理的終結步驟，蒸發結晶即是將廢水中的溶解性固體進行結晶固化，進而得到可重復利用的凈化水。當前我國水處理常用的蒸發結晶工藝包括MVR兩級蒸發濃縮結晶工藝及低溫多效MED蒸發結晶工藝，前者經預處理的礦井廢水首先與高溫冷凝水換熱后，進入一級加熱器，通過控制一級蒸發結晶裝置的操作點接近無機鹽共飽和點，使無機鹽離子在一級結晶罐中不斷結晶析出，高純度結晶鹽通過離心分離、干燥后，打包存放在鹽倉；后者通過蒸汽作用對物料進行加熱，循環利用二次蒸汽進行再加熱，經過三效蒸發結晶后獲得結晶無機鹽。
3 工程案例
西部某礦對高礦化度礦井水零排放技術及應用有著較高需求，其礦井水排放量平均值超過500m3/h，且其所排放礦井水的無機鹽濃度超過2500mg/L，按照當前的環保要求必須對其礦井水進行處理，實現將無機鹽濃度降至1000mg/L以內的技術標準，做到礦井廢水零排放。
本礦的礦井水處理按照初步凈化、深度脫鹽、濃縮及蒸發結晶四步工藝步驟進行處理。凈化處理：調節池、混凝沉淀、迷宮反應、斜板沉淀、纖維過濾。深度處理：穿孔曝氣、自清洗過濾、UF、苦咸水反滲透。濃縮處理：精密過濾、苦咸水反滲透、軟化處理、脫碳處理、碟管反滲透。蒸發結晶：酸化處理、脫碳處理、三效蒸發、離心分離、結晶蒸發、二次離心分離。
4 結語
對該礦的高礦化度礦井水按照四步工藝進行處理，可實現回用水的標準達到無機鹽濃度控制在300mg/L以內，水資源回收率達到95%以上，且相關經濟指標均控制在設計范圍內，能夠實現預期的技術、環保及經濟效益。
參考文獻：
[1]靳德武，葛光榮，張全，郭毅定.高礦化度礦井水節能脫鹽新技術[J].煤炭科學技術，2018，46（09）：12-18.
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