反渗透技术在高矿化度矿井水处理中的应用

科技创新导报2013NO.15ScienceandTechnologyInnovationHerald创新技术科技创新导报ScienceandTechnologyInnovationHerald24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。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7800m3/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。表二主要设备一览表反渗透技术在高矿化度矿井水处理中的应用姜福祥（宁夏煤业集团灵武矿区水电分公司宁夏灵武751411）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表一石槽村矿井水质分析表分析项目P(mg/L)C(mmol/L)X(%)分析项目P(mg/L)C(mmol/L)X(%)K+15.500.400.2Cl-4099.13115.6357.9Na+3248.31141.3071.6SO42-3879.3980.7640.6Ca2+441.0222.0111.2HCO3-144.592.371.2Mg2+407.2133.5217.0