基于“預處理+反滲透”技術的煤礦礦井水處理系統(tǒng)的研究

楊志強 李圣文 卜美蘭

摘 要：該文對煤礦礦井水的“預處理+反滲透”水處理方法進行了論述，討論了礦井水綜合利用的重要性和水處理的設計方案，詳細介紹了煤礦礦井水處理系統(tǒng)的組成及其功能，針對現(xiàn)階段煤礦礦井水處理與綜合利用中存在的問題，提出了可行的對策。

關鍵詞：預處理 反滲透 水處理 煤礦設備

中圖分類號：T082 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）03（b）-0075-01

煤炭在我國能源結(jié)構中占70%以上，煤炭開采過程中排放大量廢水，若不經(jīng)處理直接排放，勢必對環(huán)境造成嚴重污染，同時造成水資源的大量浪費，無法實現(xiàn)循環(huán)經(jīng)濟的目標。礦井水凈化處理根據(jù)煤礦的礦井水水量和水質(zhì)特點采用相應的處理技術。將礦井水凈化處理再利用，不僅節(jié)約了水資源，而且避免了污染環(huán)境和損壞用水設備，具有明顯經(jīng)濟、環(huán)境和社會效益。

1 煤礦礦井水處理目的

煤礦礦井水處理是以煤礦井水為原水水源，通過多層過濾處理，去除礦井水中的顆粒、懸浮物、絮狀物、油脂、傾向于產(chǎn)生結(jié)垢有害離子、鹽類物質(zhì)等，中和礦井水酸堿性，降低水的鹽度，經(jīng)過處理的出水水質(zhì)達到煤礦設備用水要求，降低煤礦用水設備的故障率，為煤礦企業(yè)的安全、高效生產(chǎn)提供保障。

大部分礦井的地下水達不到合格工業(yè)用水的標準，水質(zhì)比較差。在這種工況下，因水質(zhì)原因造成采煤設備特別是電動機的冷卻系統(tǒng)、液壓支架的閥組、千斤頂、立柱等液壓部件的損壞大量增加。致使設備的維修周期和使用年限縮短，甚至無法正常使用。這不僅增加了設備維修及維護工作量，隨之而來的是設備維修配件投入的增大，最終導致采煤成本的增加。

煤礦井下水處理技術以“預處理+反滲透”為基礎，可對各類型的礦井用水進行處理，經(jīng)過該處理的出水水質(zhì)滿足液壓支架及井下噴淋、冷卻等用水的需求。

2 煤礦礦井水處理的系統(tǒng)設計

2.1 礦井水處理的主要技術指標

2.1.1 進水水質(zhì)

進水水源：礦井水。

2.1.2 設備性能

脫鹽率：≥98%；回收率：≥75%。

2.1.3 產(chǎn)水水質(zhì)

水質(zhì)外觀無色、無異味、無懸浮物和機械雜質(zhì)；硬度﹤0.2mg/L；氯離子含量﹤0.5mg/L；硫酸根離子含量﹤0.2mg/L。

2.1.4 產(chǎn)水水質(zhì)標準

滿足煤礦設備用水要求。

2.2 系統(tǒng)組成及功能

系統(tǒng)主體處理工藝：原水來水→手動截止閥→電動球閥→減壓閥→原水箱→原水水泵→絮凝劑加藥裝置→1#細沙過濾器→2#細沙過濾器→活性炭過濾器→阻垢劑加藥→保安過濾器→立式高壓泵→一級反滲透設備→純凈水箱→純水泵→用水點。

2.2.1 進水控制系統(tǒng)

礦井原水水源壓力一般比較高，因此必須對水源進行減壓，經(jīng)過進水控制系統(tǒng)后的原水壓力控制在0.1～0.2Mpa范圍內(nèi)。進水控制系統(tǒng)：在設備運行過程中用于控制調(diào)整進水壓力和流量，以滿足后續(xù)過濾單元的要求。

2.2.2 原水箱

原水箱為系統(tǒng)提供原水，保證系統(tǒng)連續(xù)用水量。原水箱水箱容積設計根據(jù)系統(tǒng)用水量確定，一般水箱容積要滿足系統(tǒng)10～20min的用水需要，用于緩沖供水并穩(wěn)定供水量。

2.2.3 原水泵

為系統(tǒng)運行提供穩(wěn)定的進水流量和壓力，以保證系統(tǒng)的運行。原水泵為系統(tǒng)供水泵也可為預處理系統(tǒng)的反洗水泵。

2.2.4 絮凝加藥裝置

由于水中的膠體顆粒一般均帶負電荷，他們之間即互相排斥，又在水中不斷做布朗運動，不易下沉。投加適量的混凝劑后，經(jīng)過攪拌，使水中的微小膠體顆粒就能脫穩(wěn)而迅速下沉借助后面的預處理系統(tǒng)除去。

2.2.5 預處理系統(tǒng)

預處理系統(tǒng)由多介質(zhì)過濾器和活性碳過濾器組成，多介質(zhì)過濾器和活性碳串聯(lián)運行，互為反洗。

2.2.6 阻垢劑加藥系統(tǒng)

阻垢劑加藥裝置的作用是在經(jīng)過預處理后的原水進入反滲透系統(tǒng)之前，加入高效率的專用阻垢劑，以防止反滲透濃水側(cè)產(chǎn)生結(jié)垢。

2.2.7 保安過濾器

系統(tǒng)配置精度為5μm的保安過濾器。5μm保安過濾器可截留水中大于5μm的顆粒，以防止其經(jīng)高壓泵加壓后進入反滲透系統(tǒng)擊穿膜組件，造成大量漏鹽現(xiàn)象。

2.2.8 高壓泵

高壓泵的作用是為反滲透本體裝置提供足夠的進水壓力，以保證系統(tǒng)達到設計要求的產(chǎn)水量。

2.2.9 反滲透本體裝置

反滲透裝置是本系統(tǒng)中最重要的脫鹽裝置，經(jīng)過預處理的水，在系統(tǒng)中被高壓泵加壓后，在多段膜中可脫除98%以上的鹽分，并可去除絕大部分的膠體、色素等雜質(zhì)，系統(tǒng)水回收率可達到75%以上。

2.2.10 反滲透清洗系統(tǒng)

反滲透化學清洗系統(tǒng)的作用是為反滲透膜定期提供化學清洗服務。化學清洗是根據(jù)反滲透膜的污染情況，配置一定濃度的特定清洗溶液，清除反滲透膜中的污染物質(zhì)，以恢復反滲透膜原有的特性。

2.3 系統(tǒng)控制方式

反滲透主機系統(tǒng)采用自動控制，以減少人為因素對產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)壽命的影響；其它過濾器運行控制點和反洗系統(tǒng)采用手動控制；自動控制、保護系統(tǒng)；選用礦用隔爆兼安全型PLC控制箱。

系統(tǒng)采用PLC微機全自動控制，在控制面板上設有自動/手動切換開關，反滲透裝置及系統(tǒng)控制液位聯(lián)動設一套PLC微機控制柜、一套動力柜，液晶顯示屏上可讀出反滲透裝置供水壓力、反滲透進水溫度等的有關工藝參數(shù)，操制盤啟、停進水高壓泵及相關的電動閥及氣動閥，PLC微機柜有各種工藝參數(shù)報警功能，泵過載和高低壓保護報警，實行系統(tǒng)的自動診斷的能力。

當反滲透投入運行時，為防止高壓泵突然起動升壓，高壓泵出口壓力緩慢上升，同時高壓泵出口設置電動慢開閥PLC控制，閥門的開啟通過設定時間緩慢打開。為防止反滲透的誤操作，在反滲透出水端設有膜爆破裝置，當反滲透裝置在超高壓的情況下，膜爆破裝置自然泄壓。

3 結(jié)語

煤礦井水是伴隨煤炭開采而進入采掘空間且必須排出的一種廢水，其特點是排放量大，除酸性礦井水外，一般污染程度均較輕，經(jīng)處理后是很好的再生水資源。文章針對煤礦井下用水設備的工況要求，研究煤礦井水處理技術，經(jīng)過該技術處理的出水水質(zhì)達到煤礦設備用水的要求，煤礦井水處理技術不但在技術上和經(jīng)濟上都是可行的，而且經(jīng)濟和環(huán)境效益都非常顯著。

參考文獻

[1] 陸人春.蒸餾法淡化煤礦礦井苦咸水[J].水處理技術，1992（5）：44-47.

[2] 許振良.膜法水處理技術[M].北京：化學出版社，2005.

[3] 周如祿，高亮，陳明智.煤礦含懸浮物礦井水凈化處理技術探討[J].煤礦環(huán)境保護，2000（1）：10-12.

[4] 潘哲.礦井水資源化是節(jié)約水資源的有效途徑[J].煤礦環(huán)境保護，2007，15（4）：54-56.