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        雙膜法集成工藝在井下高礦化度礦井水處理中的應(yīng)用

        2021-03-12 07:06:46虎曉龍李小龍武書泉宋喜東邸衛(wèi)猛王志慧崔永紅
        煤炭加工與綜合利用 2021年1期
        關(guān)鍵詞:水質(zhì)設(shè)備

        虎曉龍,李小龍,武書泉,宋喜東,邸衛(wèi)猛,王志慧,趙 雷,崔永紅

        (1.國家能源集團寧夏煤業(yè)公司靈新煤礦,寧夏 靈武 751410;2.中煤(北京)環(huán)保工程有限公司,北京 100013)

        我國煤礦礦井水的綜合利用率低,傳統(tǒng)處理煤礦礦井水的工藝設(shè)置在地面,占地面積大、投資費用高,礦井水經(jīng)提升至地面處理后又回用于井下,工藝環(huán)節(jié)多、能源浪費高,預(yù)處理過濾膜、反滲透膜的“雙膜法”處理工藝尚未應(yīng)用在井下。

        在《關(guān)于煤炭工業(yè)“十三五”節(jié)能環(huán)保與資源綜合利用的指導(dǎo)意見》中提出:推動礦井水產(chǎn)業(yè)化,提高礦井水利用率,加強水資源節(jié)約、保護和循環(huán)高效利用;煤礦生產(chǎn)、生活用水應(yīng)優(yōu)先使用礦井水,條件具備的地區(qū)應(yīng)主要采用礦井水作為第一水源。

        隨著礦區(qū)水資源日益緊缺,礦井水的資源價值越來越受到重視,特別是在缺水礦區(qū),礦井水已成為主要的工業(yè)生活用水水源,建設(shè)高效、低耗的煤礦礦井水處理系統(tǒng)工程已經(jīng)成為煤礦必不可少的工作環(huán)節(jié),并在煤礦生產(chǎn)中起著重要的作用。

        1 推動礦井水井下處理的必要性分析

        (1)減少清倉次數(shù),降低勞動強度,降低清倉成本。

        (2) 減少主排水泵及管路的磨損,降低能耗,降低運行成本。

        (3)增強井下用水可靠性,簡化供水環(huán)節(jié),降低供水成本。

        2 高礦化度礦井水井下處理的難點

        (1)傳統(tǒng)處理工藝占地面積大,礦建投資費用高。

        (2) 傳統(tǒng)處理工藝設(shè)備尺寸不符合井下復(fù)雜的地質(zhì)工況條件,設(shè)備設(shè)置存在局限性。

        (3) 深度處理產(chǎn)生的濃鹽水無法在井下處理。

        3 井下雙膜法集成工藝

        某次實地取樣化驗本項目的井下礦井水水質(zhì)指標(biāo)如表1所示。

        3.1 設(shè)計規(guī)模

        根據(jù)在不同時段、多次實地觀測待處理的井下礦井水的來水量,并留有一定富余量,本項目的水處理設(shè)計規(guī)模定為550 m3/h。

        3.2 產(chǎn)水水質(zhì)要求

        處理后的礦井水作為生活飲用水、井下消防灑水、井下黃泥灌漿用水、工業(yè)場地消防用水、綜合辦公樓自噴消防用水、工業(yè)場地綠化及工業(yè)用水水源。產(chǎn)品水水質(zhì)需達到生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

        表1 本項目井下礦井水水質(zhì)實測結(jié)果

        3.3 項目處理廢水水質(zhì)分析

        本項目處理廢水(原水)主要為采礦區(qū)采煤廢水,水質(zhì)如下。

        3.3.1 懸浮物SS含量、濁度等超標(biāo)

        原水水質(zhì)一般情況下SS含量為1 000 mg/L,不同時期排水濃度也有很大差異,水質(zhì)不穩(wěn)定期間SS含量會超過2 000 mg/L,甚至更高。

        礦井水中構(gòu)成懸浮物SS的主要是煤屑、巖粉、粘土等細小顆粒物,尤其是煤粉,懸浮物穩(wěn)定性好、不易脫穩(wěn)沉降。由于受到煤、廢機油、乳化油等污染,礦井水中還含有一定量的油類。

        3.3.2 離子濃度超標(biāo)

        原水水質(zhì)中鈣、鎂、鈉、鋁、硼、氟化物、氯化物、硫酸鹽、溶解性總固體、總硬度等指標(biāo)超標(biāo)。礦井水礦化度為5 742 mg/L,為高礦化度礦井水。

        3.4 水處理工藝

        水處理工藝采用(直濾+反滲透)的“井下雙膜法”集成工藝,分為柔性陶瓷直濾膜撬裝設(shè)備處理單元和反滲透膜撬裝設(shè)備處理單元兩部分。原水經(jīng)直濾設(shè)備過濾去除懸浮物后,經(jīng)反滲透設(shè)備進一步濃縮產(chǎn)生純水。濃水排至濃鹽水庫封存,產(chǎn)水供至產(chǎn)品水池復(fù)用。

        3.5 工藝流程描述

        3.5.1 柔性陶瓷直濾膜撬裝設(shè)備處理單元

        來自三采區(qū)、四采區(qū)、五采區(qū)的礦井涌水以及一采區(qū)主斜井膠帶巷的地面沖洗水分別沿地溝匯集自流至沉淀池,分別經(jīng)渣漿泵提升至旋分除固系統(tǒng)進行處理,去除粒徑大于0.2 mm的顆粒,產(chǎn)水沿1050大巷地溝(見圖1)與六采區(qū)井底水倉管道來水匯集后自流至預(yù)沉調(diào)節(jié)池;一采區(qū)風(fēng)井、一采區(qū)副井、一采區(qū)四區(qū)段礦井涌水及一采區(qū)南翼采空區(qū)回流水等其他礦井水沿地溝匯集自流至清水池。

        預(yù)沉調(diào)節(jié)池及清水池內(nèi)的礦井水經(jīng)提升泵提升供至直濾設(shè)備,去除水中的懸浮物、膠體、微粒、細菌等大分子物質(zhì)后,產(chǎn)水經(jīng)管道自流至直濾產(chǎn)水池;直濾設(shè)備的錯流水通過地溝自流至預(yù)沉調(diào)節(jié)池;直濾設(shè)備產(chǎn)生的污泥水、化學(xué)清洗水沿地溝自流至污泥暫存池,最終經(jīng)泵排至+1045標(biāo)高的一采區(qū)南翼采空區(qū),污泥水經(jīng)采空區(qū)自然過濾、截留后,又與其他礦井涌水匯合沿地溝自流至清水池。工藝流程見圖1。

        圖1 柔性陶瓷直濾膜撬裝設(shè)備處理單元工藝流程

        3.5.2 反滲透膜撬裝設(shè)備處理單元

        直濾產(chǎn)水池內(nèi)的清水由原水反滲透供水泵提升,依次經(jīng)過保安過濾器過濾、高壓泵增壓后供至原水反滲透設(shè)備,脫除水中大部分的鹽分,產(chǎn)生的純水經(jīng)管道收集并自流至純水產(chǎn)品水池,產(chǎn)生的濃水經(jīng)管道收集自流至濃水池。

        濃水池內(nèi)的濃水,由納濾除硬供水泵提升,經(jīng)保安過濾器過濾、高壓泵增壓后,供至納濾除硬設(shè)備進行軟化,軟化產(chǎn)水經(jīng)管道收集自流至軟化水池,產(chǎn)生的濃水經(jīng)管道收集自流至濃鹽水池。

        軟化水池內(nèi)的軟化水,由濃水反滲透供水泵提升,經(jīng)保安過濾器過濾、高壓泵增壓后,供至濃水反滲透設(shè)備進一步脫鹽處理,以提高產(chǎn)水率。濃水反滲透設(shè)備產(chǎn)生的純水經(jīng)管道收集與原水反滲透產(chǎn)水匯合并自流至純水產(chǎn)品水池;產(chǎn)生的濃水經(jīng)管道收集自流至濃鹽水池,與納濾除硬設(shè)備產(chǎn)生的濃水匯合,最終經(jīng)濃鹽水泵提升至一采區(qū)北翼采空區(qū)的濃鹽水庫進行封存。原水反滲透設(shè)備、濃水反滲透設(shè)備的不合格產(chǎn)水、沖洗水、化學(xué)清洗加藥箱廢水均排至地溝,自流至預(yù)沉調(diào)節(jié)池。

        井下礦井涌水經(jīng)深度處理后,產(chǎn)生的純水儲存在產(chǎn)品水池內(nèi),一部分井下回用,另外一部分供至地面回用。事故時,根據(jù)水池內(nèi)的液位儀與管道自動閥聯(lián)動排至原井下副水倉,產(chǎn)品水池溢流水排至原井下主水倉。工藝流程見圖2,各工序雜離子質(zhì)量濃度變化見表2。

        圖2 反滲透膜撬裝設(shè)備處理單元工藝流程

        表2 水處理工藝各階段的水質(zhì) mg/L

        4 結(jié) 語

        (直濾+反滲透)的雙膜法集成工藝應(yīng)用在高礦化度礦井水井下處理中,大大減少了占地面積,節(jié)省了礦建投資費用;通過對水處理設(shè)備尺寸的優(yōu)化,很好地適應(yīng)了井下復(fù)雜的地質(zhì)工況條件;直濾處理設(shè)備的污泥水經(jīng)采空區(qū)自然過濾截留,省掉了傳統(tǒng)的壓濾工藝,反滲透設(shè)備產(chǎn)生的濃水封存在采空區(qū),無需傳統(tǒng)的蒸發(fā)結(jié)晶,減少了工藝環(huán)節(jié),很好地解決了濃鹽水的去向問題,降低了投資,降低了運行成本;通過對反滲透工藝的優(yōu)化,提高了產(chǎn)水率。

        綜上所述,(直濾+反滲透)的雙膜法集成工藝應(yīng)用在高礦化度礦井水井下處理中,有很大的參考意義和推廣價值。

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