高悬浮物和高矿化度矿井水资源化关键技术研究

李凌晋

(潞安矿业(集团)公司节能环保处，山西 襄垣 046204)

1 概述

煤炭在我国能源结构中占有非常重要的地位，对煤炭的开采则是煤炭利用的前提。矿井水是煤炭开采过程中产生的一种污染较其他工业污水轻的特殊废水，经过合理的工艺处理，其具有很大的再利用性。矿井水的产生往往是由于在煤炭开采过程中，破坏了地下水岩层，导致地下水上涌，被岩石微粒和煤炭杂质污染后形成的。矿井水量大、污染轻，对其回收利用的程度直接决定着煤炭开采的经济效益，合理的处理工艺研究具有重大的现实意义[1-3]。

2 矿井水中悬浮物粒度分析

为了说明矿井水沉淀工艺对其悬浮物的处理效率，对矿井水作粒度分析。对矿井水原水和沉淀1 h后的矿井水分别测试其悬浮物粒度，将测试结果绘制成图进行对比，如图1。

图1 矿井水原水悬浮物粒度图

由图1可以看出，矿井水原水中45 μm的悬浮物颗粒占98%左右，其中大部分粒径为1 μm～10 μm，这说明矿井水中悬浮物的主要成分是粒径极为细小的煤粉和岩尘。由图2可以看出，自由沉淀1 h后，大部分悬浮物颗粒可以实现沉淀去除，但对于粒径在20 μm以下颗粒，自由沉淀去除效果并不明显。

图2 矿井水自由沉淀1 h悬浮物粒度图

3 矿井水混凝试验

目前，煤矿中对于高悬浮物矿井水，最常用的处理工艺组合为混凝-沉淀-过滤-消毒工艺。该工艺组合经过长期实践，发现存在以下问题：在混凝工艺中，混凝剂和助凝剂的选择过于陈旧，达不到预期效果，另外，混凝剂和助凝剂的加药量过大或过小，也直接影响着混凝效果；水力条件(GT值)选择不合理；污泥回收利用率低，回流效率低。

针对以上问题，筛选影响参数进行单因子试验，将试验结果进行对比分析后，找出最佳参数选择。

由表1可知，本实验选择的矿井水的COD和SS值超出废水排放标准要求数值，其中，SS含量已经超过1 000 mg/L，属高悬浮物矿井水。

表1 矿井水原水水质分析结果

针对上面分析到的工艺问题，分别对PAC加入量、PAC种类、NPAC加入量和磁粉加入量4个参数对矿井水浊度的影响进行作图，见第187页图3～图6，通过试验结果图分析得出，该矿井水处理的最佳药剂组合为PAC+NPAM+200目(75 μm)磁粉；药量最佳投入量为PAC 80 mg/L，NPAM 1 mg/L，磁粉200目(75 μm)100 mg/L(其中，PAC为聚合氯化铝，NPAC为非离子型聚丙烯酰胺)。

图3 PAC投加量对浊度的影响

图4 不同种类PAM对浊度的影响

图5 NPAM投加量对浊度的影响

图6 磁粉投加量对浊度的影响

4 高矿化度矿井水处理工艺设计

高矿化度矿井水与高悬浮物矿井水相比，其除了悬浮物含量高以外，还包含较高含量的溶解性总固体、无机盐等杂质，水质情况比高悬浮物矿井水更差。高矿化度矿井水往往具有以下特点：悬浮物颗粒粒径20 μm以下含量大，自由沉降效果不明显；无机盐杂质含量较高。针对该种矿井水的特点，本文设计一种能够有效针对其杂质含量的处理工艺，即RO工艺法。

4.1 预处理技术

预处理可以在前期将一些容易处理的杂质进行处理，可以有效地降低后续处理单元的处理压力，对后续处理原件起到保护作用。目前常用的预处理技术主要是加絮凝剂和助凝剂、保安过滤等方法，但是，该类预处理方法往往会出现预处理后的出水出现胶体和悬浮颗粒物，从而造成后续RO膜不可逆转的膜污染。而超滤膜拥有较小的膜分离孔径和较高的膜产水通量。经膜法预处理工艺后的出水SDI值能够下降至1.9以下，浊度值下降至0.04NTU以下。因此，本设计的预处理单元采用超滤膜预处理技术。

4.2 RO工艺设计步骤

RO工艺的设计步骤分为以下几方面：

1) 选取工艺处理原型：选定原水水质以及产水水质指标；

2) 设计处理模块单元以及出水水质标准：针对处理水质原型，选定合适的处理模块，并明确处理目标值；

3) 选择核心处理膜元件。膜单元选型的主要依据是原水的含盐量、原水水质和处理目标值；

4) 确定膜通量和系统回收率。膜通量和系统回收率的确定依据是矿井水杂质含量、难溶无机盐的饱和指数、杂质种类以及含量；

5) 排列和级数。依照式(1)计算膜原件数量。

(1)

式中：Qp为矿井水处理单元产水量,L；J为单位面积水通量,L/m2；S为膜单元面积,m2；f为污染指数；Ne为理论膜元件数。

4.3 工艺流程

根据RO工艺设计步骤，设计如第188页图7工艺流程。

为了检验工艺处理效果，选取高矿化度矿井水进行处理试验，其水质分析结果如第188页表2。

表2分析可知，选取的矿井水符合高矿化矿井水水质特点，且满足超滤工序的进水水质要求，满足本工艺的试验要求。经工艺处理后，水质指标如表3。

图7 工艺流程图

表2 矿井水原水及超滤进水水质说明

表3的指标要求满足了一般工业废水的排放要求，说明该工艺的处理效果满足设计要求。

表3 处理完成后出水水质指标

5 结论

针对高悬浮物和高矿化矿井水的水质特点，分别设计了处理工艺，并通过实验数据说明了工艺的技术可行性，在相关处理行业值得推广和应用。